上海大学张舜卿等 | 面向无线网-能源互联网双网融合系统的碳效用评估指标

研究团队

黄朋博，余涛，郑嘉怡，张舜卿，陈小静：上海大学通信与信息工程学院

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黄朋博，余涛，郑嘉怡，张舜卿，陈小静. 面向无线网-能源互联网双网融合系统的碳效用评估指标. 中国科学: 信息科学, 2024, 10.1360/SSI-2023-0255

研究意义

近年来，随着6G的发展，网络的覆盖范围向三维扩展，网络容量和流量的动态变化加剧。其次，随着国家“双碳目标”的稳步推进，无线通信领域缺少合理评估碳效用的相关指标，传统的碳效用评估指标无法满足变化愈加剧烈的网络流量和网络部署、运维的特点。针对上述问题以及无线通信网-能源互联网双网融合的新趋势，如何评估无线通信网-能源互联网双网融合系统的碳效用亟待研究。

本文工作

为了解决上述问题，本文首先采用双时间尺度的电能供需队列对无线通信网-能源互联网双网融合系统的电能供给关系进行建模，不仅将可再生能源(包括太阳能和风能) 作为双网融合系统的能源供应，而且实现了能源互联网中能源中心的能源供需角色转换。其次，本文基于无线通信网-能源互联网双网融合系统，提出了双网融合系统的碳效用评价指标集成相对碳效用IRCE，该指标面向双网融合系统，碳排放的计算基于电能供需队列的调度方式，可以描述包括可再生能源发电和电能交易等场景的双网融合系统的碳效用。

本文创新点如下：

(1) 基于动力层和物理层，构建了能源互联网和无线网的双网融合系统，并采用电能供需队列对双网之间的电能供给关系进行建模，不仅将可再生能源(包括太阳能和风能)作为双网融合系统的能源供应，而且实现了能源互联网中能源中心的能源供需角色转换。

(2) 提出了集成相对碳效用指标IRCE，该指标面向双网融合系统，其碳排放的计算基于电能供需队列的调度方式，与传统的电能调度方式不同，该指标可以描述包括可再生能源发电和电能交易等场景的双网融合系统的碳效用。

无线网-能源互联网双网融合系统示意图

实验结果

在本文中，我们在虚拟电厂的场景下进行不同天气和不同可变负载的碳效用指标评估，并将集成相对碳效用IRCE与传统的碳效用指标CE进行了对比。

虚拟电厂评估指标对比图

从左图中可以看到，A日的IRCE指标大于等于B日的IRCE指标。这是由于A日可再生能源发电较多，所需公用电网的电量和柴油发电的量较少，因此A日产生的碳排放较少， A日的IRCE指标更高。传统碳效用指标CE只关注用电需求侧的电能消耗，因此不论处于可再生能源发电多的A日还是发电较少的B日，CE指标均不能反映能源供给侧可再生能源发电对碳效用的影响。

从右图中可以看到，可调度负载情况下的IRCE指标大于不可调度负载情况下的 IRCE指标。这是由于虚拟电厂可以在可再生能源发电充足的时候对负载进行预加载，因此可以降低场景下的碳排放，获得更高的IRCE指标。但是传统碳效用指标CE基于按需供电的电能调度方式，只考虑负载的电能消耗，因此不论负载是否可以调度，CE指标均不能反映可调负载对碳效用的影响。从图中也可以看出，虚拟电厂场景仍然存在用电高峰期碳效用较低的问题。因此实际场景下的低碳指导意见是：可以采用更多种类的可再生能源发电(例如潮汐能)来弥补现有的光伏发电和风力发电在时间上分布不均匀的缺点，从而提升系统在用电高峰期的碳效用。

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