引言：當“雙碳”目標遇上能源供需矛盾
隨著“碳達峰、碳中和”目標的推進，以風光發電為代表的可再生能源大規模接入電網，但風光的隨機性、間歇性也給能源系統帶來挑戰。傳統的園區綜合能源系統（PIES）往往依賴天然氣熱電聯產（CHP），然而天然氣作為化石燃料的碳排放問題，以及供應鏈波動帶來的供能風險，成為低碳轉型的掣肘。如何讓能源站與用戶“聰明協作”，在保證經濟效益的同時減少碳排放？一項最新研究提出的“雙層優化策略”，或許給出了答案。

能源站與用戶的“對話機制”：從單向供給到雙向互動
傳統能源交易中，能源站單向制定電價、熱價，用戶被動接受，供需信息無法實時互通。這導致能源站常需依賴預測調整供能計劃，不僅效率低，還易造成能源浪費或短缺。
研究團隊提出一種**“能源站-用戶”雙層互動框架**：

上層（能源站）：根據外部電網價格、碳排放成本，動態制定分時電價和熱價，并優化供能設備（如光伏、風電、儲能）的運行策略。
下層（用戶）：根據實時價格信號，靈活調整用電、用熱行為——例如，將洗衣、充電等可平移負荷轉移至電價低谷時段，或主動減少高峰時段需求。

通過價格信號與需求響應的循環迭代，雙方不斷調整策略，最終達到“能源站收益最大化”與“用戶用能成本最小化”的平衡。模擬數據顯示，相比傳統模式，該策略使能源站收入提升5.09%，用戶消費盈余增加2.46%。

階梯式碳交易：讓減排成為“經濟選擇”
為激勵低碳供能，研究引入階梯式碳交易機制：

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

這種機制將碳排放成本直接與經濟效益掛鉤。例如，能源站若過度依賴外部燃煤電網購電，需承擔更高碳成本；反之，通過優化風光出力或儲能調度減少碳排放，則可獲得額外收益。模擬案例中，該機制使系統碳排放減少2.54%，碳交易成本降低5.23%。

實際效果：用戶省荷、系統減碳、儲能“削峰填谷”
在青島某園區的模擬測試中，協同優化策略展現出多重效益：

用戶負荷更“柔性”：高峰時段用電需求下降12%，部分負荷轉移至夜間低價時段，既緩解電網壓力，又降低用戶電費支出（圖1）。
儲能“聰明充放”：白天光伏過剩時儲能充電，夜間放電補充需求，儲能利用率提升30%，減少對外購電依賴。
生物質燃氣替代天然氣：通過厭氧發酵有機廢物生產沼氣，替代50%的管道天然氣，既減少化石能源消耗，又降低供能中斷風險。


圖1：需求響應前后用戶用電負荷對比

未來展望：從單園區到多區域，協同優化潛力待挖
盡管當前研究聚焦單一園區，但其模式具備擴展性。例如，多個園區間可通過非合作博弈實現跨區域能源交易，進一步提升整體能效。此外，隨著電動汽車、智能家居等柔性負荷普及，用戶側調節潛力將進一步釋放。
研究團隊建議，政策層面可探索**“碳稅+補貼”組合拳**，例如對采用生物質供能的園區給予稅收優惠，或對高碳能源征收環境稅，加速低碳技術市場化進程。

結語：低碳轉型需“雙向賦能”
能源系統的低碳化不僅是技術問題，更是機制設計問題。通過價格信號引導用戶參與，通過碳成本倒逼供能優化，這種“雙向奔赴”的協同模式，為破解能源-環境矛盾提供了新思路。正如論文作者所言：“未來的能源系統，不該是‘發電廠說了算’，而是供需雙方共同編織的智能網絡。”

來源: FIE能源前沿期刊