中国电力消费碳排放和价格调节机制研究_ 王红霞著_9787509680759

　　电力行业是中国大的化石燃料消耗和温室气体排放行业，减少电力部门的碳排放至关重要。《中国电力消费碳排放和价格调节机制研究》以投入产出模型为基础，构建了准投入产出模型，核算了各省电力消费隐含的碳排放，并使用结构分解模型研究了影响中国电力系统温室气体排放的因素。
　　在电力消费部门中，家庭电力消费总量及在全社会电力消费中所占的比例呈现不断增长趋势。为了更好地利用家庭电力需求响应资源，提高动态电价的调节效果，该书对引导居民合理用电、节约用电、降低碳排放的需求响应机制进行了探究，可为电力行业减排政策研究提供一定的参考。

　　为应对全球气候变化，中国于2010年签署了《哥本哈根协议》并承诺到2020年我国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%~45%，又于2014年与美国签署了《中美气候变化联合声明》，计划2030年左右二氧化碳排放达到峰值且将努力早日达峰。面临严峻的减排目标，中国亟须寻找能够有效减少二氧化碳排放的途径。电力行业是中国最大的化石燃料消耗和温室气体排放行业，因此研究电力行业碳排放及减排途径至关重要。随着城镇化水平和家庭收入水平的提高，家庭电力消费总量及在全社会电力消费中所占的比例将呈现不断增长的趋势。为了引导居民合理用电、节约用电，提高能源使用效率，中国自2012年起调整居民生活用电价格政策，试行居民阶梯电价和居民分时电价。已有文献针对中国居民阶梯电价方案制定及实施效果进行了广泛研究，而由于缺少实证数据，关于居民分时电价及实时电价等动态电价的研究较少。本书基于电力消费的碳排放以及中国家庭电力消费特征分析，引入了有效的价格型需求响应机制，有利于促成节约型家庭用电模式，对中国实现节能减排目标有重要意义。
　　研究中国电力系统减少碳排放的途径需要准确核算各部门电力消费隐含的碳排放。本书借鉴已有研究，利用准投入产出模型（QIO）分析电力消费隐含的碳排放。在此基础上，利用结构分解分析（SDA）模型，分别从全国、区域电网、特殊省级电网三个层面分析中国电力系统碳排放的关键驱动因素。结果表明，消费侧因素、发电侧因素以及电力传输结构都会影响电力系统碳排放。
　　为了研究如何减少家庭电力消费导致的碳排放，需要了解家庭电力消费特征。本研究对中国家庭电力消费特征进行分析，包括家庭电力消费总量、人均电力消费量的变化趋势、影响家庭电力消费量的因素，以及家庭电力消费的时间特征。
　　通过价格调节家庭电力消费的时间模式，进而降低电力消费的峰谷差，有助于降低供电成本、供电能耗及其碳排放。本书对中国2011~2016年施行的居民生活用电价格政策进行总结，为进一步研究居民生活用电价格调节政策提供基础。
　　制定合理的动态价格政策需要基于家庭的电力负荷数据。本书借鉴国外的方法，构建自下而上的家庭电力负荷模型，在此基础上分析不同类型家庭的电力负荷特征，包括可调节负荷和不可调节负荷。掌握家庭电力负荷特征后，利用模拟得到的负荷数据及调研得到的需求响应意向，构建基于Multi-Agent实时电价定价模型，充分考虑家庭对动态电价的需求响应的异质性，分析动态电价对其用电量、用电时间和用电成本的影响。最后根据模拟结果确定对家庭成本影响最小、最有利于电力企业节能减排的动态价格调节机制，为价格制定者提供依据。
　　为了获得动态电价影响研究的基础数据，本书首次将家庭成员的时间利用引入中国家庭电力消费行为研究中，利用问卷调查收集家庭日常活动的时间、日常活动所使用的电器以及电器拥有情况等数据，构建基于家庭Agent的电力负荷模型，并以北方地区为例，模拟一个小区1380个家庭24小时的电力负荷。模拟数据与小区用电负荷实测数据对比的结果表明，基于家庭Agent的电力负荷模型可以较准确地模拟家庭电力负荷的峰谷特征，模拟得到的家庭电力负荷数据可以作为动态电价影响研究的基础数据。
　　在此基础上，本书引入供电智能体的定价决策，充分考虑家庭智能体对分时电价的异质性需求响应，首次利用家庭层面的微观数据，构建基于Multi-Agent的分时电价定价模型。该模型综合考虑供电方的错峰平谷目标和用户满意度目标，根据最优化目标确定最优分时电价定价方案。本书还比较了不同分时电价方案的错峰效果，以及对家庭用电成本的影响。结果表明，当家庭的用电负荷属于基本负荷，并且难以转移至低谷时段时，峰谷分时电价的错峰效果有限，最高负荷降低的比例为0.2%~1.4%。另外，当家庭的峰时用电比例较高时，峰谷分时电价往往会增加家庭的用电成本。为了取得更好的实施效果，需要根据家庭的电力负荷特征，细化峰谷分时电价的时段划分，并确定合理的峰谷电价比。
　　与分时电价相比，基于成本和供求关系的实时电价是更有效率的定价方式，但是由于缺少实证数据，目前关于实时电价对中国家庭电力消费调节作用的研究较少。本书利用基于家庭Agent模型模拟得到的家庭24小时电力负荷数据，结合家庭电力需求响应问卷调查结果，构建基于Multi-Agent的实时电价定价模型，探索在四种不同需求响应情景下，实时电价机制对家庭电力消费的影响。结果表明，基于成本与电力负荷的实时电价可以影响家庭电力消费模式，达到错峰平谷的效果，也有助于节约家庭总用电量和减少家庭的电费支出。
　　随着智能电网的普及，不少政策建议可以考虑推广居民实时电价。但是，实时电价对家庭电力消费的调节作用取决于家庭的需求响应程度。本书的家庭问卷调查结果显示，家庭的电力需求响应程度因家庭特征（例如家庭对价格的承受能力、对电价政策的了解和关注程度）和家庭用电活动类型而异。随着家庭的电力需求刚性的增加、家庭的需求响应程度减小，实时电价的错峰效果也依次减弱，最高负荷的平均下降比例由53%减少至5%。
　　综上所述，为了更好地利用家庭电力需求响应资源，提高动态电价的调节效果，本书提出以下政策建议：首先，可以实施价格补贴等措施推广经济适用的家庭型储能设备，使家庭可以在不调整用电方式的情况下将峰时电力负荷转移至低谷时段，进而在不影响用户用电方式满意度的情况下达到错峰平谷目标；其次，做好实施动态电价前的宣传工作，让更多的家庭了解采用动态电价的好处，了解采用动态电价和改变电力消费行为的节能环保作用，促使更多的家庭选择动态电价并根据价格变化做出需求响应。
　　本书中部分章节已公开发表，已发表论文合作者已在各章节标注，感谢所有论文合作者的贡献和帮助。本书的撰写得到了方虹、喻雪莹、徐明、梁赛、曲申、张超、王维才老师的大力支持和帮助，深表感激！由于笔者水平有限，书中错误和不足之处在所难免，恳请广大读者批评指正。

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