基于阶梯碳交易的电转气虚拟电厂低碳经济调度

为兼顾虚拟电厂运营过程中的经济性和低碳性,提出一种基于阶梯碳交易的电转气虚拟电厂低碳经济调度模型。首先,将碳交易机制引入虚拟电厂中,构建划分碳排放区间的阶梯型碳交易计算模型;然后,考虑电转气接入后的吸碳特性,提出电转气参与碳市场交易的激励机制,从而完善实际的碳排放模型;接着,综合考虑运行成本、能源成本及碳交易成本,建立适用于虚拟电厂的低碳经济调度模型;最后,通过设置多个调度场景进行分析,验证了本文所提出的碳交易机制在虚拟电厂低碳经济运行方面的有效性。     

计及全过程碳足迹和灵活输出模型的综合能源系统低碳经济运行

在“双碳”目标背景下,为提升综合能源系统的能源利用率,提出计及全过程碳足迹和灵活输出模型的综合能源系统低碳经济运行模型。首先,考虑系统中氢能设备的实际运行特性,对氢能设备进行精细化建模,在传统热电联产机组中引入卡琳娜循环和电锅炉,建立氢能设备和热电联产设备的灵活输出模型;然后,对综合能源系统中全过程碳足迹进行核算,通过基于碳排放流理论的节点碳势核算系统中外生碳足迹,利用生命周期评价法计量系统中内生碳足迹,并计算阶梯型碳交易机制下的碳交易成本;最后,以系统运行总成本和碳交易成本最小为目标,构建综合能源系统低碳经济运行模型。算例分析结果表明,所建立的综合能源系统低碳经济运行模型能够提高能源利用效率且减少碳排放量,更好地响应“双碳”目标。     

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。     

计及碳排放流的电力系统低碳规划

为促进电力行业实现低碳目标，合理有效的电力系统规划至关重要，需求响应参与电力系统规划是减少系统碳排放的重要手段。为此，设计了计及碳排放流和需求响应的电力系统双层低碳规划模型。上层规划模型为投资规划模型，以投资成本与运行成本之和最低为目标，内嵌全年8760 h时序运行模拟模型，采用机组聚类线性化方法对传统燃煤机组进行建模，协调优化传统机组、新能源和储能的投建容量；下层模型根据上层模型计算出的机组出力和线路潮流数据，基于碳排放流理论和负荷侧阶梯碳价机制形成需求响应模型，合理调节负荷分布以降低碳排放量及碳排放成本。最后，在改进的IEEE RTS-24节点系统上对所提模型进行了分析与验证。     

基于深度强化学习的多能流楼宇低碳调度方法

建筑减排已成为中国达到“双碳”目标的重要途径,智慧楼宇作为多能流网络耦合的综合能源主体,面临碳排放量较多、多能流网络耦合程度高、负荷用能行为动态特性明显等问题。针对这一问题,提出基于深度强化学习的多能流楼宇低碳调度方法。首先,根据智慧楼宇的实际碳排放量,建立了一种奖惩阶梯型碳排放权交易机制。其次,面向碳市场和多能流耦合网络,以最小化运行成本为目标函数,建立多能流低碳楼宇调度模型,并将该调度问题转换为马尔可夫决策过程。然后,利用Rainbow算法进行优化调度问题的求解。最后,通过仿真分析验证了优化调度模型的可行性及有效性。     

计及灵活需求响应和碳-绿证交易的综合能源系统优化调度

基于“碳达峰、碳中和”背景,有效结合碳交易和绿证交易机制,挖掘需求侧资源,有助于实现综合能源系统低碳经济发展。为此,提出了计及灵活需求响应和阶梯碳-绿证联合交易的综合能源系统低碳优化调度策略。首先,在源侧引入含有机朗肯循环的余热发电环节,解耦热电联产“以热定电”约束,并在荷侧引入综合需求响应模型,构建了源荷协调的灵活需求响应模型。其次,研究碳交易和绿证交易机制原理,分析两者之间的相关性,构建了阶梯碳-绿证联合交易机制。最后,综合考虑系统经济性和低碳性,以总成本最低为目标,构建了日前低碳经济优化模型。算例仿真表明,考虑阶梯碳-绿证联合交易机制后系统总成本和碳排放量分别下降了13.37%和11.44%,并且相比传统需求响应模型,考虑所提的灵活需求响应模型后系统总成本和碳排放量分别下降了3.87%和2.85%,有效实现了系统经济、灵活和低碳运行。     

工业园区综合能源系统低碳经济优化运行模型

工业园区的二氧化碳排放量高达全国的31%,并呈现出持续增长势头,因而工业园区成为科学精准碳减排、践行碳中和的重要抓手。首先建立了考虑碳捕集技术的电、气、热、冷多能耦合的工业园区综合能源系统模型,降低碳排放的同时为新能源的利用提供新途径;接着利用生命周期评价方法(life cycle assessment, LCA)分析了园区中不同能源链的温室气体排放并对园区碳足迹进行核算,计算出奖惩阶梯型碳交易机制下的碳交易成本;最后,基于碳捕集技术和奖惩阶梯型碳交易机制,以系统总成本最小为目标构建工业园区综合能源系统低碳经济优化运行模型。算例分析表明,所提优化模型的总成本增加8.56%,但碳交易成本降低58.46%,证明碳捕集技术的引入与奖惩阶梯型碳交易机制能够促进园区的节能减排,在保证经济社会发展的同时,践行“双碳”目标。     

基于碳排放流理论的电力系统源-荷协调低碳优化调度

在低碳电力的背景下,需求侧资源逐渐参与电力系统调度,为降低电力系统碳排放提供了新思路。建立了一种考虑碳排放流理论和以碳价为价格信号的需求响应电力系统两阶段低碳优化调度模型。首先,以电力系统经济调度为一阶段优化模型。其次,基于Shapley值碳责任分摊方法,计算出各负荷侧碳责任合理范围并由此提出阶梯碳价定制方法,然后基于碳排放流理论计算出负荷侧碳排放责任情况及碳排放成本。再次,构建以碳价为信号的需求响应低碳优化调度为二阶段优化模型,利用负荷侧调节能力降低总碳排放量,从而降低负荷侧碳排放成本。最后,基于改进的PJM-5节点系统分别对全火电机组场景和含风电机组场景进行算例分析,通过仿真算例对不同场景下系统的碳排放量以及碳排放成本进行了分析。同时,在IEEE-118节点系统中进行验证,结果表明所提出模型合理计算了碳排放责任,有效降低了系统碳排放量,验证了所提模型的合理性和可行性。     

基于改进碳排放流理论的电力系统动态低碳调度方法

目前,电力系统面临较大减排压力,随着智能电网发展,需求侧资源参与电力系统调度可进一步降低电力系统碳排放。提出了一种日前市场考虑需求响应的低碳动态两阶段优化调度方法。第一阶段,基于机组动态碳排放计量模型,计算发电侧的碳市场交易成本,建立电力系统低碳经济调度优化模型,求解初始调度方案。第二阶段,基于改进的电力系统碳排放流理论,计算用户侧实时碳排量和碳排放成本,考虑以碳价为信号的需求响应,建立低碳经济优化调度模型,优化负荷分布以进一步降低系统碳排放量,并求解获得最终调度方案。最后以改进的IEEE 14节点为例对系统碳排放量和总运行成本进行计算分析,结果表明：所提模型和方法可以降低系统碳排量,验证了其可行性和合理性。     

考虑碳交易和绿证交易的配电网优化运行策略

针对如何实现配电网低碳经济运行及新能源高比例消纳问题，提出了考虑碳交易和绿证交易的配电网优化运行策略。首先，分析建立了配电网碳交易和绿证交易模型；然后，以最小化配电网综合运行成本为目标，考虑配电网潮流约束、新能源及分布式能源机组运行约束，建立了配电网低碳经济优化运行模型；最后，基于改进的IEEE 15节点配电网模型对所提配电网优化运行模型进行了验证，结果显示，所提运行策略实现了配电网低碳经济运行，显著降低了系统的碳排放并促进了新能源的消纳，可为以新能源为主体的配电网低碳经济运行提供技术参考。     

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。     

考虑碳交易的社区综合能源主从博弈运行优化策略

在我国双碳目标背景下,低碳化用能与能源革命迫在眉睫。在考虑社区综合能源发电商与用户竞价博弈的同时加入阶梯型碳交易机制,可满足经济性与低碳性要求。首先介绍了阶梯型碳交易机制和主从博弈模型,然后建立阶梯型碳交易的主从博弈模型,最后通过实际算例,利用CPLEX求解器和粒子群算法对模型进行求解,验证了在主从博弈模型中合理的引入阶梯型碳交易机制可以有效降低碳排放。上述研究为发电商和用户的低碳经济运行提供了参考。     

基于奖惩阶梯型碳价机制的能源枢纽低碳优化策略

为进一步降低碳排放水平以及源-荷不确定性对系统运行的影响,文中提出了一种基于奖惩阶梯型碳价机制和分布式模型预测控制（Distributed Model Predictive Control, DMPC）的能源枢纽（Energy Hub, EH）日前-日内-实时的多时间尺度低碳优化调度策略。引入奖惩阶梯型碳价计算方法,构建了EH日前低碳优化调度模型,并制定基于DMPC的日内滚动和实时调整的反馈闭环优化策略,降低源-荷预测误差、提高传统模型预测控制（Model Predictive Control, MPC）求解效率。其中,在日内阶段,构建了以阶梯型碳成本、运行成本和储能调整惩罚成本之和最小的日内滚动优化模型;在实时阶段,通过将整体优化问题进行分解,建立了基于DMPC控制的多智能体实时调整模型。算例结果表明,本文所提策略在提升系统经济效益、降低源-荷不确定性等方面具有有效性,实现了EH的低碳经济、稳定可靠运行。     

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。     

计及碳交易-绿证和储能成本的含风光发电的电力系统优化调度

为促进传统电力行业的绿色发展和节能减排，将碳交易-绿色证书交易机制引入电力系统优化调度中，同时通过引入电储能系统、提升电力系统灵活性来促进新能源消纳。首先在碳配额初始分配的基础上对火电机组加入补偿配额，并建立了碳交易成本模型；然后，构建以总成本最低为目标的优化调度模型，综合考虑碳交易机制成本、绿证交易机制成本、储能运行成本以及常规火电机组运行成本、风电运行成本、光伏运行成本及系统各种约束条件；最后，通过仿真算例分析，验证了碳交易-绿证机制和储能的引入可有效优化能源结构，减少系统碳排放。     

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.     

考虑低碳经济运行的四联供综合能源系统优化调度

针对多能源互补机制运行条件下综合能源系统优化调度困难的问题,从降低系统运维成本、减少CO₂排放和可再生能源弃用等方面进行了多目标优化调度研究。建立了电-气-热-冷能源系统各设备的数学模型,并针对储能设备在长期运行模拟中的建模难点,建立了可模拟综合能源系统长期运行调度的约束条件,采用低碳经济运行指标对综合能源系统进行了优化,并对最低运行成本调度和最小碳排放调度的结果进行了比较。模拟了碳价和运维成本增加对调度结果的影响。仿真结果表明,仅使用最小运维成本或最低碳排放作为调度指标将导致高碳排放或高运维成本,而低碳经济调度综合考虑可再生能源的消纳和碳减排指标,可以降低整个系统的低碳经济运行成本。     

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。     

考虑双层奖惩型碳交易机制的源网荷分布协同低碳经济调度

在“双碳”目标下,设计合理的碳交易机制使源网荷共同参与碳市场,对节能减排具有重要意义。在此背景下,提出了考虑双层奖惩型碳交易机制的源网荷分布协同低碳经济调度策略。首先,建立双层奖惩型碳交易机制下综合能源供应商-园区协同的低碳调度模型,综合能源供应商直接参与外部奖惩型阶梯碳交易市场,园区通过向综合能源供应商支付碳费用或获取碳收益间接参与碳市场,从而激发各主体积极参与节能减排。其次,建立奖惩型阶梯碳价格模型,并提出奖惩型阶梯碳价格机制下综合能源供应商-多园区的碳成本/收益分摊方法,保证了碳成本/收益分摊的有效性与合理性。再次,分别构建综合能源供应商与多园区低碳调度模型,并基于纳什协商刻画园区间的合作博弈,通过各园区间功率互济降低碳排放并提高社会效益。然后,提出了基于自适应调节机制的嵌套交替方向乘子法的双层分布式求解方法。最后,以IEEE 14节点配电网与12线路热管网组成的源网荷综合能源系统为例,验证了所提模型和方法的有效性。     

低碳经济下电动汽车集群与电力系统间的协调优化运行

随着电动汽车(EVs)大规模接入电网,其充放电行为的随机性将给电力调度带来新的问题。在研究电动汽车与电网间信息、能量交互机制的基础上,深入分析EV集群运行模式及其对电力系统发电调度的影响。基于低碳经济理念,以电力系统发电能耗成本、CO_2排放费用和V2G服务补贴费用最小化为目标函数,综合考虑EV行驶需求、碳排放配额、碳排放交易机制等相关约束,建立低碳经济环境下EV集群与电力系统间的协调优化运行模型。采用所建模型对10机系统进行仿真分析,优化结果验证了模型的合理性和有效性。