考虑电转气消纳风电的电-气综合能源系统两阶段鲁棒协同调度

针对传统随机规划方法和区间优化方法处理风电出力不确定性的不足之处,该文提出含电转气设备的电力-天然气综合能源系统两阶段鲁棒协同调度模型,并考虑天然气网络运行约束对燃气轮机和电转气设备调度出力及备用配置的影响。模型以风电基准场景下系统的日前调度运行成本及最劣风电场景下实时调度成本之和为目标函数,建立具max-min结构的双层优化模型,并在主/子问题求解框架下采用列约束生成（C&CG）方法进行求解。最后,在Matlab平台下构建仿真算例验证所提鲁棒协同调度模型的有效性。     

考虑梯级碳交易机制和电转气两阶段运行的综合能源系统优化

为提升综合能源系统（integrated energy system,IES）的能效水平,提出了一种考虑梯级碳交易机制和电转气（power-to-gas,P2G）两阶段运行的IES调度模型。首先引入碳捕获与封存技术（carbon capture and storage,CCS）,解决了P2G所需碳源和热电联产机组的碳排放问题;同时在传统P2G的基础上引入氢燃料电池,研究P2G两阶段运行的多重效益;最后,运用梯级碳交易机制限制碳排放。在此基础上,建立以碳交易成本、系统运行成本、新能源利用率相关成本最小为目标的优化调度模型,利用IPOPT商业求解器进行求解,通过与其他传统模型对比分析,表明所提模型的经济性、低碳性和风光消纳能力较高。     

考虑柔性负荷的综合能源系统低碳经济优化调度

随着低碳发展进程的不断推进,综合能源系统(IES)逐渐成为实现减排目标的重要支撑技术。基于能源集线器概念,结合需求侧柔性负荷的可平移、可转移、可削减特性,构建了含风光储、燃气轮机、柔性负荷等在内的IES模型。综合考虑了系统运行成本和碳交易成本,建立了以总成本最低为优化目标的IES低碳经济调度模型,采用鲸鱼优化算法对算例进行求解。通过场景对比,分析了碳交易因素对能源调度的影响,以及在碳交易体系之下,柔性负荷的合理调度对IES进一步减少碳排放、降低系统成本可发挥的作用。研究结果表明,在碳交易体系下,柔性负荷参与调度能有效地提高系统的经济环境综合效益。     

考虑电-气综合需求响应的综合能源系统低碳经济调度

随着“碳达峰”和“碳中和”目标的提出,低碳电力更加符合社会发展的需求。氢气具有清洁无污染、能量密度大等特点,合理利用氢能源为综合能源系统的发展提供了新的方向。基于此构建了含制氢-储氢设备的综合能源系统低碳经济调度模型,引入电-气综合需求响应并考虑碳排放惩罚成本,以系统总成本最优为目标函数,利用粒子群算法对实际算例进行分析求解。仿真结果表明通过引入综合需求响应和制氢-储氢设备,可提高可再生能源的消纳水平,降低系统的成本,减少系统的碳排放。     

基于合作博弈的综合能源系统电-热-气协同优化运行策略

在"双碳"背景下,为有效提高综合能源系统(IES)的能源利用率,减少碳排放量,同时提升系统运行的灵活性,提出一种基于合作博弈的IES优化运行模型.首先构建IES框架,针对电转气(P2G)、碳捕集、燃气轮机、热储能等设备进行建模;其次考虑系统内各主体之间存在协同合作的可能,将系统内各运营主体分为三方构建合作联盟,阐述能源...     

基于条件风险价值的综合能源系统低碳运行

为了减少综合能源系统（integrated energy system，IES）运行过程中的碳排放，提出一种基于条件风险价值（conditional value at risk，CVaR）的IES低碳调度模型。首先，利用CVaR理论评估IES中不确定性带来的风险，并引入碳交易机制，将碳交易成本纳入目标函数，综合考虑各种设备的约束，建立了低碳经济调度模型；其次，采用yalmip + cplex优化软件对模型进行求解，算例验证了此模型的经济性和低碳性；最后，分析了耦合设备和储能设备容量变化对调度结果的影响，可为IES低碳运行提供参考。     

计及碳交易和源-荷侧资源的综合能源系统低碳经济优化

“双碳”目标下,综合能源系统多种能源进行融合,对推动电力行业低碳化具有重要意义。为了进一步提高IES的环保性,该文提出一种计及碳交易和源-荷侧资源的综合能源系统低碳经济优化调度模型。首先,从源侧引入光热电站充当热电联产机组;其次,根据负荷侧电能和热能的传输性质不同,分别采用价格型需求响应和考虑供热系统热惯性和模糊性的热负荷需求响应模型;然后,通过引入阶梯式碳交易机制,构建包含P2G装置的碳排放成本模型;最后,以运行成本、碳交易成本、弃风弃光惩罚成本最小为目标函数,建立综合能源系统低碳经济优化模型;通过设置4个场景进行仿真分析,综合考虑CSP电站、综合需求响应和阶梯式碳交易机制后能够使系统外购成本、碳排放量和弃风弃光率分别减少25.65%、14.36%和21.54%,验证了所提模型的有效性。     

考虑电转气与冷热负荷惯性的综合能源系统优化调度

风电、光伏等清洁能源发电具有反调峰特性和不确定性,容易造成弃风、弃光。为应对清洁能源消纳这一挑战,提出考虑电转气与冷热负荷惯性的综合能源系统优化调度模型。搭建电转气和冷热负荷惯性模型,并分析碳交易机制下电转气设备的工作特性以及冷热负荷惯性对其需求的影响,从而建立冷热负荷供需不等式约束条件;进一步建立考虑电转气与冷热负荷惯性的综合能源系统运行成本最小目标函数,以及相应的各机组与系统功率约束。通过YALMIP和GUROBI工具箱建立并求解最优调度模型,结果表明：所提方法能够提高清洁能源消纳能力,降低综合能源系统运行成本。     

计及需求响应的综合能源系统协同优化策略

综合能源系统（Integrated Energy System,IES）可以实现多能协同互补、促进能量梯级利用,同时综合需求响应作为柔性负荷的直接调控手段,在提升IES经济与可靠运行方面展现出巨大潜力。文章基于电-气互联系统,综合考虑多元储能系统的运行特征及IES多能耦合特性,构建了IES多能耦合模型;进一步地,将传统电负荷需求响应拓展到IES中,提出了多元负荷的综合需求响应机制;进而以IES系统运行成本最小化为优化目标,建立了计及多元负荷需求响应的IES优化调度模型,并借助商用求解器实现了IES优化模型的高效求解。算例分析验证了所提模型可以充分发挥多元柔性负荷需求的响应潜力,促进可再生能源消纳,同时提高IES运行的经济性。     

考虑零碳排放的电-气综合能源系统日前优化调度

基于碳捕集和电转气（P2G）技术，该文建立考虑零碳排放的电-气综合能源系统日前调度模型。首先，搭建零碳电-气综合能源系统框架，通过在燃煤机组上增设碳捕集装置收集燃煤机组产生的二氧化碳，并将其作为原料通过P2G技术将二氧化碳转换为甲烷，同时针对火电机组出力与产生甲烷量之间的数学关系进行深入研究。然后，以综合运行成本最低为目标建立日前调度模型，同时考虑电-气综合能源系统的零碳目标，将无法收集利用的二氧化碳通过购买碳排放权的方式排放到大气中，进而实现零碳的目标。最后，通过算例验证所提的零碳电-气综合能源系统的合理性，结果表明该文所提模型可实现电-气综合能源系统零碳排放的目标，且与传统电-气综合能源系统相比，减少弃风1320.96 MWh，降低运行成本56.16万元。     

考虑需求响应和V2G的低碳能源网控制策略

为平抑大量电动汽车(EV)入网所致的负荷波动,实现能源网低碳电力运行,通过结合V2G和P2G技术,将电力系统与天然气系统之间的能量耦合。先引入需求响应策略建立负荷侧分时电价,引导大规模EV参与V2G系统,改变用户的用能时段;其次考虑碳排放环境因素建立低碳能源网模型,以经济性最优为目标利用禁忌-粒子群算法进行求解;最后利用算例对比分析了低碳能源网的能量调度和运行成本情况,验证了所提方法的有效性。     

‘Station-and-network–coordinated planning of integrated energy system considering integrated demand response

The integrated energy system (IES) is an important energy supply method for mitigating the energy crisis. A station-and-network–coordinated planning method for the IES, which considers the integrated demand responses (IDRs) of flexible loads, electric vehicles, and energy storage is proposed in this work. First, based on load substitution at the user side, an energy-station model considering the IDR is established. Then, based on the characteristics of the energy network, a collaborative planning model is established for the energy station and energy network of the IES, considering the comprehensive system investment, operation and maintenance, and clean energy shortage penalty costs, to minimize the total cost. This can help optimize the locations of the power lines and natural gas pipelines and the capacities of the equipment in an energy station. Finally, simulations are performed to demonstrate that the proposed planning method can help delay or reduce the construction of new lines and energy-station equipment, thereby reducing the investment required and improving the planning economics of the IES.     

低碳电网建设研究现状及未来发展趋势

在低碳经济背景下,电力行业作为能源消耗的重要领域具有巨大的碳减排潜力。而电网作为传输电能的主要载体,在电力行业实现低碳化发展过程中发挥着重要作用,低碳电网建设具有重要的现实意义和战略意义。在揭示我国电力行业碳减排潜力以及低碳电网建设的必要性的基础上,全面地分析了当前电网规划建设所面临的经济新常态与能源革命带来的新形势和新特点,以及在能源领域的发展方向。同时对能源互联网技术、微电网技术和电动汽车等低碳相关技术的研究与运用进行了展望,并阐述了当前低碳电网建设面临的能源结构不合理、电力相对过剩等亟待解决的问题,进一步分析了解决这些问题所面临的主要挑战,构建了从发现问题到解决问题再到发现问题的研究新思路。     

Operation optimization for gas-electric integrated energy system with hydrogen storage module

Hydrogen is gradually becoming one of the important carriers of global energy transformation and development. To analyze the influence of the hydrogen storage module (HSM) on the operation of the gas-electricity integrated energy system, a comprehensive energy system model consisting of wind turbines, gas turbines, power-to-hydrogen (P2H) unit, and HSM is proposed in this paper. The model couples the natural gas network and power grid bidirectionally, and establishes a mixed integer nonlinear programming problem considering HSM. The linearization model of the natural gas pipeline flow equation and the generator set equation is constructed by piecewise linearization method to improve the efficiency of solving the model. And the energy flow distribution in the gas-electricity integrated energy system is finally solved. In Model 1, compared with not considering the installation of P2H units, when the hydrogen doping ratio is 10%, the operating cost can be reduced by 6.63%, and the wind curtailment cost can be reduced by 17.54%, and the carbon emission can be reduced by 298.7 tons. The optimization results of Model 2 reveal that compared with no HSM, the system operating cost is reduced by 5.96%, the hydrogen content level in the natural gas pipeline network is increased by 42.12%, and the carbon emission of the system is reduced by 117.6 tons, and the fluctuation of wind power is suppressed. This study demonstrates the feasibility of large-scale absorption of renewable energy through HSM.     

我国清洁能源碳减排效益分析及发展顺序

发展低碳能源是应对全球气候变化、实现电力低碳化发展的有效途径,最终要以发电技术在具体工程项目中应用来实现,衡量各技术的经济可行性、评价可再生能源发电技术CO2的减排效益是关键。分析了当前我国主要5种低碳发电技术置换火电的碳减排成本及产生的碳减排效益,并对2020年低碳能源发电技术的碳减排潜力进行了测算。结果表明,水电发电成本及相应的碳减排成本最低,核电其次,光伏发电最高,应优先发展水电、大力开发核电,同时积极发展风电等其他低碳能源。     

天然气网络对含新能源电力系统短期调度运行影响

  [目的]  随着新能源和天然气机组在电力能源系统的装机比例不断增长,天然气系统对含大规模新能源电力系统的短期运行影响需要深入地研究。  [方法]  将天然气网络耦合至电力系统安全约束机组组合模型,以最小化系统运行成本为优化目标,同时考虑新能源接入系统,运用Benders解耦方法求解非线性优化问题。  [结果]  六节点电力系统和六节点天然气网络的综合能源系统算例分析用于验证耦合的优化模型,并表明燃气机组的高爬坡率可帮助电力系统有效地消纳新能源,同时新能源系统可以缓解系统对天然气网络供气约束的依赖。  [结论]  两种能源的优化配置是未来能源系统发展的重要方向。     

计及多能需求的综合能源服务商优化运行策略研究

随着分布式发电技术的不断成熟及发展,未来综合能源服务将是整合不同类型分布式发电并满足用户不同用能需求的有效途径.提出了一种含有多种分布式发电资源同时考虑多用能需求的综合能源服务商优化运行策略模型.首先建立了含有风电、光伏、燃气轮机、电储能、电热泵、辅助锅炉等分布式资源及电、热用能需求的园区综合能源系统优化调度模型;其次...     

中国中长期碳减排战略目标初探(Ⅱ)——中国煤炭消费过程的碳排放及减排措施

中国能源领域排放的二氧化碳主要来自煤炭,因此煤炭消费过程中的碳减排措施尤为重要。煤炭的主要用户是发电部门,基于应对气候变化的需要,煤电行业的低碳途径不得不考虑采用CCS技术。不论是新建燃煤电厂,还是今后在传统电厂改建过程中增设CCS设施已是大势所趋,预计多数仍将采用MEA法脱除烟气中二氧化碳这一成熟技术。由于MEA法技术经济指标不够先进,估计10~20年内必将出现更先进的脱二氧化碳工艺技术。传统的燃煤锅炉增加CCS的经济效益已经逊于IGCC-CCS,预计2020年后IGCC电厂将成为新建煤电厂的首选方案。20年后采用临氢气化炉与燃料电池FC发电相结合、把高温的热能和甲烷的化学能直接转化为电力的IGFC高效燃煤电厂或将成功应用,IGFC综合能量转化效率比IGCC相对高出1/2~3/4,发展前景不可低估。钢铁、水泥和化工等高耗煤工业部门可通过节能和采用CCS技术降低碳排放,其余用煤的工业部门和分散用户则应考虑节能或用天然气等低碳燃料替代,间接起到减排效果。预计2050年燃煤发电和高耗煤工业总计将排放二氧化碳4.6Gt,如果二氧化碳捕集量是2.9Gt,则净排放量为1.7Gt。加上其他难以捕集二氧化碳的工业、部门及民用煤排放二氧化碳1.0Gt,合计二氧化碳净排放量为2.7Gt(情景A)。如果采用更先进的技术和严格的节能减排措施,可减少煤炭消耗0.31Gt标煤,减少二氧化碳排放0.5Gt,使煤源二氧化碳净排放量减少到2.2Gt(情景B)。无论哪种情景,实施CCS的任务都十分艰巨。     

Multi-objective optimization of large-scale grid-connected photovoltaic-hydrogen-natural gas integrated energy power station based on carbon emission priority

Establishing integrated energy systems is conducive for improving renewable energy utilization and promoting decarbonization. In this study, a grid-connected photovoltaic-hydrogen-natural gas integrated energy system is established to explore the effects of the configuration of the integrated energy system on its environment and economy. A multi-objective hierarchical optimization allocation model is developed, and an optimization strategy with carbon emission superior to total cost is established for the first time. Additionally, the economy, environment, and energy efficiency of the system are analyzed. A comparative study is performed using a strategy considering that the total cost is superior to carbon emission. A case study reveals that the levelized cost of electricity increases by 62.24%, levelized carbon emission of power decreases by 74.19%, and energy efficiency increases by 8.51%, as compared with those of the comparison strategy. Thus, the carbon emission of the system is reduced considerably, and the energy efficiency is improved. Although the cost of the system optimized by the proposed strategy is higher, it is economically feasible. Further analyses indicate that extending the grid-connected period would be infeasible, as it might increase the total cost and carbon emission of the system. Moreover, sensitivity analyses show that increasing the natural gas price or carbon tax base price will not reduce the carbon emission of the system.