基于CCER規(guī)則的抽水蓄能碳減排計算方法

為推動實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，2021年全國碳排放權(quán)交易市場上線運行，溫室氣體自愿減排（Chinese certified emission reduction，CCER）交易市場也將重啟。抽水蓄能具有調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相、儲能、系統(tǒng)備用、黑啟動等6大功能，是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛、具備大規(guī)模開發(fā)條件的儲能方式。由于其具有容量大、工況多、速度快、可靠性高等優(yōu)勢，在促進新能源消納、保障大電網(wǎng)安全中發(fā)揮著基礎(chǔ)作用，是新型電力系統(tǒng)的重要組成部分。然而，抽水蓄能作為綠色低碳的清潔儲能方式，在碳減排貢獻方面尚未形成科學(xué)、統(tǒng)一的認(rèn)識，其綠色效益在碳排放權(quán)交易市場未能合理體現(xiàn)，行業(yè)內(nèi)也未形成通用的、被普遍接受的碳減排核算體系及行業(yè)規(guī)范?！吨袊娏Α?024年第1期刊發(fā)了徐三敏等人撰寫的《基于CCER規(guī)則的抽水蓄能碳減排計算方法》一文。文章根據(jù)電力系統(tǒng)實際運行數(shù)據(jù)，從抽水蓄能消納新能源、減少棄風(fēng)棄光和替代傳統(tǒng)電源調(diào)峰等角度開展碳減排機理分析，基于CCER方法學(xué)計算體系建立抽水蓄能碳減排計算模型，并通過具體案例計算，量化各區(qū)域抽水蓄能電站減排量，為形成抽水蓄能CCER方法學(xué)和相關(guān)核算標(biāo)準(zhǔn)提供支撐。

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抽水蓄能在消納新能源、實現(xiàn)調(diào)峰電源清潔替代等方面發(fā)揮著顯著的節(jié)能減排綠色效益。首先，闡述了目前抽水蓄能參與碳配額交易市場和自愿減排量交易市場的現(xiàn)狀，分析了抽水蓄能在減少棄風(fēng)棄光和實現(xiàn)調(diào)峰電源清潔替代過程中發(fā)揮減排作用的機理。然后，根據(jù)國家核證自愿減排量（Chinese certified emission reduction，CCER）方法學(xué)體系，建立了抽水蓄能碳減排項目情景與計算模型，并計算了全國4個區(qū)域典型電站的實際碳減排量，其中華東、華中和東北區(qū)域的電站年減排量均在10萬~30萬t。最后，總結(jié)了區(qū)域內(nèi)火電電量占比和電站綜合效率是影響抽水蓄能減碳作用的關(guān)鍵因素。相關(guān)研究可為抽水蓄能CCER方法學(xué)開發(fā)與碳減排計量提供參考。 本+文`內(nèi).容.來.自：中`國`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a np ai fan g.com

01

抽水蓄能參與碳排放權(quán)交易市場現(xiàn)狀

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1.1 抽水蓄能參與碳排放權(quán)交易市場現(xiàn)狀當(dāng)前中國碳排放權(quán)交易市場主要分為基于總量控制的碳配額交易與基于項目的自愿減排量交易2種類型，前者的交易對象是國家在控制碳排放總量基礎(chǔ)上分配給各控排行業(yè)的碳排放配額；后者的交易對象則是行業(yè)通過開展自愿碳減排項目、經(jīng)相關(guān)部門對項目減排效果進行量化核證后取得的國家核證自愿減排量（CCER）。CCER是基于清潔發(fā)展機制（clean development mechanism，CDM）模式延伸得到的、具有中國特色的核證減排量，可以用于抵銷碳配額，其交易及抵銷機制是對碳配額交易的重要補充。 本@文$內(nèi).容.來.自：中`國`碳`排*放^交*易^網(wǎng) t a np ai fan g.c om

第1種碳配額交易市場分為全國碳市場和試點碳市場。全國碳市場只納入了電力行業(yè)，共2162家企業(yè)，當(dāng)前正值第2個履約周期，目前沒有抽水蓄能電站被納入全國碳市場。試點碳市場分別在制度體系、管理體系以及交易平臺能力建設(shè)等方面進行各自的探索，現(xiàn)有的9個試點碳市場中，有7個試點省市行政區(qū)域內(nèi)含有抽蓄電站，根據(jù)各試點生態(tài)環(huán)境廳（局）公布內(nèi)容，其中北京碳市場將抽蓄電站納入重點排放單位名單，如表1所示。 本+文`內(nèi).容.來.自：中`國`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a np ai fan g.com

表1抽水蓄能納入試點碳市場情況Table 1The inclusion of pumped storage in the pilot carbon market

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北京市生態(tài)環(huán)境局規(guī)定年CO2直接排放與間接排放量5000 t（含）以上的企業(yè)列入重點碳排放單位（京政發(fā)〔2015〕65號），由于將十三陵電站作為一個用電單位，僅考慮了十三陵電站抽水用電，自2014年至今每年都將十三陵電站納入重點排放單位名單。十三陵電站按照北京市相關(guān)規(guī)定完成排放報告、核查報告和履約工作。第2種CCER交易市場自從2017年暫停受理備案申請后，2023年迎來了各項制度和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的加快推動。2023年3月30日，生態(tài)環(huán)境部發(fā)布《關(guān)于公開征集溫室氣體自愿減排項目方法學(xué)建議的函》（環(huán)辦便函〔2023〕95號），向全社會公開征集溫室氣體自愿減排項目方法學(xué)建議。2023年6月29日，生態(tài)環(huán)境部氣候司表示力爭2023年啟動溫室氣體自愿減排交易市場。無論是國際的CDM模式還是中國以往備案的200個CCER方法學(xué)，均未涉及抽水蓄能領(lǐng)域的相關(guān)內(nèi)容。 本`文內(nèi).容.來.自：中`國`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a npai fan g.com

1.2 抽水蓄能碳減排面臨的問題

風(fēng)電光伏的綠色低碳特性已得到大眾廣泛認(rèn)可，但抽水蓄能為提高新能源消納率、充分發(fā)揮減排作用而做出的消納貢獻，目前還沒有相關(guān)的科學(xué)認(rèn)定，甚至還出現(xiàn)了將抽水蓄能列入重點碳排放單位名單的情況。風(fēng)電光伏等新能源具有明顯的隨機性、波動性和反調(diào)峰特性，在用電低谷時段大發(fā)、用電高峰時段小發(fā)。由于發(fā)電與負荷需要實時平衡，而電能不可存儲，反調(diào)峰時段發(fā)出的新能源電量若不能即刻利用，則會發(fā)生棄風(fēng)棄光現(xiàn)象，無法接入電網(wǎng)從而帶來減碳效益。通過儲能可以將新能源電量進行時空轉(zhuǎn)換，將低谷時段的新能源電量轉(zhuǎn)移到高峰時段，將新能源電量接入電網(wǎng)并實現(xiàn)清潔能源替代，從而發(fā)揮減碳作用。

現(xiàn)階段發(fā)展成熟且利用率最高的儲能方式是抽水蓄能，系統(tǒng)中抽水蓄能的存在提升了清潔能源的系統(tǒng)接入率，減少了火電出力和碳排放，輔助實現(xiàn)了電力系統(tǒng)節(jié)能降碳，其降碳作用不可忽視。當(dāng)前中國正圍繞“雙碳”目標(biāo)加快新型電力系統(tǒng)建設(shè)，需要進一步深入研究抽水蓄能碳減排的機理和計算方法，合理評估和科學(xué)量化其綠色減排效益，推進抽水蓄能CCER方法學(xué)開發(fā)。 本/文-內(nèi)/容/來/自:中-國-碳-排-放-網(wǎng)-tan pai fang . com

02 禸嫆@唻洎：狆國湠棑倣茭昜蛧 τāńｐāīｆāńɡ.ｃōｍ

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2.1 減排機理電力系統(tǒng)實時平衡的要求與新能源隨機性、波動性等特性存在一定矛盾。解決這樣的矛盾就需要抽水蓄能將風(fēng)光棄電存儲起來、在負荷高峰時段實現(xiàn)清潔能源替代，以減少新能源棄電，同時降低火電碳排放，從而發(fā)揮碳減排作用。

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圖1為東北地區(qū)某典型日日內(nèi)功率曲線。其中，藍色色塊是負荷低谷而新能源大發(fā)時段，此時抽蓄進行抽水，吸收系統(tǒng)內(nèi)多余新能源電量；紅色色塊是負荷高峰而新能源小發(fā)時段，此時抽蓄進行發(fā)電，將存儲的電量釋放以補充系統(tǒng)內(nèi)電量缺口。可以看出，抽蓄密切配合系統(tǒng)負荷與新能源發(fā)電，靈活調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)平衡，保障新能源充分消納，并在高峰時段釋放儲存的電能替代火電出力，以降低系統(tǒng)碳排放量。 夲呅內(nèi)傛萊源?。骇鎲┨?排*放^鮫*易-網(wǎng) τā ńｐāīｆāńɡ.ｃōｍ

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圖1抽水蓄能消納新能源、替代火電調(diào)峰示意

Fig.1Schematic of pumped storage accomodating new energy and alternative thermal power shaving peak load 本`文@內(nèi)-容-來-自；中_國_碳排0放_交-易=網(wǎng) t an pa ifa ng . c om

2.2 計算模型 本@文$內(nèi).容.來.自：中`國`碳`排*放^交*易^網(wǎng) t a np ai fan g.c om

CCER方法學(xué)是指導(dǎo)溫室氣體自愿減排項目開發(fā)、實施、審定和減排量核查的主要依據(jù)，對減排項目的基準(zhǔn)線識別、額外性論證、減排量核算和監(jiān)測計劃制定等具有重要的規(guī)范作用。方法學(xué)包括適用條件、基準(zhǔn)線情景、額外性論證、減排量計算、監(jiān)測等要點，基本原理是將項目情景與基準(zhǔn)線情景下的溫室氣體排放量進行比較，所得差值即為通過項目實現(xiàn)的溫室氣體減排量。設(shè)置2種情景：基準(zhǔn)線情景（系統(tǒng)內(nèi)無抽蓄）和項目情景（系統(tǒng)內(nèi)有抽蓄）。在基準(zhǔn)線情景中，系統(tǒng)內(nèi)不含抽蓄電站。在負荷低谷時段，無抽蓄進行抽水，進而沒有電能消耗和碳排放；在負荷高峰時段，由于沒有抽蓄進行頂峰出力，則需要其他電源進行頂峰出力，此時系統(tǒng)的碳排放量=原本抽蓄應(yīng)發(fā)出的電量×區(qū)域電網(wǎng)排放因子。在項目情景中，系統(tǒng)內(nèi)含有抽蓄電站。在負荷低谷時段，抽蓄吸收系統(tǒng)內(nèi)多余電量，碳排放量為抽水蓄能抽水電量×當(dāng)前碳排放因子，由于負荷低谷時段系統(tǒng)中電量含有新能源、火電等多種電源發(fā)出的電能，其中新能源的排放因子為0，僅需計算其中火電碳排放，抽水排放量=抽水蓄能抽水電量×火電發(fā)電量占系統(tǒng)總電量比例×火電排放因子；在負荷高峰時段，抽蓄進行頂峰出力，發(fā)出清潔水電，碳排放為0。 內(nèi)/容/來/自:中-國-碳-排-放*交…易-網(wǎng)-tan pai fang . com

基于以上情景設(shè)置構(gòu)建減排數(shù)學(xué)模型如下。 本*文`內(nèi)/容/來/自:中-國-碳^排-放“交|易^網(wǎng)-tan pai fang . c o m

1）基準(zhǔn)線情景排放量為 本`文內(nèi).容.來.自：中`國`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a npai fan g.com

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式中：By為第y年的基準(zhǔn)線排放；Gi,y為第y年抽水蓄能電站第i次發(fā)電的發(fā)電量；Fgrid,y為第y年的區(qū)域電網(wǎng)排放因子，t/(MW·h)。 本`文@內(nèi)/容/來/自:中-國^碳-排-放^*交*易^網(wǎng)-tan pai fang. com

2）項目情景排放量為式中：

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Py為第y年的項目排放；Mj,y為第y年抽水蓄能電站第j次抽水的抽水電量；fy為第y年抽水蓄能電站抽水時段系統(tǒng)中的火電電量占比；Ftp,y為第y年的火電排放因子，t/(MW·h)。 內(nèi)/容/來/自:中-國-碳-排-放*交…易-網(wǎng)-tan pai fang . com

3）項目減排量為式中： 內(nèi)-容-來-自；中_國_碳_0排放￥交-易=網(wǎng) t an pa i fa ng . c om

Ry為第y年的減排量。 本+文內(nèi).容.來.自：中`國`碳`排*放*交*易^網(wǎng) ta np ai fan g.com

2.3 統(tǒng)計結(jié)果 本+文內(nèi).容.來.自：中`國`碳`排*放*交*易^網(wǎng) ta np ai fan g.com

通過統(tǒng)計2022年中國各區(qū)域電量數(shù)據(jù)，計算全年火電發(fā)電量占比，并結(jié)合各區(qū)域抽水蓄能電站工作時間，計算抽水時段區(qū)域火電發(fā)電量占比，結(jié)果如表2所示。西北地區(qū)目前無在運抽蓄電站，西南地區(qū)僅有一座9萬kW小容量抽蓄電站（羊卓雍湖電站），不具備典型參考意義，因此二者未考慮計算。

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表2 2022年全國各區(qū)域火電發(fā)電量占比Table 2Proportion of thermal power generation in various regions of China in 2022

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根據(jù)計算結(jié)果，華東、華中和東北區(qū)域的火電電量占比較低，在60%~69%之間，華北區(qū)域的火電電量占比最高，達到80%。同時，電站抽水時段火電占比相對全年平均值略低，只有華東區(qū)域的抽水時段火電占比更高。

03

算例分析

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從華東、華中、華北和東北4個區(qū)域各選取1個典型抽蓄電站，應(yīng)用本文所提數(shù)學(xué)模型，計算各電站2022年全年的減排量。

3.1 華東區(qū)域算例 本`文@內(nèi)-容-來-自；中^國_碳0排0放^交-易=網(wǎng) ta n pa i fa ng . co m

1）基準(zhǔn)線情景排放量計算。按照式（1）中的排放因子，目前中國有多種電力平均排放因子，全國電網(wǎng)平均排因子主要用于全國碳市場企業(yè)核算電力間接排放進行履約；區(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)線排放因子主要用于開發(fā)CDM項目或者CCER項目時核算項目的減排量；省級電網(wǎng)平均排放因子以省級行政區(qū)域邊界為劃分，支撐編制省級溫室氣體排放清單以及省內(nèi)各級政府碳強度下降目標(biāo)考核。本文選用生態(tài)環(huán)境部最新發(fā)布的2019年區(qū)域電網(wǎng)排放因子進行計算，如表3所示，其中華東區(qū)域為0.6908 t/(MW·h)。

表3 2019年減排項目中國區(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)線排放因子Table 3Regional grid baseline emission factors of the 2019 emission reduction projects in China

桐柏電站2022全年發(fā)電量1589210.18 MW·h，基準(zhǔn)線排放1589210.18×0.6908=1097866.12 t。 本`文@內(nèi)-容-來-自；中^國_碳0排0放^交-易=網(wǎng) ta n pa i fa ng . co m

2）項目情景排放量計算。按照式（2）中的火電排放因子，選用生態(tài)環(huán)境部公布的2019年數(shù)據(jù)，如表4所示。由于目前燃氣、燃油和垃圾發(fā)電電量在系統(tǒng)中占比極小，火電排放因子選用燃煤機組因子0.7605 t/(MW·h)。

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表4 燃煤、燃氣、燃油、垃圾焚燒發(fā)電機組單位電量CO2排放因子Table 4CO2emission factor per unit energy of coal-fired, gas, fuel, and garbage incineration power generation units 內(nèi).容.來.自：中`國`碳#排*放*交*易^網(wǎng) t a np ai f an g.com

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桐柏電站2022全年抽水電量1936234.89 MW·h，項目排放1936234.89×65.40%×0.7605=963019.34 t。

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3）項目減排量計算。按照式（3），2022年減排量1097866.12–963019.34=134846.78 t。通過計算可得，華東地區(qū)桐柏抽水蓄能電站2022年全年的碳減排量為134846.78 t。 本+文+內(nèi).容.來.自：中`國`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a np ai fan g.com

3.2 各區(qū)域算例計算結(jié)果 本`文內(nèi).容.來.自：中`國`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a npai fan g.com

同理，對另外3個區(qū)域進行計算華中、華北、東北選取典型電站分別為河南寶泉電站、北京十三陵電站、遼寧蒲石河電站。4個區(qū)域均采用生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的2019年區(qū)域排放因子和表2計算的抽水時段火電占比，進行基準(zhǔn)線情景和項目情景排放量計算，結(jié)果如表5所示。 內(nèi).容.來.自：中`國*碳-排*放*交*易^網(wǎng) t a npai fa ng.com

表5 各區(qū)域典型電站2022年減排量計算結(jié)果Table 5Calculated emission reduction by typical pumped storage stations in each region in 2022

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由表5可知，4個電站均為所在區(qū)域帶來了碳減排效益，其中華東、華中和東北區(qū)域的電站年減排量均在10萬~30萬t。這主要是由于這3個區(qū)域新能源電量占比較高、火電電量占比較低。而火電占比最高的華北區(qū)域，電站年減排量為1萬t，與其他區(qū)域差距較大。因此，在抽蓄電站效率一定的前提下，區(qū)域內(nèi)新能源占比越高、火電占比越低，抽蓄的減排效用發(fā)揮越明顯。

3.3 計算結(jié)果分析

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在新能源占比逐漸提高的新型電力系統(tǒng)中，火電占比將不斷降低。根據(jù)預(yù)測，2030年、2060年新能源發(fā)電量占比將分別達到30.7%和83.5%，火電發(fā)電量占比相應(yīng)降低至56.8%和12.8%，如圖2所示。

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圖2 2020—2060年火電和風(fēng)電光伏發(fā)電量占比趨勢

Fig.2Proportion variation of thermal and wind & photovoltaic power generation from 2020 to 2060

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依據(jù)本文所提的數(shù)學(xué)模型與計算方法，在新能源比例持續(xù)上升、火電比例不斷下降的趨勢下，抽水蓄能可以更好地發(fā)揮消納新能源、降低系統(tǒng)碳排放的作用。根據(jù)預(yù)測，火電電量占比從目前的60%~80%降低到2060年的12.8%，還有40%以上的下降空間。各區(qū)域在2022年數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，火電量占比分別下降5~40個百分點后，區(qū)域內(nèi)抽水蓄能電站減碳量變化情況如表6所示。 本`文@內(nèi)-容-來-自；中_國_碳排0放_交-易=網(wǎng) t an pa ifa ng . c om

表6 火電量占比下降時抽蓄減排量對比Table 6Comparison of emission reduction by pumping storage under different decreasing percentages of thermal power generation

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由表6可知，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)火電量占比下降5個百分點時，各區(qū)域的電站減排量相比2022年都有不同程度的提升，十三陵電站的減排量成倍增加。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)火電量占比繼續(xù)降低，達到2060年預(yù)測值10%~30%時，各區(qū)域內(nèi)電站的年減排量可以達到70萬~80萬t，相比2022年有數(shù)倍提升。火電量占比降低會帶來區(qū)域排放因子降低等一系列變化，本文在計算中暫未考慮排放因子的修正。在未來新能源比例持續(xù)上升、火電比例不斷下降的趨勢下，抽水蓄能能夠更好地促進新能源消納、更多地實現(xiàn)降低火電出力和減少碳排放的作用。 本文+內(nèi)-容-來-自；中^國_碳+排.放_交^易=網(wǎng) t a n pa ifa ng .c om

除了區(qū)域火電占比外，減排量還與電站的綜合效率有密切關(guān)系，綜合效率越高，越能更好地發(fā)揮減排作用。通過計算，如果電站綜合效率提高1個百分點，桐柏、寶泉、蒲石河電站的年減排量分別能夠提升9%、5%、4%，而十三陵電站更是可以提升54%。因此，提高抽水蓄能機組綜合效率也是提升電站減碳能力的重要途徑。

04

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結(jié)論

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本文基于CCER方法學(xué)體系，梳理了抽水蓄能碳減排機理，建立了抽水蓄能碳減排項目情景與數(shù)學(xué)模型，并得到了如下結(jié)論。 本`文@內(nèi)-容-來-自；中_國_碳排0放_交-易=網(wǎng) t an pa ifa ng . c om

1）2022年4個區(qū)域典型電站的算例表明，4個電站都給所在區(qū)域帶來了碳減排效益，具體減排量分別為：華東桐柏電站134846.78 t、華中寶泉電站215455.02 t、華北十三陵電站12075.76 t、東北蒲石河電站331491.84 t。本文深度融合了CCER核算機制進行碳減排量化評估，對比其他碳排放和節(jié)碳量計算方法，嚴(yán)格辨識抽水蓄能在不同場景下的所有排放源，遵循CCER要求的保守性、透明性、準(zhǔn)確性等基本原則。

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2）抽水蓄能通過促進新能源消納來降低系統(tǒng)碳排放，因此區(qū)域內(nèi)新能源電量占比越高、火電電量占比越低，抽水蓄能的減排效用發(fā)揮越充分。當(dāng)火電電量占比下降5個百分點時，抽水蓄能電站減排量將提升20%~50%甚至更多，在未來新能源高比例接入的新型電力系統(tǒng)中，其碳減排效益將進一步提升。 禸嫆@唻洎：狆國湠棑倣茭昜蛧 τāńｐāīｆāńɡ.ｃōｍ

3）在能源結(jié)構(gòu)一定的情況下，提高抽水蓄能電站的綜合效率能夠提升其減排效果，未來抽水蓄能電站在設(shè)計和運行過程中可以進一步挖掘潛力、提高綜合效率，從而提升碳減排量，為社會帶來更顯著的綠色貢獻。

4）新能源出力特性與系統(tǒng)需求具有時空差異性，其碳減排效益需要在抽水蓄能的支撐下才能夠充分發(fā)揮。因此在大力發(fā)展新能源的同時，應(yīng)合理量化抽水蓄能碳減排效益，形成科學(xué)的抽蓄CCER碳減排核算體系和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，以有效體現(xiàn)抽水蓄能碳減排價值，進一步促進綠色能源體系建設(shè)。

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