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。     

兼顾捕碳强度与可再生能源消纳的储能容量配置优化方法

碳捕集技术是实现发电行业碳达峰和碳中和目标的重要手段。传统碳捕集机组在灵活运行方式下参与可再生能源消纳时，将丧失一定的捕碳强度，无法在深度脱碳条件下灵活地进行可再生能源消纳。为此，面向碳捕集电厂和可再生能源电源，该文提出一种新型捕碳储能系统，主储能系统用于可再生能源消纳，次储能系统协助碳捕集机组实现电碳解耦，并分析瞬态与动态电碳解耦特性。在该捕碳储能系统架构下，基于KL散度刻画风电和光伏出力的不确定性，并构建储能容量配置的分布鲁棒优化模型。最后，通过算例分析进行仿真验证，结果证明了储能容量配置模型的有效性，验证了所提捕碳储能系统可提高可再生能源消纳水平的同时保证高捕碳强度。     

含碳捕集装置的电气综合能源系统低碳经济运行

面对当前电气综合能源系统在新能源消纳、低碳性方面存在不足的问题,在系统中引入碳捕集装置进行优化.首先通过弃风惩罚因子将弃风量转化为弃风成本,以系统运行成本与碳排放量为多目标建立一种含碳捕集的电气综合能源系统低碳经济运行模型,使用法线边界交叉法构造多目标问题的Pareto前沿,并利用模糊隶属度函数选择出综合满意度最大的解作为折中解,其次通过算例对比了三种场景下的优化结果,分析了系统弃风量受电转气原料成本的影响情况,验证了将捕集的CO2作为产气原料能够有效提升电转气的运行效益,增强系统的风电利用率与运行经济性;最后对多目标下碳捕集的运行造成系统经济性与低碳性产生的矛盾关系进行了研究,证明了碳捕集能够有效提升综合能源系统的碳减排能力.     

考虑储液式碳捕集电厂的含风电系统低碳经济调度

碳捕集电厂可以实现火电电能生产的低碳化,是构建清洁能源体系的重要技术路径之一.配置了溶液存储器的碳捕集电厂能够解耦CO2的吸收与再生两个环节,其捕碳和发电的协调运行能力更强.根据储液式碳捕集电厂的运行机理与能流特性,建立其捕碳与发电出力模型,并构建二维坐标图定量研究无储液与储液式碳捕集机组的总发电出力与净出力运行区间.基于此,建立计及储液式碳捕集电厂的含风电系统低碳经济调度模型,该模型以系统总运行费用最低为目标函数,考虑系统发电成本、碳交易成本以及风电出力不确定性带来的运行风险.以20机系统为例,对含储液式碳捕集电厂的系统优化调度进行研究,结果验证了所提模型的合理性与有效性.     

多时间尺度下计及综合需求响应和碳捕集-电转气联合运行的综合能源系统优化调度

对源侧进行低碳化改造、荷侧辅以综合需求响应策略有利于“双碳”目标的实现。为此,提出一种多时间尺度下计及综合需求响应和碳捕集-电转气联合运行的综合能源系统低碳优化调度策略。源侧在碳捕集电厂中引入储液罐,形成碳捕集电厂的综合灵活运行方式,并构建计及碳捕集电厂和电转气设备的新型联合运行模型;在荷侧分析需求侧资源在不同时间尺度下的响应特性,建立不同时间尺度下的价格型、激励型需求响应模型,通过源荷协调配合提升系统的低碳性能;提出源荷互补的综合能源系统多时间尺度低碳调度策略,构建含综合需求响应的日前-日内-实时调度模型。算例结果表明,所提模型能够充分利用源荷资源参与调节,实现系统低碳、经济、稳定运行。     

考虑多重不确定性与电碳耦合交易的多微网合作博弈优化调度

双碳背景下,构建低碳运行的能源系统是实现“双碳”目标的重要方向与实施路径。为了促进多微网系统内部能源的本地消纳以及低碳经济运行,该文对不确定性环境下多微网系统的合作运行及电碳耦合交易展开研究。首先,对于每个微网,构建了电转气碳捕集系统相耦合的热电联产运行模式,基于地方碳交易市场和阶梯碳交易机制,提出了多能源微网的低碳运行模型;其次,考虑到新能源发电和电力市场电价都存在不确定性的实际情况,采用机会约束和鲁棒优化的方法,以降低不确定性影响;再次,基于纳什谈判理论,建立了多个微网电碳耦合的合作博弈模型,各微网主体可同时参与到上级能源市场和地方能源市场中进行电能和碳排放配额的交易;最后,将非凸的合作博弈问题分解为两个线性可求解的子问题,进一步采用交替方向乘子法对问题进行求解。通过算例验证,该文所提方法可以有效提升各微网经济效益并减少碳排放。     

低碳电力调度方式及其决策模型

低碳要素的引入将为传统的电力调度方法带来新问题和新挑战,在考虑安全性和经济性之外,还应进一步关注电力系统运行中的CO2排放。文中深入剖析了低碳电力调度的提出背景和内涵,定义了科学、高效的低碳电力调度方式;分析各类低碳电源的技术特性,建立了近零碳排放电源、普通化石燃料类电源和碳捕集电厂3类不同电源的电碳调度特性;将CO2排放作为一类可调度资源,在综合考虑低碳电力技术、碳成本和碳约束等要素的基础上,建立了低碳电力调度决策的初步模型,以协调电力调度中的"电平衡"与"碳平衡"。基于实际算例,分析了各类低碳要素的引入对于最优发电计划决策的影响。     

计及碳捕集和需求响应的综合能源系统低碳经济调度策略

发展综合能源系统是实现经济发展和节能减排的关键举措。首先,为提高机组的调峰能力、减少CO2的排放,将碳捕集技术引入综合能源系统,研究其对综合能源系统灵活、经济、低碳运行的作用。然后,为减轻负荷和风电峰谷波动给系统带来的压力,考虑电、热负荷的需求响应作用,实现综合能源系统的健康、可持续运行。最后,考虑能源协调与耦合作用,以最小化综合成本为目标,构建电-热综合能源系统低碳经济调度模型。算例分析的结果表明,碳捕集和需求响应的共同作用减少了系统的总运行成本和碳排放成本,从源荷双侧促进了风电的消纳,促进了电-热综合能源系统的灵活调度和低碳运行。     

计及电动汽车的综合能源系统多主体协同低碳经济调度

针对未充分挖掘具有源荷双重特性的电动汽车集群调度潜力以辅助电力系统低碳运行的问题,提出了计及电动汽车的综合能源系统内多主体协同低碳经济调度策略。首先,考虑综合能源系统内多主体的电能交易构建了风电主体优化运行模型、计及碳捕集与电转气系统综合灵活运行的电-热耦合系统优化运行模型以及电动汽车主体优化运行模型;其次,基于纳什谈判理论建立了综合能源系统内多主体合作运行模型,将其分解为多主体联盟效益最大化子问题和电能交易支付谈判子问题,并采用交替方向乘子法对上述两个子问题进行了分布式求解以保护各主体的隐私;最后,通过算例仿真验证了所提策略能够充分挖掘碳捕集-电转气系统和电动汽车集群支撑风电消纳实现综合能源系统碳减排的潜力,提高各主体的运行效益以及合作联盟的整体效益,有效实现综合能源系统内各主体协同互济,促进新能源消纳、提升系统低碳性和经济性。     

考虑碳捕集和电转气的综合能源系统优化调度

碳捕集、电转气等低碳技术是实现能源系统低碳经济运行的重要途径和主要抓手。鉴于此,构建了一种含碳捕集、利用与封存装置,两段式电转气设备及热电联产机组耦合的综合能源系统低碳经济调度模型。在技术层面,分别构建碳捕集、利用与封存,两段式电转气及热电联产数学模型;在市场机制层面,引入阶梯式碳交易模型约束系统碳排放。提出了以综合能源系统运行总成本最小为目标函数的优化调度策略。通过设置多个场景进行算例分析,验证了所提模型的有效性,并分析了各阶梯碳交易机制参数灵敏性对综合能源系统低碳性及经济性的影响。     

考虑碳税与碳交易替代效应的电力系统低碳经济调度方法

随着碳达峰、碳中和目标的提出,政府主导的碳规制强度日益增大。电力系统作为碳减排主体,将面临碳税与碳交易复合型碳减排政策的约束。研究计及碳税与碳交易替代效应的电力系统低碳经济调度方法,能够协调提升系统运行的低碳性和经济性,具有重要的理论与现实意义。首先在分析碳交易价格波动特征的基础上,采用随机场景法描述碳交易价格不确定性,进而对阶梯型碳税与碳交易替代效应进行建模。之后,建立协调优化碳捕集设备和储能电站的系统两阶段低碳经济调度模型,并结合分段函数线性化和蝙蝠算法对模型进行优化求解。最后,基于某地区的实际参数开展仿真分析,算例结果表明所提模型能够有效提升系统运行的低碳经济水平。     

基于P2G与富氧燃烧联合运行的多能源低碳调度

电转气(power to gas,P2G)技术实现了电能与天然气的相互耦合,在提升多能源系统经济性和降低系统的碳排放方面发挥着重要作用。文中针对P2G过程中电解水产生的氧气未能被充分利用的问题,提出了基于P2G与富氧燃烧联合运行的多能源系统优化调度模型。首先,将P2G过程分为电转氢过程和甲烷化过程,电转氢过程产生的氧气输送给富氧燃烧电厂使用;再将富氧燃烧电厂捕集的CO₂与电转氢过程生成的氢气作为甲烷化反应的原料,生成的天然气供给燃气机组使用,从而实现资源的充分利用。其次,将P2G与富氧燃烧电厂联合运行模型引入多能源系统,构建了基于P2G与富氧燃烧电厂联合运行的低碳多能源系统架构。最后,建立以多能源系统运行成本最小为目标的低碳经济调度模型,并通过设置场景对比的方式进行验证。仿真结果表明,所提模型有效降低了系统成本及碳排放量。     

计及灵活运行碳捕集电厂捕获能耗的电力系统低碳经济调度

针对碳捕集设备会产生较大捕获能耗成本的问题,采用灵活捕获运行模式调节碳捕集设备的捕获水平以降低捕获能耗成本,同时利用储液罐实现捕获能耗时移.通过需求响应削峰填谷增加负荷峰值时碳捕集设备捕获能力并提高风电利用率,从而降低捕获能耗成本和碳排放.以降低捕获能耗、提高碳捕集设备灵活性为目标,建立碳捕集电厂灵活捕获和溶剂存储模型.以系统总调度成本最小为目标,构建采用灵活运行模式的碳捕集电厂并计及需求响应的电力系统低碳经济调度模型.最后基于改进的IEEE 30节点系统对所建立的模型进行仿真,算例分析结果表明,所建模型可有效减少系统总调度成本,降低系统碳排放,提高系统风电消纳能力.     

融合极限场景辨别算法的含碳捕集综合能源系统鲁棒调度模型研究

双碳背景下对能源的互补利用与低碳化运行提出了新的要求。提出了计及电转气及碳捕集的综合能源系统协调调度模型,构建了碳捕集电厂-电转气协同优化框架,并在阶梯式碳交易机制下对系统碳排放进行引导。针对自适应鲁棒模型求解困难、化简繁琐等问题,采用典型场景描述不确定性,并引入辅助变量代替最恶劣场景运行成本,实现内层模型的解耦替换。在此基础上,进一步提出了融合极限场景辨别的迭代算法以提高模型的求解效率。最后,以某综合能源系统为例验证了所构模型以及所提算法的有效性。     

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。     

碳排放及燃煤约束下的电源规划及其效益评价

优化电源规划是应对电力系统"碳锁定"效应,促进电力系统减少碳排放的重要举措。考虑到国内以煤炭为主的能源结构,有必要分析碳排放及燃煤约束对电源规划的影响。在分析碳捕集电厂运行特性的基础上,建立了考虑碳排放及燃煤约束的低碳电源规划模型,并在模型中采用典型日的运行校验系统是否具备足够的调峰能力。基于国内典型地区电力系统,对不同碳排放总量约束、不同可再生能源发展场景及不同煤炭资源供应约束下的常规火电及碳捕集电厂的扩展规划进行了优化分析,分析结论表明碳捕集电厂可以充分适应电力系统的碳减排目标,满足新能源大规模发展的调峰需求。     

考虑综合需求响应与“双碳”机制的综合能源系统优化运行

针对我国经济社会发展所面临的高耗能、高污染问题,综合能源系统(integrated energy system, IES)为解决能源效率和环境污染等问题提供了新的途径。同时,灵活协调系统内各设备出力是实现系统低碳经济运行的关键前提。为进一步挖掘IES在经济运行与低碳环保方面的调度潜力,提出一种IES低碳经济调度模型。首先,建立一个包含光伏、风电、燃气机组、多种储能、碳捕集与电转气等设备的IES模型,并结合电、气、热负荷能源转换间耦合关系与柔性特征,构建综合需求响应模型。其次,考虑IES加入碳交易市场,引入阶梯式碳交易成本模型,对系统碳排放量进行制约。最后,以包含购能成本、碳排放相关成本以及需求响应补偿成本的系统综合运行成本最低为优化目标,采用CPLEX软件对模型求解。采用CPLEX软件对多种运行场景仿真求解,结果表明：所提出模型可有效降低系统运行成本与碳污染排放量。