碳捕集电厂的运行机制研究与调峰效益分析

二氧化碳捕集和封存(carbon capture and storage,CCS)是实现电力低碳化发展的关键技术,具有光明的发展前景。作为未来重要的电源选择,碳捕集电厂的运行性能与调整能力将对电网运行的安全性与高效性产生重大影响。结合碳捕集技术的基本原理,深入研究了碳捕集电厂内部的能量流,量化分析了碳捕集电厂的运行区间,并揭示了碳捕集电厂的调峰性能。在此基础上,提出基于"电力系统调峰成本曲线"的分析方法,以直观、简明的方式实现了电力系统的调峰优化决策;并以具有复杂电源结构的电力系统为例进行调峰效果分析,特别测算了碳捕集电厂对电力系统容纳大规模风电接入的贡献率,评估了碳捕集电厂在提高电网运行安全裕度与降低系统调峰成本上的显著效益。     

应用于电力系统的碳捕集技术及其带来的变革

二氧化碳捕集和封存技术是当前最为关键的低碳技术之一,协调了化石燃料利用与碳减排之间的矛盾,从而具有广泛的应用前景。文中全面介绍了当前碳捕集技术在电力系统中的实施情况,描述了碳捕集电厂的发展前景,并结合电厂运行、电网运行、微观个体电厂投资与宏观整体电源规划中的实际需求,阐述了应用于电力系统的碳捕集技术将面临的主要挑战与亟待解决的问题,探讨了碳捕集电厂对于电力系统接纳大规模风电的促进作用,揭示了碳捕集技术的引入对于电力系统所带来的重大变革。     

碳捕集电厂不同运行方式的电碳特性分析

碳捕集电厂具有成为未来重要电源建设选项的巨大可能性。在深入考察碳捕集电厂的技术原理、工作流程与能量流关系的基础上,深入研究了碳捕集系统内部各个功能环节的协调关系以及灵活运行的机理,从本质上定义并分析了碳捕集电厂的各类典型运行方式,包括基准运行、烟气分流、富液分流、溶液存储以及综合灵活运行方式。针对每一类典型的运行方式,深入分析了碳捕集电厂所对应的电碳特性。最后,以一台典型碳捕集电厂为实证对象构建算例,验证了所得出的研究结论。     

考虑碳捕集电厂综合灵活运行方式的低碳经济调度

碳减排是能源革命的目标之一,大力发展风电是实现低碳的重要举措。随着风电渗透率的提高,电力系统的调峰压力骤增。储液式碳捕集电厂可通过储液罐进行"削峰填谷",同时实现火电机组低碳化,是风电理想的配合电源。考虑碳捕集电厂储液式和分流式相结合的综合灵活运行方式,建立含风电的电力系统低碳经济调度模型,兼顾低碳性和经济性。首先,对碳捕集电厂储液式和分流式运行的能流特性进行研究,并考虑其调峰特性,分析碳捕集电厂综合灵活运行相对于分流式运行的优势;其次,建立考虑碳捕集电厂综合灵活运行方式的低碳经济调度模型;最后,基于CPLEX对含碳捕集电厂的IEEE 39节点电力系统进行仿真,结果证明所提方法的有效性,可为电力系统低碳经济调度提供参考。     

含碳捕集电厂的低碳电源规划模型

在发展低碳经济的时代背景下,各类低碳要素的引入将对传统电源规划的内涵与模式带来深刻的变化。与此同时,碳捕集电厂和碳捕集预留电厂将成为未来电源规划的重要选项。将低碳要素引入电源规划决策之中,在充分考虑传统电力系统安全、经济运行要求的前提下,建立了含碳捕集电厂的低碳电源规划模型,重点在规划层面考虑了碳捕集技术的不同配置选项和发展路线,实现对碳捕集和碳捕集预留技术的建模。所提出的低碳电源规划模型本质上是一个统一协调的规划模型,统一考虑了规划中的投资决策问题与运行模拟问题。最后,以我国某省的实际数据构造算例,验证了所提出的模型与方法的合理性与有效性。     

基于风电-碳捕集电力系统的灵活性调峰策略

高比例风电并网增大了电力系统调峰负担,因此亟需提高电力系统调峰灵活性,助力新型电力系统低碳-零碳化的发展。分析碳捕集电厂优良的调峰性能及其用于调峰辅助服务的必要性,并论证碳捕集电厂低碳特性在碳交易中发挥的积极作用,由此提出碳捕集电厂灵活性调峰的运行策略,并阐述所提策略的低碳性与经济性。构建以电力系统综合成本最优为目标的风电-碳捕集调度模型,并基于此模型对比不同灵活运行方式下碳捕集电厂的低碳性能与经济效益。最后,在改进的IEEE 39节点系统中进行仿真,结果验证了所提模型可有效协调调峰资源,在满足电力系统调峰需求的同时降低系统的碳排水平与运行成本。     

风电-碳捕集电厂联合运行的电力系统优化调度

碳捕集电厂的灵活运行方式使得其净出力的快速可调成为可能,利用碳捕集电厂灵活运行方式,将风电和碳捕集电厂联合调度,平抑风电的波动性,减小风电波动对系统造成的影响。通过引入火电机组成本、碳交易成本和风-碳捕集电厂联合出力波动最小的目标函数,兼顾系统的经济、低碳、安全效益。通过多目标粒子群算法求解模型,并用混沌搜索减小碳捕集电厂总出力对平抑风电波动的影响,通过改变权系数转换矩阵参数实现调度的灵活可调。算例分析验证所提模型的可行性和有效性。     

基于相对捕集度的碳捕集电厂灵活运行多目标优化决策分析

碳捕集设备的灵活运行模式给碳捕集电厂带来了更多的运行调控策略,在灵活运行模式的基础上,定义了相对捕集度的概念,根据相对捕集度推导出灵活运行模式下的运行公式。给出了碳捕集设备的启动能耗公式。基于相对捕集度,以减排量和机组煤耗作为目标函数,运用多目标细菌群体趋药性算法对目标函数进行优化,同时完成发电机组间的出力优化分配。最后以单个碳捕集电厂为例,将基准运行模式和灵活运行模式进行了对比分析,并通过减耗率的大小来评价灵活运行模式优化的效果,仿真结果说明了所提方法的有效性。     

考虑碳捕集电厂综合灵活运行下的含P2G和光热电站虚拟电厂优化调度

为了实现电力系统能源低碳化,大力发展碳捕集与封存技术和风光等新能源是低碳化的重要举措。但碳捕集电厂的最小出力技术约束和风电的反调峰特性限制了风电消纳和碳减排,利用碳捕集灵活运行方式下储液罐进行“能量时移”和“碳转移”,间接消纳风电和减少碳排放。利用碳捕集设备捕集的CO₂作为电转气原料,降低碳封存成本和电转气成本,进一步消纳弃风电量并获得售气收益。由于负荷具有早晚高峰特性,因此利用含储热式光热电站的良好调峰性能将白天的部分热量转移至晚高峰发电,缓解系统调峰压力。为此,文章构建了碳捕集电厂综合灵活运行下含电转气和光热电站虚拟电厂优化调度模型。并运用Matlab软件中YALMIP工具包中的商用求解器Cplex对模型进行优化计算。仿真结果表明,所提模型能进一步减少弃风、减少碳排放和缓解调峰压力。     

考虑充放电策略的换电站与风电-碳捕集虚拟电厂的低碳经济调度

风电-碳捕集虚拟电厂与换电站均具有一定程度的低碳性能,有助于电力系统低碳化。考虑系统源荷两侧低碳配合问题,提出一种考虑充放电策略的换电站与风电-碳捕集虚拟电厂协调低碳调度方法。在源侧引入了采用综合灵活运行方式的碳捕集电厂与风电场聚合,形成风电-碳捕集虚拟电厂,在荷侧考虑了具备“源荷”双重角色的换电站,并制定充放电策略,分析二者各自在低碳运行方面的不足之处,研究二者的低碳互补问题,并建立了以系统综合成本最优为目标函数的低碳经济调度模型。最后,采用改进的IEEE 30节点系统进行仿真验证,算例结果表明所提调度模型能在提高全网风电消纳能力的同时,实现系统低碳经济运行。     

考虑碳捕集与CVaR的电力系统低碳经济调度

碳捕集电厂能够实现高碳火电的低碳化，是降低碳排放的有效举措之一。伴随着风电渗透率的不断增加，且风电出力具有间歇性等特点，给电力系统带来巨大的调峰压力。通过综合灵活运行碳捕集电厂中的溶液存储设备进行“能量时移”，以解决系统接入大规模风电所造成的调峰问题。同时考虑到风电的随机性会增加调度运行中的风险，引入金融风险管理方法中的条件风险价值(conditional value-at-risk, CVaR)对调度运行中的风险成本进行度量，以系统运行经济性最高为目标，建立计及CVaR含碳捕集电厂与风电电力系统的综合低碳优化调度模型。通过仿真算例证明了所提模型的可行性，在有效降低系统的碳排放与运行风险的同时保证系统经济性最优。     

基于碳交易的碳捕集电厂不同策略研究

在低碳经济的政策环境下,实现CO2的有效减排是当前电力行业面临的突出问题.碳捕集和封存技术是实现电力低碳化发展的关键技术,本文结合碳交易的不同发展阶段,提出碳捕集电厂不同的应对策略,使碳捕集电厂达到收益最大化的目的.     

基于直流断路器的柔性直流电网架空线路故障隔离策略研究

柔性直流输电技术未来将向大规模柔性直流电网发展,从经济性和通用性来看使用架空线路的柔性直流电网最具发展前景,然而架空线路故障率较高,如何实现直流线路故障的快速隔离和系统恢复成为制约柔性直流电网发展的关键因素。针对该问题,文中基于张北柔性直流电网示范工程,以半桥结构的模块化多电平换流器进行了研究,提出了适用于工程应用的直流架空线路故障隔离措施和线路故障恢复策略,并基于RT-LAB实时仿真平台搭建了张北工程四端直流电网系统,对相应的隔离方法及故障恢复策略进行了仿真验证,结果表明,可降低直流线路故障对交流系统的影响,降低直流限流切除对系统稳定性和安全性的影响,为柔直电网工程的实际应用提供了依据。     

高比例可再生能源电力系统关键技术及发展挑战

高比例可再生能源并网将改变电力系统的形态,为电力系统稳定控制、调度运行和规划决策等领域带来重大变革.文中基于不同可再生能源渗透率水平下系统的发展特点,将未来电力系统迈向高比例可再生能源的过程分为三大阶段并总结了各个阶段的特征.结合这一领域的研究成果,全面解析了高比例可再生能源电力系统发展过程中将出现的挑战,分析了电力系统消纳高比例可再生能源的一系列技术解决方案,对各项技术的基本原理、经济成本与发展前景进行了分析和比较.研究表明,高比例可再生能源并网将面临一系列技术挑战,而每项关键技术仅能解决其中一部分问题.这些技术在未来高比例可再生能源电力系统中的应用不仅取决于其技术有效性,还取决于其经济性以及与其他技术的互补性.中国未来实现高比例可再生能源电力系统的形态与发展路径取决于各项关键技术的相对发展步伐及其耦合影响.     

基于扩展序列运算的含不确定性需求响应电力系统优化调度

未来高比例可再生能源的随机性给电力系统运行带来了前所未有的挑战,灵活性资源的不足限制了可再生能源的发展,柔性负荷可作为一种灵活性资源参与电力系统的调峰和备用。文中根据响应机制的不同,将柔性负荷分为激励型负荷和价格型负荷两种。基于扩展概率性序列运算理论,分别建立表征激励型负荷和价格型负荷响应不确定性的概率模型,表征风电出力不确定性的概率模型也随之建立。在此基础上,以应对风电波动性和随机性为背景,基于风险约束和风险成本理论,构建了同时考虑风电出力和需求响应不确定性的电力系统日前优化调度模型。针对构建的随机优化问题,文中通过序列运算对机会约束条件进行转化,将其转化为一个约束条件为线性的确定性优化问题进行求解。最后,通过仿真算例验证了模型的有效性,并分析了序列运算应用于不确定性问题的实用价值。     

电力系统灵活调节服务与市场机制研究综述

随着可再生能源在电力系统中的渗透率不断提高,电力系统灵活运行面临新的挑战,必须充分挖掘电力系统的灵活调节潜力,以进一步促进新能源的消纳.为此,美国在电力市场中引入了灵活调节服务(flexible ramping product,FRP)这一新型辅助服务品种,以期在短期内解决市场缺少灵活调节资源的问题.目前,我国正处于电...     

计及柔性负荷和换电站的综合能源系统优化调度

在“碳达峰，碳中和”背景下，未来能源发展将由单一的能源系统向综合能源系统转变。随着电动汽车车网互动技术的发展与应用，柔性负荷占比的显著提升，综合能源系统中的可调度资源将愈加丰富。在此背景下，本文将含电动汽车换电站和多类型柔性负荷的综合能源系统作为研究对象。首先，建立包含风电、储能、热电联产机组、燃气锅炉等设备的综合能源系统模型。其次，在计及电、热、气柔性负荷响应的基础上，将电动汽车换电站的充放电特性考虑到综合能源系统的优化调度中，以系统运行成本最小为目标，构建综合考虑多类型柔性负荷响应和换电站有序调度的综合能源系统优化模型。最后采用Yalmip进行建模并调用Cplex求解器对模型求解。算例结果表明，调度周期内系统运行成本降低了13.04%，风电消纳率提高8.65%，负荷峰谷差降低24.58%，验证了所提模型在降低系统运行成本、削峰填谷以及消纳风电等方面的有效性。