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.     

基于煤炭洗选工艺的火电厂CO2减排潜力分析

考虑从煤炭购买、洗选到发电过程及后续污染物处理的火电生产流程,建立了以最小发电成本为目标的火电企业CO2排放控制模型.以某火力发电厂为例,依据该厂逐月生产运行数据,污染处理及CO2减排控制能耗,核算了火力发电全流程不同环节的CO2排放量.采用情景分析方法对不同碳捕集技术下的发电成本及CO2排放量进行对比分析,结果表明：该火电厂燃煤发电所排放的CO2占其全部CO2排放量的96.00％,洗煤排放的CO2仅占0.38％,污染物处理间接和直接排放的CO2占3.62％.当采用吸收分离法、膜分离法和物理吸附法进行CO2捕集时,分别可以减少71.60％、76.47％和86.06％的CO2排放,发电成本则依次增加31.16％、41.52％和79.44％.     

碳排放权交易下碳捕集机组的厂内优化运行

碳捕集水平反映火电厂对其碳排放量捕集的强度,由于实施碳捕集需消耗不菲的能量,而碳捕集水平与碳排放权价格密切相关,因此在总量控制与排放贸易的碳排放权交易体系下通过合理调节碳捕集水平能够有效降低碳捕集电厂的碳排放权购买成本并最大限度地节省发电能耗,实现碳捕集机组的灵活经济运行.从火电厂的角度通过构建考虑碳排放权购买成本、售电损失成本和有功生产成本的碳捕集机组厂内碳捕集水平优化运行模型,分析了碳排放权价格变化时碳捕集水平的变化情况.由于碳排放权交易价格波动且在收盘时方能确定,因此与碳排放权购买成本相关的碳捕集水平的确定存在一定困难,为有效描述其不确定性的影响,采用α-超分位数方法求取碳排放权购买成本,进而建立了考虑碳排放权价格随机性的厂内碳捕集水平优化模型.通过算例分析了不同置信水平下,碳捕集能量和碳捕集水平随发电厂净输出功率的变化规律,有效反映了不同碳排放政策控制力度下的碳捕集系统运行水平.     

基于多阶段不同政策机制的低碳电力调度模型

碳捕集技术是现阶段电力行业实现低碳目标最重要的手段之一,同时碳捕集电厂具有良好的运行特性。目前制约碳捕集技术在电厂应用的主要原因是建设成本和运行成本过大,所以制定与碳捕集技术发展相配套的激励措施和机制已经成为实现低碳电力发展的关键。首先分析了碳捕集电厂具备的优良运行特性及其为风电等间歇性电源并网提供备用资源的能力;接着分析了电厂碳捕集系统的成本构成对火电厂能耗和发电成本的影响,总结了在碳捕集技术发展的各个阶段,政府应分别采取的相应的行政手段和一定的市场机制提高碳捕集电厂的经济竞争力;针对碳捕集技术发展的不同阶段,分别建立了各个阶段适应不同政策机制的低碳调度决策模型,这些模型均以机组出力和碳捕集量为优化变量。最后通过仿真算例,证明了在多阶段过程中所提模型的有效性和适用性。     

具备碳捕集功能的半闭式再压缩超临界二氧化碳布雷顿循环的经济性分析

近零排放发电技术是我国实现碳达峰、碳中和目标的重要技术手段之一。针对半闭式再压缩超临界二氧化碳（S-CO2）布雷顿循环,建立了热力性能计算模型,并基于平准化发电成本和碳捕集成本,构建了其经济性能评价模型,并进行了关键参数的敏感性分析。结果表明:在几乎100%碳捕集率的情况下,半闭式再压缩S-CO2布雷顿循环的净效率为46.05%,平准化发电成本为609.4元/(MW·h),碳捕集成本为204.1元/t,远低于我国电力行业的平均碳减排成本。此外,燃料价格对平准化发电成本和碳捕集成本有重要的影响。燃料价格增长40.0%,导致平准化发电成本增长33.6%,碳捕集成本增加17.2%。     

计及需求侧资源和碳捕集的电网低碳经济调度

在碳交易环境下,提出一种计及需求侧资源中电动汽车、需求响应与碳捕集设备联合调度运行模型.首先 分析需求侧资源、碳捕集设备、碳交易机制、碳排放配额调度实现机制;其次,以常规机组发电、碳捕集机组发电、 需求侧资源调度、弃风成本、碳交易综合成本最优为目标,构建低碳经济调度模型;最后,在IEEE３３节点系统进行 仿真验证,结果证明所提调度方法有效,能够降低CO２ 排放量并改善电网综合成本.     

计及环境效益的含风电场多目标发电调度

随着人们环境保护意识的增强,要求电力行业清洁化发展,同时风电场的大规模接入,在发电计划中也要予以考虑.基于此,在传统发电调度的基础上,考虑风电场,计及环境效益,建立了新的发电调度模型.在计算发电成本时,考虑了风电的初期建设资本和后期维护资本,以及由风功率波动而产生的备用成本.对于环境效益的考虑,计及氮氧化物排放和碳排放,通过对传统火电厂进行碳捕集改造,建立氮氧化物排放和碳排放最小化模型.对模型进行改进式决策转化,采用粒子群算法进行求解.最后,通过算例验证了本文所提模型的准确性和有效性.     

考虑碳排放权价格敏感区间的碳捕集水平优化建模

在总量控制与排放贸易的碳排放权交易市场机制下,以发电成本模型为基础,考虑碳排放权购买成本,建立了碳排放权交易模型.由于碳捕集系统消耗捕集能耗,造成电厂利润损失,因此定义了售电损失成本,进而建立了考虑售电损失成本的碳捕集水平优化模型.以具有碳捕集系统的不同费用特性的机组为参照,分别计算不同碳排放权价格和净输出功率下的碳捕集水平,得出碳排放权交易模型和碳捕集水平优化模型下能有效刺激发电商参与碳捕集的碳排放权价格敏感区间,对照分析欧盟碳排放交易体系下碳排放权期货价格和现货价格变化特点,反映了碳捕集水平优化模型的合理、可行和有效.     

区域电力结构优化模型及温室气体减排潜力

如何实现电力行业温室气体的有效减排是当前亟待解决的问题.基于碳捕集技术分析,以区域发电成本最小化为目标,以碳排放量为约束条件,构建区域电力结构优化模型;分析在不同减排水平的场景下,区域电力行业不同发电方式的分配结果,论述碳捕集技术在火力发电中的应用前景.研究结果表明,在全年排放总量不变的前提下,基于电力需求动态调整逐月碳排放额度将有效降低发电总成本,降低碳捕集成本及太阳能发电成本将成为节能减排的下一个目标.此研究成果可供电力行业节能减排工作参考.     

灵活运行方式下碳捕集电厂提供备用服务的决策模型

碳捕集电厂可以通过降低碳捕集水平,将原本用于捕集CO2的能量快速、实时地释放出来以提供备用服务。文中对具有灵活运行能力的碳捕集机组,建立了已知能量市场和容量市场中标量后,以在备用市场、能量市场及碳排放市场等多个市场的综合效益最大为目标的碳捕集水平优化决策模型。模型计及了备用被调用的随机性并采用详细的机组成本模型,可以确定碳捕集机组在备用被调用与备用不被调用两种情况下的最优碳捕集水平和所需预留的备用容量。通过实际算例验证了优化的效果,并分析了碳价、机组特性、能量市场中标量及备用市场中标量等对碳捕集策略及备用服务策略的影响。     

新能源驱动的从空气中直接捕碳的关键技术

降低空气中二氧化碳的含量是应对气候变化的关键。碳捕集与封存是减少二氧化碳排放量的重要措施。从空气中直接捕碳需要消耗大量能源。捕碳装置负荷是柔性负荷,可以在一定程度上接受波动性能源驱动。风能、太阳能等新能源开发潜力巨大,具有波动性的特点。利用其驱动捕碳装置从空气中直接捕碳,可以降低大气中二氧化碳的浓度,可望成为解决全球气候变化问题的关键途径。文中分析了利用新能源驱动的从空气中直接捕碳的潜力,提出了新能源捕碳的关键技术。对新能源捕碳的规划进行了初步研究,并对利用新能源捕碳的发展趋势进行了展望。     

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。     

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。     

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。     

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。     

循环流化床CO2吸收器捕集过程的数值模拟

以双流体模型为基础,通过考虑颗粒聚团结构的曳力系数模型来计算非均匀气固相间曳力系数,对循环流化床CO2吸收器内CO2的捕集过程进行了模拟研究,并分析了操作速度、颗粒粒径以及固储量对 CO2去除率的影响。结果表明,随着操作速度的降低,CO2去除率得到了明显的提高,颗粒粒径的增大以及固储量的增加在一定程度上促进了CO2的吸收。     

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.     

煤电的低碳化发展路径研究

在我国全面建设社会主义现代化强国和"碳达峰、碳中和"2个远景目标的共同要求下,煤电不但要起到战略保障作用,还需要实现低碳化发展。讨论了煤电的定位和合理的发展规模,提出煤电的低碳化发展首先要考虑存量机组的节能提效,采用节能改造及机组延寿等技术达到提效目的;新建机组必须采用先进高效的发电技术,如超高参数超超临界发电技术以及超临界CO₂循环发电技术,通过降低煤耗减少碳排放;对于全部的煤电机组,需要采取包括锅炉深度调峰、控制系统调峰适应性改造、热电解耦以及储能在内的各种技术实现灵活调峰,但是需要政策支持;由于技术经济性原因,碳捕集和封存技术目前没有得到推广,可以作为实现碳中和目标的技术支撑。上述4个方面一起构成了煤电的低碳化发展路径。