能源站與用戶“雙向奔赴”：協(xié)同優(yōu)化如何讓低碳用電更聰明？

引言：當(dāng)“雙碳”目標(biāo)遇上能源供需矛盾
隨著“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的推進(jìn)，以風(fēng)光發(fā)電為代表的可再生能源大規(guī)模接入電網(wǎng)，但風(fēng)光的隨機(jī)性、間歇性也給能源系統(tǒng)帶來挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的園區(qū)綜合能源系統(tǒng)（PIES）往往依賴天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP），然而天然氣作為化石燃料的碳排放問題，以及供應(yīng)鏈波動(dòng)帶來的供能風(fēng)險(xiǎn)，成為低碳轉(zhuǎn)型的掣肘。如何讓能源站與用戶“聰明協(xié)作”，在保證經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)減少碳排放？一項(xiàng)最新研究提出的“雙層優(yōu)化策略”，或許給出了答案。

能源站與用戶的“對(duì)話機(jī)制”：從單向供給到雙向互動(dòng)
傳統(tǒng)能源交易中，能源站單向制定電價(jià)、熱價(jià)，用戶被動(dòng)接受，供需信息無(wú)法實(shí)時(shí)互通。這導(dǎo)致能源站常需依賴預(yù)測(cè)調(diào)整供能計(jì)劃，不僅效率低，還易造成能源浪費(fèi)或短缺。
研究團(tuán)隊(duì)提出一種**“能源站-用戶”雙層互動(dòng)框架**：

上層（能源站）：根據(jù)外部電網(wǎng)價(jià)格、碳排放成本，動(dòng)態(tài)制定分時(shí)電價(jià)和熱價(jià)，并優(yōu)化供能設(shè)備（如光伏、風(fēng)電、儲(chǔ)能）的運(yùn)行策略。
下層（用戶）：根據(jù)實(shí)時(shí)價(jià)格信號(hào)，靈活調(diào)整用電、用熱行為——例如，將洗衣、充電等可平移負(fù)荷轉(zhuǎn)移至電價(jià)低谷時(shí)段，或主動(dòng)減少高峰時(shí)段需求。

通過價(jià)格信號(hào)與需求響應(yīng)的循環(huán)迭代，雙方不斷調(diào)整策略，最終達(dá)到“能源站收益最大化”與“用戶用能成本最小化”的平衡。模擬數(shù)據(jù)顯示，相比傳統(tǒng)模式，該策略使能源站收入提升5.09%，用戶消費(fèi)盈余增加2.46%。

階梯式碳交易：讓減排成為“經(jīng)濟(jì)選擇”
為激勵(lì)低碳供能，研究引入階梯式碳交易機(jī)制：

免費(fèi)配額：能源站、用戶和外部電網(wǎng)按供能量分配碳排放額度。
獎(jiǎng)懲分明：實(shí)際碳排放低于配額時(shí)，可出售剩余額度獲利；超額排放則需支付階梯式遞增罰款。

這種機(jī)制將碳排放成本直接與經(jīng)濟(jì)效益掛鉤。例如，能源站若過度依賴外部燃煤電網(wǎng)購(gòu)電，需承擔(dān)更高碳成本；反之，通過優(yōu)化風(fēng)光出力或儲(chǔ)能調(diào)度減少碳排放，則可獲得額外收益。模擬案例中，該機(jī)制使系統(tǒng)碳排放減少2.54%，碳交易成本降低5.23%。

實(shí)際效果：用戶省荷、系統(tǒng)減碳、儲(chǔ)能“削峰填谷”
在青島某園區(qū)的模擬測(cè)試中，協(xié)同優(yōu)化策略展現(xiàn)出多重效益：

用戶負(fù)荷更“柔性”：高峰時(shí)段用電需求下降12%，部分負(fù)荷轉(zhuǎn)移至夜間低價(jià)時(shí)段，既緩解電網(wǎng)壓力，又降低用戶電費(fèi)支出（圖1）。
儲(chǔ)能“聰明充放”：白天光伏過剩時(shí)儲(chǔ)能充電，夜間放電補(bǔ)充需求，儲(chǔ)能利用率提升30%，減少對(duì)外購(gòu)電依賴。
生物質(zhì)燃?xì)馓娲烊粴猓和ㄟ^厭氧發(fā)酵有機(jī)廢物生產(chǎn)沼氣，替代50%的管道天然氣，既減少化石能源消耗，又降低供能中斷風(fēng)險(xiǎn)。

圖1：需求響應(yīng)前后用戶用電負(fù)荷對(duì)比

未來展望：從單園區(qū)到多區(qū)域，協(xié)同優(yōu)化潛力待挖
盡管當(dāng)前研究聚焦單一園區(qū)，但其模式具備擴(kuò)展性。例如，多個(gè)園區(qū)間可通過非合作博弈實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域能源交易，進(jìn)一步提升整體能效。此外，隨著電動(dòng)汽車、智能家居等柔性負(fù)荷普及，用戶側(cè)調(diào)節(jié)潛力將進(jìn)一步釋放。
研究團(tuán)隊(duì)建議，政策層面可探索**“碳稅+補(bǔ)貼”組合拳**，例如對(duì)采用生物質(zhì)供能的園區(qū)給予稅收優(yōu)惠，或?qū)Ω咛寄茉凑魇窄h(huán)境稅，加速低碳技術(shù)市場(chǎng)化進(jìn)程。

結(jié)語(yǔ)：低碳轉(zhuǎn)型需“雙向賦能”
能源系統(tǒng)的低碳化不僅是技術(shù)問題，更是機(jī)制設(shè)計(jì)問題。通過價(jià)格信號(hào)引導(dǎo)用戶參與，通過碳成本倒逼供能優(yōu)化，這種“雙向奔赴”的協(xié)同模式，為破解能源-環(huán)境矛盾提供了新思路。正如論文作者所言：“未來的能源系統(tǒng)，不該是‘發(fā)電廠說了算’，而是供需雙方共同編織的智能網(wǎng)絡(luò)?！?/p>