考虑碳捕集与甲烷化的综合能源微网分布式优化调度

为了促进综合能源微网的低碳性与经济性,并降低信息安全风险,提出考虑碳捕集与甲烷化的综合能源微网分布式优化调度模型。通过在传统火电厂上加装碳捕集设备,将捕集的CO₂用于甲烷化,可以减少系统碳排放,将多余的配额进行出售,在降低系统碳排放的同时也带来了经济效益。并且考虑了分布式优化调度,以解决多综合能源微网联合优化调度带来的信息安全问题。仿真结果表明所提模型可以有效减少系统碳排放并兼顾经济性,同时能降低信息安全风险。     

考虑灵活碳捕集电厂与抽水蓄能联合的广义经济调度策略

“双碳”背景下,灵活碳捕集电厂成为风光大规模并网后保供电和低碳化的重要过渡电源之一;然而,因其储液容量制约和风光反调峰特性造成系统在应对持续增大的负荷峰谷差时存在局限,容易造成风光流失且碳经济性不高。为此,该文引入具有双向快速功率调节能力的大容量储能-抽水蓄能,提出一种基于灵活碳捕集电厂与抽水蓄能联合的广义经济调度策略;广义经济调度综合电厂运行成本、电网净负荷经济效益、碳经济效益等多种元素。首先充分利用能耗时移特性和抽水蓄能的双倍调节能力,结合净负荷典型峰谷特征制定二者联合运行在电碳解耦下“峰互补、谷协同”机制,实现深度调峰下兼顾碳捕集和新能源消纳;进而构建电-碳市场下考虑灵活性约束等因素的广义经济成本最小为目标的调度模型,用模糊参数表征净负荷的不确定性,采用改进灰狼算法求解。仿真结果表明所提两者联合的广义经济调度策略相较于仅考虑灵活碳捕集电厂,综合成本降低25.33%,碳排放量减少18.71%,弃风弃光成本下降98.70%,验证了所提联合调度策略的优越性。     

基于可再生能源的碳捕集-电转气协同运行方法

针对传统碳捕集电厂存在的强电碳耦合问题,提出基于可再生能源的碳捕集-电转气协同运行方法。首先,按照碳捕集设备供能来源的不同对各方式下碳捕集电厂的出力进行建模;其次,考虑风光和负荷的不确定性和相关性生成典型源荷场景;最后,根据碳捕集和电转气协同运行方式的不同划分6种运行模式,并以系统综合运行成本最小为目标对系统进行优化调度。算例分析表明,所提运行方法实现了碳捕集与碳捕集电厂产能之间解耦并提升了系统经济性。     

考虑电转气-碳捕集-氢燃料电池的“以气定热”整体建模与优化

提出一种考虑电转气(P2G)、碳捕集系统(CCS)和氢燃料电池(HFC)的“以气定热”整体建模方式。考虑P2G的碳-氢耦合过程，构建P2G-CCS-HFC(PCH)联合运行框架；提出“以气定热”建模方式，建立PCH整体模型，同步分析其电、热、气和碳能量耦合特性；基于PCH、热电联产机组、燃气锅炉和储能设备，构建考虑碳交易机制的综合能源系统(IES)低碳经济调度模型；设置多个运行场景，验证PCH对碳减排的贡献度。仿真结果表明，采用在“以气定热”建模方式下的PCH模型可以较大程度降低IES整体碳排放量和IES运行成本。     

计及碳捕集电厂综合灵活运行方式的含P2G综合能源系统低碳经济调度

针对电转气(P2G)、碳捕集系统在运行时间上存在的不同步问题，将储液罐作为CO₂“缓冲站”连接碳捕集电厂(CCPP)与P2G，构建考虑综合灵活运行方式的CCPP与P2G联合运行的综合能源系统(IES)低碳经济调度模型。通过研究储液罐的“能量时移”特性，分析包含储液罐的P2G-CCPP新型联合运行模式对于促进风电消纳、降低碳排放的积极影响，基于此建立考虑CCPP综合灵活运行方式以IES总运行成本最小为目标的低碳经济调度模型，在CPLEX中以改进的IEEE 39节点电力网络模型和7节点天然气网络模型为例进行仿真验证，结果证明所提运行方式对于实现IES低碳经济调度有重要的借鉴作用。     

计及电动汽车和碳捕集的电网调控系统低碳优化调度

为了实现电网调控系统(power grid control system, PCS)的低碳化和稳定性,本文提出考虑电动汽车充放特性与含高比例风电电网交互的PCS优化模型。首先,本文在典型PCS的基础架构下,引入碳捕集设备和风-储-电动汽车的联合发电系统。其次,考虑电动汽车充放特性与不同碳捕集价格对运行总成本的影响,基于分析运行成本、投资成本、维护成本等经济性指标,将碳捕集成本加入到优化目标函数中,以分析电动汽车V2G模式及不同碳捕集价格对电网调控系统储能优化配置的影响。最后,基于CPLEX求解器对所提模型进行求解并展开多场景对比分析,实例表明电动汽车与电网调控系统的交互模型能够有效降低11.39%总成本及16.82%碳排放总量。     

基于碳捕集与液态CO2储能的综合能源系统优化调度

针对综合能源系统在新能源消纳方面的不足,提出一种基于碳捕集与液态CO2储能的综合能源系统。首先,分析了液态CO2储能实际运行特点以及碳捕集装置综合灵活运行方式的“削峰填谷”特性;其次,建立考虑液态CO2储能与碳捕集装置不同运行方式的综合能源系统;最后,以系统总运行成本最小为目标函数建立优化调度模型,并通过负荷率、能源利用率等评价指标衡量调度结果。算例分析表明,该优化模型可提高能源利用率,缓解系统调峰压力,实现系统运行的经济性和低碳性。     

碳市场环境下计及碳捕集电厂和换电站的电力系统优化调度

在低碳及智能电网的背景下,提出了一种考虑碳交易并计及碳捕集电厂和换电站的电力系统优化调度模型。首先定义了电动汽车换电站虚拟电厂,并介绍了其运行特点,其次对不同电源的碳排放特性进行了分析,从总投资成本的折旧费用、燃料成本、运行维护成本及碳交易成本四个方面对电源成本进行了分析和建模。在此基础上,兼顾碳排放量和电源成本,引入功率平衡、机组及碳捕集系统爬坡、碳捕集效率等约束,建立了碳市场环境下计及碳捕集电厂和换电站的电力系统优化调度模型,并采用基于动态交换和密度距离的混合混沌粒子群优化算法对模型进行了求解,算例结果证明了所提模型及算法的有效性和正确性。     

基于分时电价机制的并网型微网多目标动态优化调度

针对并网条件下的微网优化调度问题,提出一种基于分时电价机制下的储能单元固定调度策略与可控微源动态优化调度相结合的微网运行调度方法。考虑系统功率平衡、失荷率及各种微源出力特性等主要约束,将储能蓄电池充放电折旧成本和与电网能量交换成本-收益计入运行经济成本,微网及电网侧发电污染物排放计入环境成本,建立了并网型微网多目标动态优化调度模型。并采用基于Tent映射混沌种群初始化方法和NDX交叉算子产生子代的多目标遗传算法NSGA-II优化系统内部可控微源出力。最后以风/光/柴/燃/储并网型微网系统进行算例仿真,验证所提模型合理性和求解方法的有效性。     

考虑时空扩散和碳汇的碳捕集-电转气协同优化调度模型

传统的低碳经济调度只考虑碳排放源问题，而没有考虑碳排放去向问题。因此，在碳捕集-电转气的协同运行模式基础上，同时考虑碳排放源和碳排放去向问题，提出了自由二氧化碳浓度(FCDC)的概念。针对不同生态地理环境的碳汇差异，考虑二氧化碳排放的大气扩散和地面植被碳汇的作用，构建自由二氧化碳浓度分布模型。然后，以平均自由二氧化碳浓度最小和总运行成本最小作为目标函数，建立碳捕集-电转气协同运行的低碳经济调度模型。最后，通过算例仿真验证了所提协同优化调度模型的有效性，可在保证经济效益的同时减少碳排放。     

协同遗传算法在微网孤岛下的环保经济调度

主要研究了孤岛模式下的微网环保经济调度问题,即在满足微网安全运行约束和负荷需求的条件下,优化分布式电源的出力,使微网的发电成本和排放成本最小。分析建立了微网环保经济调度的数学模型,考虑了分布式电源的燃料消耗、维护费用、排放成本、微网运行约束条件以及负荷需求等因素。研究了协同遗传算法的多种群并行运算机制与合作池特征,并将其用于调度模型求解。仿真实验验证了算法的可行性和有效性。     

基于多源协同的区域分层能源综合调度优化

为解决区域综合能源的调度优化问题,提出了基于多级能源协同的区域分层能源综合调度方案。分析了多级能源区域协调系统特点以及分层优化需求;建立了双层优化模型,上层优化输电网经济成本,下层优化微网运行成本,二者通过联络线交换功率形成信息流,利用典型算法对本文提出模型进行求解。通过仿真分析了所提方法的有效性,对比了微网联网运行和孤岛运行模式下的系统经济性,说明了双层优化的合理性,即在不同的可响应负荷水平下,相比孤岛模式系统成本下降在11%~17%之间。     

考虑碳捕集技术的电力系统双层优化配置

碳捕集与封存技术是实现“双碳”目标的有效手段,在考虑碳交易机制的基础上提出了一种含电转气、燃气轮机、碳捕集系统、风电场联合运行的低碳经济双层优化配置模型。上层优化目标为最小化系统碳相关成本;下层优化目标为最小化系统运行成本,其中考虑了系统运行约束,决策变量包括发电机组有功出力、电转气功率、碳捕集装配。为求取所提双层优化模型的最优均衡解,利用KKT条件将双层优化问题转换为单层优化问题,再利用McCormick将二次规划单层问题转换成可直接求解的混合整数线性优化问题,并利用CPLEX求解器对模型进行求解。最后,对IEEE 30节点系统进行仿真,验证了所提模型和方法的有效性,同时采用双层模型在一定程度上减少了系统总成本,提高了减排率。     

考虑CCUS电转气技术及碳市场风险的电–气综合能源系统低碳调度EI北大核心CSCD

在碳市场价格波动的背景下,合理量化碳交易价格波动风险并制定相应的低碳运行策略对于降低系统运行成本和碳排放量具有十分重要的意义。该文提出一种考虑碳市场价格风险及碳捕集、利用与封存系统–电转气协同运行的电–气综合能源系统低碳优化调度模型。首先,利用广义自回归条件异方差模型预测次交易日碳价,并使用条件风险价值衡量碳市场价格波动风险,为电–气综合能源系统调度提供碳价参考。然后,引入碳捕集、利用与封存系统–电转气协同运行框架,将碳捕集机组捕获的CO_(2)作为电转气原料,电转气利用负荷谷期的风电出力生产天然气,以电–气综合能源系统总调度成本及碳交易风险最低为目标建立优化调度模型。最后,在改进的IEEE 24节点和天然气6节点系统构成的电–气综合能源系统中进行仿真。结果表明,提出的调度模型能够捕捉碳市场波动期内风险,提高电–气综合能源系统可再生能源消纳量,并降低系统总运行成本和碳排放。     

可再生能源驱动的直接空气碳捕集利用系统配置优化研究

直接空气碳捕集是实现碳中和目标过程中不可或缺的负碳排放技术，但其具有吸附剂再生能耗大、投资成本高的缺点。利用可再生能源驱动直接空气碳捕集系统，并对捕捉的CO₂进行合理利用，将成为直接空气碳捕集技术应用的重要形式。为此，针对整体系统设备种类多、特性差异大、电-热-碳多能紧密耦合以及可再生出力间歇波动的特点，提出耦合直接空气碳捕集技术的综合能源系统配置-运行联合优化方法，从而实现系统负碳、经济与稳定运行的目标。基于上海冬季、过渡季以及夏季三种季节典型日下的气象条件以及用户电、热负荷需求进行仿真，验证所提系统及配置优化策略的有效性。     

微网孤网经济运行研究

建立了含冷热电联产系统的微网经济性数学模型,并将环保因素考虑在内,采用改进的遗传算法对微网孤网的经济调度进行了仿真计算。结合含多种微源的微网案例,给出了微网孤网运行时的具体调度方案,研究结果表明,该模型可有效应用于微网孤网的经济运行特性研究,同时结果显示蓄电池组的优化调度可减少系统的综合运行成本。     

电-氢-碳综合能源系统协同经济调度

在“双碳”背景下,为优化能源结构,提高可再生能源消纳,进而促进综合能源系统的碳减排工作,提出了一种基于碳捕集和电-氢-气双向转换的电氢碳协同运行的低碳经济调度模式。首先分析电转气两阶段过程中分别耦合氢储能、氢燃料电池以及碳捕集设备的运行机理,构建以清洁能源为主的能源供应和以电、热、冷、气负荷为终端消费的综合能源系统的能量流模型;然后针对其参与碳排放权交易市场,分析碳交易机制下系统各设备的碳成本;最后构建以运行维护成本、购能成本、环境成本和售氢收益之和最小的低碳经济运行数学模型,综合考虑设备约束和系统的能量平衡约束,分析对比不同典型运行模式,验证了所提调度模型的消纳特性、环保性和经济性。     

计及碳捕集和旋转备用配置的低碳优化运行

为降低电力系统碳排放量，促进大规模风电的并网与消纳，并考虑风电不确定性给系统运行带来的影响，提出了计及碳捕集和旋转备用容量配置的低碳优化运行方法。首先，对综合灵活运行碳捕集电厂的运行机理和备用原理进行分析。其次，考虑风电与负荷预测误差引起系统运行风险，使用条件风险价值(conditional value-at-risk, CVaR)度量优化运行过程中的风险，以系统各项运行成本最优为目的，建立所提方法的低碳优化调度模型。最后，使用拉丁超立方采样以及场景缩减方法将随机性问题进行确定化处理，以IEEE 39节点系统为例进行分析，验证了碳捕集电厂能够降低CO₂排放和为系统提供旋转备用容量，同时也为调度决策人员提供更多的选择方案，使系统的低碳性、稳健性与经济性得到提升。     

考虑需求侧碳交易机制的多微能网分布式协同优化调度

为助力减碳控排,促进城市能源协调发展,多微能网已成为城市能源网的重要组成,随着碳交易和电力市场的发展,亟需开展多微能网优化调度策略研究。该文在含多微能网的城市综合能源系统背景下,构建了基于多决策主体交互协调机制的多微能网系统协同调度框架,提出一种考虑需求侧碳交易机制的多微能网分布式优化调度方法,分别针对主网层和微能网层建立了考虑需求侧碳交易的分布式协同调度模型,以主网成本最小化为目标,兼顾各微能网利益最大化,实现整体社会效益最大;并基于目标级联技术进行分层分布式求解,在保护各微能网信息隐私的同时,实现多微能网综合能源系统低碳经济运行。算例表明,所提方法能够有效提升多微能网能源系统利用效率和新能源消纳能力,为含多微能网城市供能系统建设提供依据。     

含P2G的电—气互联网络风电消纳与逐次线性低碳经济调度

电转气(P2G)技术具有弃风消纳和碳捕获的能力,是电—气互联网络(IEGN)实现能源清洁低碳化利用的重要支撑技术。基于P2G的技术特性,首先分析了P2G消纳弃风与低碳协同机理,并结合碳交易市场的背景,提出了P2G的碳交易市场激励机制,建立了IEGN综合碳成本模型。进而计及P2G碳原料成本、天然气网动态管存特性,搭建了IEGN日前低碳经济调度模型。模型目标函数以弃风罚系数作为协同参量,实现对低碳经济成本最小和最大风电消纳两目标的协同。针对模型强非线性的特性,提出了改进的逐次线性化方法对模型进行线性化求解。算例仿真表明,气网动态管存特性和碳交易激励对提升P2G运行空间、提高系统弃风消纳和低碳效益具有积极作用,而所提的改进逐次线性化法在保证计算精度的同时可提升求解效率。