科学家分析绿电绿证消费策略，发现按小时采购绿电的减碳效果最佳

当前，国际上很多高校、组织、企业等组织机构都在向零用电碳足迹努力。

在这些组织机构中，一部分是因支持低碳发展而选择自主采购零碳电力（在中国市场称为绿电绿证消费），也有一部分是受碳关税等政策影响而被动采取降低用电碳足迹的措施。

目前，国际上主要的三种绿电购买策略包括：绿证采购量与用电总量匹配、边际碳排放因子匹配和绿证与用电量每小时匹配。

那么，组织机构在购买绿电绿证时，哪种方法实际的减碳效果最好？不同方法对整体电力系统会带来怎样的影响？相关的方法是否能够提高新能源消纳，并刺激新技术的发展呢？

为了探索上述问题，清华大学和美国普林斯顿大学团队基于大数据和电力系统规划仿真模型 GenX，针对美国西部地区工商业用户，对三种国际上主要的自愿性零碳电力采购策略分别建模测算。

并且，研究对整体电力系统的影响进行分析和讨论，包括对碳排放、电力基础设施投资以及效益和成本分配等。

该研究发现，绿证采购量与用电总量匹配不足以引起大幅度碳减排，边际碳排放因子匹配的碳减排效果有限，而将绿证与组织机构每小时电力消耗相匹配是推动整体电力系统影响的关键。

图丨自愿零碳电力采购的三种核算方式及其对应策略示意图（来源：Joule）

近日，相关论文以《自愿性零碳电力采购策略的系统层面影响》（System-level impacts of voluntary carbon-free electricity procurement strategies）为题发表在 Joule[1]。

清华大学水木学者、博士后研究员许庆宇为第一作者兼通讯作者，普林斯顿大学研究员威尔逊·里克斯（Wilson Ricks）为共同第一作者兼共同通讯作者，普林斯顿大学助理教授杰西·D·詹金斯（Jesse D. Jenkins）担任共同通讯作者。

图丨相关论文（来源：Joule）

第一种碳核算方法是总量匹配，即零碳电力/绿证总量或购电协议对应的总发电量大于等于组织机构的总用电量，此时视为用电碳足迹为零。

该方法也是市场最主流方式，但从对新能源的促进作用来看，传统的碳核算方法被业内人士认为在经济性上的塑造的稀缺性不够。

在这种方法的作用下，支持新能源太过容易，宣称零用电碳足迹只需要以很低的价格将市场中的绿证收入囊中，难以对新能源产生真正的经济激励。

许庆宇指出，此外，由于并没有考虑新能源的发电时间，大量的组织企业会由于成本低而购买光伏发电技术的“冠名权”，但最终效果很可能用新的太阳能技术把很多存量太阳能技术挤出市场，并没有形成对化石能源的大量替代。

因此，总量匹配并没有真正地实现碳减排的效果和刺激发展更多的新能源。

图丨许庆宇（来源：许庆宇）

第二种碳核算方法是边际排放因子匹配。该方法以按年度计算，组织机构通过购买绿电绿证的方式来计算减排效应，以期能够抵消组织机构的用电足迹。

需要了解的是，该方法跟踪的是短期边际碳排放因子，也就是说，由于电力系统的未来形态有太强的不确定性，一般需要假设短期内整个电力系统不会有明显的容量改变，短期边际碳排放因子仅表示给定系统内边际机组的碳排放。

直观结果显示，这种方法的碳减排效果有限。其背后的原因与可再生能源购电协议的签约形式等多种因素密切相关。

第三种碳核算方法是绿证与用电量每小时匹配（分时匹配），代表企业为谷歌。

该方法也是三种主要方案中减碳效果最佳的，以数据中心为例，即企业所购买的新能源场站的发电量与数据中心的实际应用电量，每小时都完全匹配。也就是说，可再生资源在每时都大于等于该时刻实际用电总量。

该方法加大了降低电力碳足迹的难度，进而提高了零碳电力的稀缺性。通过刺激很多新能源技术和储能替代煤炭等传统能源，进而能够显著地看到减排的效果。但不可忽视的是，这种方法需要投入的成本也是三种方法中最高的。

许庆宇表示，要求每小时电负荷与可再生能源匹配的碳足迹核算方式，会促进一大批清洁、低碳、灵活的发电技术及储能技术被市场所采纳，更好地促进新发电、储能技术的发展。

（来源：Joule）

该课题组考虑了先进地热、氨/生物质燃气发电、金属空气电池、氢电池、二氧化碳捕获等先进技术应用。

结果显示，基于时间匹配的零用电碳足迹策略有望激发整个电力系统提早地采纳目前不具备经济性的先进技术，例如上述长时储能和非传统新能源发电技术等。

许庆宇指出，该研究中的时间匹配或排放因子匹配的方法学，已经对美国和欧洲关于绿氢补贴的新规产生影响。根据美国财政部文件，其已要求从 2028 年起，需确保组织机构每小时制氢水平和发电情况相符。

对于中国市场未来的发展，许庆宇认为，先摸清碳足迹的“底牌”打好基础尤为重要。

他指出两个非常紧迫且必要的关键点：“一是加快电碳信息披露，特别是细时间颗粒度的碳排放因子（有空间颗粒度更好），不仅是平均碳排放因子，也需要边际碳排放因子；二是联动碳排放足迹，激发绿证的需求。打好数据基础，才能设计出国际认可度高的碳足迹核算方式。”

该研究是一项基础性方法学，涉及电力系统、经济学、环境工程等交叉学科，从技术方面可在绿氢、数据中心等需要减少碳足迹的应用中推广。据悉，目前 GenX 已开源，各组织机构可以用该软件进行研究、政策分析和技术分析等。

参考资料：

1Xu,Q. et al.System-level impacts of voluntary carbon-free electricity procurement strategies.Joule(2024). https://www.cell.com/joule/pdf/S2542-4351(23)00499-3.pdf

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