电-碳-配额制耦合交易综述与展望

近年来，面对全球气候问题及传统化石能源匮乏带来的挑战，各国陆续提出节能减排和鼓励可再生能源发展的战略目标。碳市场、可再生能源配额制是实现碳减排和促进可再生能源消纳的重要市场手段。作为CO₂排放主要责任主体，电力系统低碳绿色转型是助力“碳达峰、碳中和”目标的关键环节，电-碳-配额制耦合将有利于更大程度上促进CO₂减排与可再生能源消纳。首先，分析了电力市场与碳市场、电力市场与可再生能源配额制之间的交互机理；其次，从交易机制设计、交易优化、市场交易技术等角度归纳电-碳-配额制耦合交易的研究现状；再次，阐述了碳市场及配额制的国内外实施现状与机制，反映各国减排政策环境；最后，梳理了当前国内电-碳-配额制耦合机制建设面临的挑战和堵点，对电力市场、碳市场与配额制协同发展提出展望，以期为我国耦合交易机制建设提供参考，助力“双碳”目标的实现。     

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。     

考虑碳排放金融市场的风-氢-火多能耦合系统交易模型

为适应碳排放权市场交易模式的多样化,提出基于现有碳排放权交易市场规则的风-氢-火多能耦合系统交易模型。基于配额和核证自愿减排量价格差,建立即期市场下多能耦合系统碳排放权即期交易模型。针对配额和核证自愿减排量的可积累性,结合欧洲能源交易所碳期权市场交易规则,提出远期市场下碳排放期权交易模型;基于广义自回归条件异方差模型改进B-S欧式期权定价模型,对国家核证自愿减排量看涨期权进行建模。算例将碳金融市场与电力调度进行有机结合,并针对现有模式、即期和远期碳排放权交易市场3种情况进行评估和分析,验证模型的有效性,为碳金融市场建设提供参考。     

含碳-绿色证书联合交易机制的综合能源系统日前优化调度

随着能源互联和低碳电力的持续推进,综合能源系统(IES)将成为节能减排的重要载体.结合碳排放权交易(CET)和绿色证书交易(GCT)机制,提出含碳-绿色证书联合交易机制的IES优化运行模型.在分析CET和GCT机制的基础上,搭建碳-绿色证书联合交易市场框架,打破传统碳和绿色证书市场交易的壁垒;综合考虑IES的购电成本、购气成本、设备运行维护成本,建立考虑条件风险价值的碳-绿色证书联合交易模型,并将其引入IES运行优化模型中.算例结果表明:在IES中考虑CET和GCT机制具有较高的经济性与可行性,可提高可再生能源消纳率并减少系统碳排放量.     

考虑氢能绿证的电-氢综合能源系统机会约束优化调度

随着“双碳”目标的提出，氢能产业迎来重要的发展阶段，氢能生产、运输、存储的关键技术不断突破，电力网络和输氢网络之间有望呈现深度耦合。基于输氢网络的详细模型，提出了一种电力系统和输氢系统联合优化调度模型。考虑电制氢的绿证效益，构建计及绿证交易的电-氢综合能源系统日前调度模型；在确定性模型的基础上，采用机会约束处理风电波动带来的不确定性，构建电-氢综合能源系统的机会约束优化调度模型；通过算例测试验证所提模型的有效性，研究绿证价格和机会约束对调度结果的影响，并分析电制氢机组参与平抑波动的情况。     

考虑综合需求响应及绿证-碳交易机制的能源系统低碳经济调度

“双碳”背景下,考虑电热需求响应并结合市场交易机制有助于综合能源系统低碳经济运行,由此,提出一种电热需求响应配合绿证-碳交易机制的综合能源系统模型并进行低碳经济调度。首先,通过加装储液罐的方式改造碳捕集电厂,建立以碳捕集电厂、电转气设备为主要能源耦合设备的综合能源系统数学模型;其次,为降低系统电热负荷峰谷差,进一步降低高碳排机组出力,引入电热需求响应机制;再次,建立阶梯式碳交易机制与绿证交易机制数学模型并将其引入系统低碳经济调度中;最后,以系统运行成本最小为目标函数建立低碳经济调度模型;算例表明,所提模型在系统总成本全面下降的同时实现了风电全额消纳,大幅提高了系统运行的低碳经济效益。     

参与多元耦合市场的电-气综合能源系统低碳经济调度

为进一步提升综合能源系统（IES）绿电消纳水平,减少CO2排放量及降低系统运行成本,提出一种计及绿证交易与碳交易交互机制下的IES低碳经济调度模型及其求解方法。首先,对传统阶梯式碳交易机制进行改进,并根据绿色证书碳减排原理,提出一种绿证-碳交易交互机制,即通过冗余绿色证书联动碳交易与绿证交易的耦合市场机制;然后,以系统总成本最小为目标,结合低碳技术,构建绿证-碳交易交互机制下计及碳捕集、利用与封存（CCUS）技术的电-气互联综合能源系统优化调度模型;最后,以IEEE39节点电网、比利时20节点气网构成的电-气互联综合能源系统为例进行仿真研究,结果表明所提方法在提高风电消纳的同时,可显著减少CO2排放。     

考虑火电机组参与绿证购买交易的含氢综合能源系统 经济低碳调度策略

在“双碳”背景下,为提升能源消纳率、处理综合能源系统低碳供能问题,提出一种考虑火电机组参与绿证购买交易的含氢综合能源系统经济低碳调度策略。首先,针对光热电站和电制氢系统存在的耦合关系对综合能源系统进行建模。其次,建立以火电机组为绿证购买者的绿证交易模型。在碳交易的依托下,火电机组购买的绿证可以转化成部分碳配额。同时针对绿证交易价格,提出考虑绿证供需关系的绿证交易价格定价机制,基于价格的变化调整绿证购买量。最后,构建以含氢综合能源系统总运行成本最小为目标的调度模型。仿真分析表明,所提调度策略可以提升绿证购买需求和可再生能源消纳率,实现系统低碳经济运行的目标。     

考虑氢储一体化协同的综合能源系统低碳优化

针对可再生能源消纳问题，基于电-热-氢能流交互拓扑，研究电-热-氢综合能源系统灵活性资源协同调控。考虑灵活性资源与异质能流的互补影响，构建经济成本、风光消纳率、碳排放量等多评价指标评价电-热-氢多能调控策略。基于负荷碳排信息，提出电-热-氢交互能流溯源方法，利用碳流拓扑信息辅助多能调控决策。通过对实际区域电网进行仿真，分析多元灵活性资源响应对系统综合效益的改善效果，研究电-热-氢系统的源荷协同特性，结果验证了所提方法的有效性与合理性。     

考虑碳-绿证耦合机制的电-气-热综合能源系统分布式鲁棒低碳经济调度

为了保护综合能源系统中不同运营主体的信息隐私,权衡系统运行低碳性和经济性,解决天然气网络鲁棒模型难以求解的问题,提出了考虑碳-绿证耦合机制的电-气-热综合能源系统分布式鲁棒低碳经济调度方法。考虑天然气网络和热力网络的动态特性、碳-绿证耦合机制,构建综合能源系统动态低碳经济调度模型;为了保护各网络运营商的数据隐私,根据能量耦合关系对综合能源系统解耦,建立电-气-热网络的分布式协同优化模型;在此基础上,考虑风电出力和多能负荷的不确定性,提出基于一致性交替方向乘子法的分布式鲁棒优化框架,并利用二阶锥对偶理论与交替优化方法实现含二阶锥约束和二元变量的鲁棒子问题求解。以修改的IEEE 39节点电力网络、比利时20节点天然气网络和15节点热力网络为算例进行仿真分析,验证所提方法能够在源荷不确定性条件下实现综合能源系统各网络分散自治运行,同时兼顾系统运行的低碳性和经济性。     

中国实现可持续能源供应的战略选择

论述我国实现能源可待续供应面临的挑战和可能的解决方案．特别是对能源可供应能力作了重点分析。由于工业化和城市化的驱动．未来20a我国能源需求预计将显著增长。我国能源消费的特征为需求绝对量巨大、人均水平低和能源强度高。如果能源消费的模式不加以根本改变．未来的能源供应将会是不可持续的．提出了能源效率优先．整体强化洁净煤、核能和可再生能源的战略。介绍我国实现能源可持续供应技术创新的机遇．能源可供应能力在很大程度上取决于能源高效利用、洁净煤发电、运输替代燃料、核电和可再生能源等领域的技术突破。     

可再生能源,未来能源之星

可再生能源是清洁能源,是自然界中可以不断再生、永续利用、取之不尽、用之不竭的资源.一旦建成,不必再有原料的投入.它对环境无害或危害极小,而且资源分布广泛,适宜就地开发利用.可再生能源主要包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能和海洋能等.对太阳能、风能、水能、生物质能、地热能和海洋能等可再生能源概念、特点、能源利用历史、现状和未来发展进行了综述,从而得出结论:有了可再生能源,我们的文明方有永续的可能.     

国内外能源转型比较与启示

当前全球能源转型正处于加速推进时期,各国转型进程呈现出一定的差异化特征.基于对能源转型发展方向的剖析,提出涵盖能源结构、能源效率、能源安全、能源价格4个维度的能源转型评价指标体系.在此基础上,对中国、美国、德国、法国、日本、韩国等主要国家能源转型情况进行对比分析,进而提出对中国能源转型的结论与启示.     

我国大规模可再生能源基地与技术的发展研究(续)

从可持续发展看,化石能源终将耗竭.二十一世纪上半叶,能源结构的调整过程已经开始,需要发展大规模非水能的可再生能源,主要是风能、太阳能与生物质能,并大力推进荒漠地区基地和氢能的发展.中国科学院学部组织有关院士及专家进行了我国大规模可再生能源基地与技术的发展研究.本文简要叙述了有关结论与建议.     

能源互联网未来发展综述

融合了电力、互联网、信息等学科的能源互联网可依照Internet理念组网。阐述了能源互联网的概念、特点、框架等内容;简要介绍了其关键组成部分,包括分布式可再生能源、储能装置及能源路由器等;总结了国内外能源互联网的发展状况。在此基础上对分布式能源并网影响、高效储能技术、接口标准、信息互联系统建设、电力市场与服务完善等若干未来能源互联网发展中可能遇到的问题进行了说明和分析。     

A review and future prospects of renewable energy in the global energy system

Global energy consumption in the last half century has rapidly increased and is expected to continue to grow over the next 50 years,however,with significant differences.The past increase was stimulated by relatively "cheap" fossil fuels and increased rates of industrialization in North America,Europe and Japan;yet while energy consumption in these countries continues to increase,additional factors make the picture for the next 50 years more complex.These additional complicating factors include China and India's rapid increase in energy use as they represent about a third of the world's population;the expected depletion of oil resources in the near future;and,the effect of human activities on global climate change.On the positive side,the renewable energy(RE) technologies of wind,bio-fuels,solar thermal and photovoltaics(PV) are finally showing maturity and the ultimate promise of cost competitiveness.     

电力营销管理中电费电价分析方法的探讨

目前电力营销管理工作进一步深化，对电费、电价的分析要求也更深入、更细致。结合统计学的理论分析原理，介绍了如何将其有效地应用到实际分析工作的方法。     

基于能源路由器的能源互联网结构及能源交易模式

能源互联网是解决未来大规模分布式可再生能源接入和能源共享的重要基础设施。立足于建设能源互联网的根本目标,指出了能源互联网的特征,提出了一种基于能源路由器的能源互联网结构;提出了一种层次化功能结构的能源路由器,能够支持分布式电源、电动汽车和负荷的接入,详细介绍了能源路由器的各功能模块;提出了一种具有多电力接口模块化的能源路由器主回路结构;提出了一种基于能源路由器的能源交易模式,既能实现能源自由公平的交易,又能够自动实现分布式能源就地、就近消纳,并详细介绍了能源交易过程。     

多接口能源路由器主回路结构及功能仿真

能源路由器是构成未来能源互联网的重要设备。在分析基于能源路由器的分布式能源共享方式的基础上,分析了能源互联网对能源路由器的基本要求,并提出了一种基于电力电子变换器的模块化多接口能源路由器主回路结构,包括储能及其变换器,公共直流母线和能源接口,其中能源接口根据其用途可分为网络能源接口和本地能源接口。简要介绍了能源路由器各个模块的控制策略,在相应控制策略下,能源路由器一方面能够满足本地分布式电源的接入和负荷的供电需求,另一方面能够控制其多个网络能源接口的交换功率,实现多个能源路由器之间或与外部电网之间能量的点对点传输,即能源路由功能。提出了一种能源路由器储能和各网络能源接口之间的能量管理策略,能够实现分布式电源就地消纳及能源的网络共享。在MATLAB/Simulink环境下建立了能源路由器仿真模型,对能源路由器的动态响应特性和能量管理策略进行了仿真,结果验证了所提出的能源路由器主回路结构及控制策略的正确性和有效性,验证了能量管理策略的可行性。     

中国能源战略调整和能源政策优化研究

针对中国现阶段城市化、工业化加速发展阶段能源需求刚性特征以及能源稀缺(能源价格走高)和环境问题(应对气候变化)日益凸显,提出中国需要通过调整能源战略(改变以前简单地从能源供给侧考虑满足能源需求,将节能作为满足能源需求的一个组成部分;改变仅受资源约束的能源供需增长和能源结构战略规划,将CO2排放作为满足能源需求的约束;改变仅从能源供给侧考虑能源安全;各能源行业的战略规划必须站到整体能源的高度,改变以往各行业单独进行战略规划。)和优化政策选择(依据实际制定节能减排目标;正确把握能源需求这一有效能源战略规划的起点;重视中国低碳经济发展成本问题;兼顾能源强度和碳强度目标),以实现现阶段经济发展可以接受的能源结构和能源成本目标。