考虑CCUS电转气技术及碳市场风险的电–气综合能源系统低碳调度EI北大核心CSCD

在碳市场价格波动的背景下,合理量化碳交易价格波动风险并制定相应的低碳运行策略对于降低系统运行成本和碳排放量具有十分重要的意义。该文提出一种考虑碳市场价格风险及碳捕集、利用与封存系统–电转气协同运行的电–气综合能源系统低碳优化调度模型。首先,利用广义自回归条件异方差模型预测次交易日碳价,并使用条件风险价值衡量碳市场价格波动风险,为电–气综合能源系统调度提供碳价参考。然后,引入碳捕集、利用与封存系统–电转气协同运行框架,将碳捕集机组捕获的CO_(2)作为电转气原料,电转气利用负荷谷期的风电出力生产天然气,以电–气综合能源系统总调度成本及碳交易风险最低为目标建立优化调度模型。最后,在改进的IEEE 24节点和天然气6节点系统构成的电–气综合能源系统中进行仿真。结果表明,提出的调度模型能够捕捉碳市场波动期内风险,提高电–气综合能源系统可再生能源消纳量,并降低系统总运行成本和碳排放。     

考虑电转气-碳捕集-氢燃料电池的“以气定热”整体建模与优化

提出一种考虑电转气(P2G)、碳捕集系统(CCS)和氢燃料电池(HFC)的“以气定热”整体建模方式。考虑P2G的碳-氢耦合过程,构建P2G-CCS-HFC(PCH)联合运行框架;提出“以气定热”建模方式,建立PCH整体模型,同步分析其电、热、气和碳能量耦合特性;基于PCH、热电联产机组、燃气锅炉和储能设备,构建考虑碳交易机制的综合能源系统(IES)低碳经济调度模型;设置多个运行场景,验证PCH对碳减排的贡献度。仿真结果表明,采用在“以气定热”建模方式下的PCH模型可以较大程度降低IES整体碳排放量和IES运行成本。     

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。     

含碳捕集及电转氢设备的低碳园区综合能源系统随机优化调度

针对工业园区的零碳转型需求,建立了一种“新能源发电+氢储能”与“火电+碳捕集”的多能互补技术组合。系统考虑将氢能直接售卖给氢能汽车获益以达成经济性目标,将氢能汽车减排量加入碳交易以实现低碳性目标。通过可再生能源渗透率、弃风弃光率及氢能汽车减排量3个指标来量化系统的低碳效益。考虑风光出力不确定性,基于蒙特卡洛算法对风光曲线进行场景生成,基于概率距离削减法削减至4个典型场景,然后采用随机优化方法分析典型日运行成本。结果表明：该系统既能增加风光新能源的消纳、降低碳排放,又能降低系统日运行成本,验证了零碳园区转型的可行性。     

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。     

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。     

含碳捕集的电-气综合能源系统低碳经济调度

以优化能量流、减少弃风及降低碳排放为前提,针对碳捕集系统和电转气设备,提出一种计及储碳、储氢设备的联合运行模式,并基于该模式构建电-气综合能源系统低碳经济调度模型。将该模型转化为混合整数线性规划问题进行求解分析,结果表明：在所提联合运行模式下,电-气综合能源系统基本实现了风电的全额消纳,且储碳、储氢设备的加入提高了碳捕集系统、电转气设备的运行灵活性,实现了碳循环,优化了能量流,使系统综合运行成本、碳排放量均为最优。在多能耦合的综合能源系统中,该模型的提出对系统低碳经济运行具有积极意义。     

考虑碳捕集与综合需求响应互补的综合能源系统优化调度

能源产业是当前碳排放的主要来源,实现“双碳”目标亟需能源产业提高碳减排力度。基于此背景,提出一种阶梯型碳交易机制下源荷低碳互补的综合能源系统优化调度方法。分析源侧碳捕集与负荷侧综合需求响应的低碳互补机理;引入阶梯型碳交易机制,以综合能源系统运行总成本最小为目标建立源荷低碳互补的优化调度模型;求解模型时,为应对风力发电的不确定性,采用序列运算理论将风电的概率分布离散化,将机会约束转化为确定性约束。通过算例分析验证了所提调度模型在不同碳交易机制下都能优化电热负荷曲线,提高风电消纳水平和减少碳排放量,并且该模型在阶梯型碳交易机制下具有更好的低碳经济性。     

考虑条件风险价值和阶梯碳交易的综合能源系统优化调度

为进一步提升综合能源系统环境效益,减少新能源出力不确定性所带来的潜在风险,提出了计及条件风险价值(conditional value at risk, CVaR)以及阶梯碳交易的综合能源系统优化调度模型。考虑到系统风电和光伏出力不确定性可能带来的影响,采用条件风险价值量度不确定性带来的潜在风险,并将碳捕获技术、电转气设备以及阶梯式碳交易机制引入系统调度模型,构建了综合考虑系统运行成本和碳交易成本的优化调度目标函数,由于所建立模型为混合整数规划问题,采用CPLEX求解器进行求解,设置4种场景进行验证分析,算例表明所提模型可有效减少二氧化碳排放,在兼顾经济性和环境性的同时引入CVaR,可避免由于忽略风光不确定性所带来的较为乐观的调度结果,使系统最终调度结果更为合理。     

考虑电转气响应特性与风电出力不确定性的电-气综合能源系统协调调度

未来可再生能源将在新型电力系统中占主导地位,风光消纳问题会日趋严峻,电转气技术可以应对风电波动,为解决这一问题提供了有效途径.现有研究在电-气综合能源系统调度过程中虽然考虑了电转气设备,但忽略了电转气设备的响应特性,这不仅夸大了风电消纳能力,而且难以保证调度结果的可行性.为解决上述问题,提出了在风电不确定条件下考虑电转...     

考虑碳捕集与甲烷化的综合能源微网分布式优化调度

为了促进综合能源微网的低碳性与经济性,并降低信息安全风险,提出考虑碳捕集与甲烷化的综合能源微网分布式优化调度模型。通过在传统火电厂上加装碳捕集设备,将捕集的CO₂用于甲烷化,可以减少系统碳排放,将多余的配额进行出售,在降低系统碳排放的同时也带来了经济效益。并且考虑了分布式优化调度,以解决多综合能源微网联合优化调度带来的信息安全问题。仿真结果表明所提模型可以有效减少系统碳排放并兼顾经济性,同时能降低信息安全风险。     

基于主从博弈的含碳捕集与热电联产综合能源系统优化运行

为了合理的分配综合能源系统中各主体之间的利益,促进能源低碳化,文中基于主从博弈框架建立了含碳捕集系统的综合能源系统优化调度模型,降低了热电联产机组的碳排放量和系统的运营成本。首先,构建碳捕集、电转气和热电联产的联合运行模型,在考虑综合需求响应的基础上,建立综合能源系统各主体的收益模型;其次,构建一主多从的Stackelberg博弈模型,并证明了该博弈纳什均衡的存在;由于构建的优化模型具有大规模、非线性、非凸的特点,难以求解,提出一种新型的天牛郊狼算法结合二次规划的分布式算法求解模型;最后以北方某工业园区为算例进行验证,分析结果表明文中提出的模型及改进算法与传统模型相比,有效的降低了综合能源系统的运行成本和碳排放量,且提高了可再生能源的消纳能力。     

计及电转气热回收的综合能源系统蓄热罐容量规划与运行策略

针对电转气的强放热反应特性未得到充分重视和仅配置储热来增大风电消纳空间的方法存在局限的现状,在分析和考虑电转气热回收价值的基础上,建立兼顾规划经济性和弃风率的综合能源系统蓄热罐容量多目标优化模型,并使用法线边界交叉(NBI)法提供可行的求解Pareto前沿的方案。通过对比在不同电转气运行成本与不同放热效率情形下的系统规划与运行策略,分析接入电转气且考虑其热回收对配置储热的综合能源系统规划与运行的影响。基于典型算例研究,结果表明在电转气与储热装置的协同消纳弃风方式下,随着电转气放热效率提高与运行成本降低,电转气的弃风消纳能力将提高,其供热、气效益将提高,系统运行成本将降低,同时储热装置供热任务得以减轻,进而影响储热装置的规划策略。     

计及氢能多元利用和绿证-碳联合交易的综合能源系统优化运行

为充分利用综合能源系统的多能耦合特性和高比例新能源的特点,提出一种计及氢能精细化多元利用和绿证-碳联合交易的综合能源系统低碳经济优化调度策略。针对氢能的低碳清洁特性,建立含电解制氢、氢转电热、氢制甲烷以及热电掺氢的氢能多元利用模型,并考虑氢能利用过程中产生的余热,在氢能多元利用模型中引入热回收装置,提出氢能精细化多元利用结构;为提升新能源消纳能力以及降低系统碳排放量,分别建立碳交易机制和绿证交易机制,并针对两者之间的关联性提出绿证-碳联合交易机制;兼顾综合能源系统的经济性和环保性,建立以绿证交易成本、购能成本、碳交易成本、运行维护成本和弃风成本之和最低为目标的综合能源系统低碳经济调度模型。算例结果表明,所提模型能够提高新能源消纳能力,显著降低碳排放量,实现了能源的高效利用和综合能源系统的低碳经济运行。     

计及需求侧管理与碳排放的综合能源系统光-储设备优化配置方法

合理调整综合能源系统(IES)的配置结构能够有效提升其低碳经济运行水平,基于此,提出了一种计及需求侧管理与碳排放的IES光-储设备优化配置方法。基于IES典型拓扑及供能设备的工作机理,建立其冷-热-电-气能流模型;根据不同柔性负荷特点,从不同维度构建用能体验的评价指标,并提出一种考虑用户综合满意度的需求侧能量管理策略;在此基础上,为进一步提升系统的低碳性能,设计了一种计及全寿命周期碳排放的奖惩阶梯型碳交易机制;在同时考虑所提需求侧管理与碳交易机制的前提下,以设备全寿命周期内创造的总收益最大为优化目标,构建了从运行到规划层面的源-网-荷-储多环节协同的光-储设备优化配置模型及运行方案;基于某真实IES开展算例研究,结果验证了所提方法在避免设备冗余配置、减碳与提高经济运行水平方面的有效性。     

考虑碳捕集技术的电力系统双层优化配置

碳捕集与封存技术是实现“双碳”目标的有效手段,在考虑碳交易机制的基础上提出了一种含电转气、燃气轮机、碳捕集系统、风电场联合运行的低碳经济双层优化配置模型。上层优化目标为最小化系统碳相关成本;下层优化目标为最小化系统运行成本,其中考虑了系统运行约束,决策变量包括发电机组有功出力、电转气功率、碳捕集装配。为求取所提双层优化模型的最优均衡解,利用KKT条件将双层优化问题转换为单层优化问题,再利用McCormick将二次规划单层问题转换成可直接求解的混合整数线性优化问题,并利用CPLEX求解器对模型进行求解。最后,对IEEE 30节点系统进行仿真,验证了所提模型和方法的有效性,同时采用双层模型在一定程度上减少了系统总成本,提高了减排率。