实施非水可再生能源配额情景下的发电行业CO2排放预测

发电行业是落实中国碳减排目标的重点领域。为实现中国到2020年单位国内生产总值CO₂排放比2005年下降40%~45%和非化石能源占一次能源消费比重达到15%左右的碳减排目标,国家能源局拟实行可再生能源配额制,要求2020年各煤电企业承担的非水可再生能源发电量配额与煤电发电量的比重达到15%以上。分别基于国家《能源发展战略行动计划（2014-2020年）》和征求意见的15%非水可再生能源发电量配额政策,对发电行业到2020年的CO₂排放情况进行了预测,并基于2020年全国的碳减排目标对发电行业的碳减排任务进行了计算。预测结果表明,实施15%的非水可再生能源配额之后,2020年非水可再生能源发电量将在行动计划预计值的基础上进一步提高,达到7514亿kW·h,在总发电量中占比9.94%,相应地,单位发电量CO₂排放量为580.5 kg/（MW·h）,比2005年下降27.4%。     

碳中和目标下储能发展前景综述

<正>先进储能技术已经成为可再生能源发电并网的重要支撑,随着碳中和目标的明确,可再生能源发电装机规模将进一步提升,而储能技术作为连接电力系统与新能源发电的重要媒介,将有望迎来更为广阔的发展空间。碳达峰目标是指我国承诺在2030年前CO₂排放量不再增长,并且达到峰值后逐年降低;碳中和是指在2060年前CO₂整体排放量与吸收量相互抵消,实现CO₂"零排放"。     

飞轮储能辅助火电机组自动发电控制策略研究

为应对可再生能源快速发展对电网稳定性带来的挑战,遵循节能减排的倡导,对飞轮储能辅助火电机组自动发电控制(AGC)控制策略进行研究。首先,结合火电厂电碳模型,建立了综合考虑AGC响应效果、碳排放量和飞轮寿命损耗的多目标优化的策略。然后,根据某电厂的数据,将无储能、全功率补偿策略和文中控制策略下调频指标、调节深度、调频收益和CO₂减排效果进行仿真分析对比,结果证明了所提方法可改善机组调频性能,使机组捕捉到更多的调节深度,让机组获得更多的补偿收益,减少机组CO₂排放量。     

计及P2G和CCS的园区级电-热-气综合能源系统多目标优化

碳捕集和可再生能源利用已经成为减少碳排放的重要措施。但捕集到的二氧化碳利用方式不明确,弃风弃光现象频发,限制了上述2种措施的减排效果。文章通过耦合电转气(power to gas, P2G)技术和碳捕集系统(carbon capture system,CCS),将其扩展到园区级电-热-气综合能源系统中,建立了一种高比例可再生能源渗透水平下的经济低碳多目标优化模型,在多情景下模拟分析了该综合能源系统在某工业园区的运行效果。结果表明,该耦合能源系统排放的大部分CO₂可以被有效捕获并送往P2G装置用于合成燃气,为利用CO₂提供了新的思路,同时显著提高了系统对可再生能源的消纳能力。对P2G设备容量的敏感性分析表明,单纯增加P2G容量虽然能减少弃能率,但会增加碳排放,因此对P2G的容量规划应当综合考虑可再生能源可用量与碳排放之间的关系。     

基于储热的燃煤机组深度调峰规模化消纳可再生能源发电研究

随着可再生能源装机容量的不断增加,为减少可再生能源发电与燃煤机组发电间上网电量不匹配产生的“弃风弃光”现象,燃煤机组需实现深度调峰为可再生上网源提供空间,同时还应进一步提高消纳可再生能源的能力。利用再热蒸汽抽汽储热深度调峰系统将可再生能源发电、熔盐储热与燃煤机组降负荷调峰时的蒸汽抽汽储热耦合,研究基于储热的燃煤机组深度调峰规模化消纳可再生能源发电系统的可行性及可再生能源发电储热对深度调峰性能的影响,并分析系统的综合发电煤耗和碳排放的变化规律。研究结果表明:当再热蒸汽抽汽流量为270.70 t/h时,燃煤机组发电功率由300.03 MW降至210.07 MW,储热系统可消纳可再生能源发电的最大功率为187.26 MW;存热量释放时,燃煤机组发电功率由300.03 MW增加至348.68 MW;单位时间消纳可再生能源发电量为187.26 MWh时,综合发电煤耗降低了8.49 g/k Wh,减少的CO₂排放量为28.23 t。该研究为高比例可再生能源发电的消纳提供了指导思路。     

2013年可再生能源迎来发展机遇期

<正>2012年是政策对中国可再生能源发展的支持力度最大的一年,对新能源产业,特别是分布式光伏发电的支持力度超过过去很多年。在2012年里,金太阳项目被扩容,分布式光伏发电规模化应用示范区开始申报。在一系列利好政策的支持下,2012年可再生能源的发展超过了以往。2012年中国风力发电达到1 000亿kW·h,超     

超临界二氧化碳循环关键部件成本模型研究进展

超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide,s CO₂)循环的应用在不同领域受到广泛关注，其成本效益评估体系仍不完善。获得准确的sCO₂循环部件成本，将使sCO₂循环的设计目标从效率最优转向成本效益最大化。该文分类综述sCO₂循环关键部件成本公式的研究进展。目前，成本公式通常为“缩放参数”的幂函数，函数待定系数确定方法各不相同。基于独立构建的sCO₂循环热力计算模型，对比分析现有sCO₂循环部件成本公式特点。结果表明，在主气参数与循环布置相同的情况下，不同成本公式计算结果相差较大，其中较高的成本是参考成本关系缩放不合理造成。透平成本计算结果普遍偏大，压缩机成本两级分化明显。换热器成本的研究，考虑因素多样，综合来看，基于热导确定成本更能体现换热器成本特性。针对研究现状，指出sCO₂循环部件成本计算亟待解决的问题主要有：选用非特定用于sCO₂循环的部件成本公式，缺乏合理性验证分析；成本公...     

煅烧沸石咪唑骨架吸附烟气CO2促进节旋藻生长固碳

利用藻类生物捕集CO₂是一种很有前景的减排烟气CO₂的方法,但是烟气CO₂在藻液中停留时间短,向溶解无机碳的转化困难,限制了藻细胞的生长固碳。通过煅烧不同时间的锌沸石咪唑骨架来制备CO₂吸附剂,利用不饱和金属活性位点吸附CO₂并促进CO₂向HCOO₃^-的转化,为藻细胞的生长固碳提供充足的溶解无机碳。结果表明:煅烧6h得到的吸附剂拥有最大的比表面积和孔容积有利于CO₂吸附和转化,可提高藻液中HCOO₃^-浓度55.7%,使得钝顶节旋藻的光能利用效率在99.99%煤化工烟气CO₂条件下增加了2.43倍,培养时间从7天缩短至5天,生物质产量提高了74.7%,CO₂固定速率提高了93.7%,为微藻减排烟气CO₂提供了新思路。     

中国火电行业环境外部性定量化分析

对火电行业环境外部性的定量化分析,有利于实现环境外部成本的内部化,实现火电行业节能减排、清洁发展目标。对1998—2010年中国火电行业发电过程中产生的烟尘、SO₂、NO_x及CO₂等污染物的排放量进行了计算,并分别依据ExternE模型、UWM模型与“自上而下”方法计算得到的单位污染气体和CO₂排放的外部成本,计算得到了1998—2010年中国火电行业发展的总环境外部成本。研究认为,中国火电行业外部成本整体呈明显上升态势。3种方法计算得出的总环境外部成本平均值由1998年的2 980亿元上升到2010年的8 495亿元,其中1998—2002年增长态势较为和缓,2002—2007年急速增长,2007—2010年相对平稳。     

二氧化碳捕集利用-可再生能源发电调峰耦合技术

为应对全球温室气体的大量排放以及目前可再生能源发电面临的有利发电条件下发电量过剩、不利发电条件下发电量不足的难题,本文将CO2捕集利用与可再生能源发电技术结合,提出了CO2捕集利用-可再生能源发电调峰耦合技术的概念。该技术将燃煤电厂捕集的CO2提供给可再生能源发电厂,通过CO2压缩储能、CO2转化为甲酸等高能量化合物等手段,完成风能、太阳能等可再生能源发电厂在有利发电条件下过剩发电量的有效利用,实现过剩电力资源调配利用和CO2减排的双重效益。此外,燃煤电厂捕集的CO2还可作为地热能发电厂的携热介质,实现地热能资源的高效开发。CO2捕集利用-可再生能源发电调峰耦合技术可灵活调节可再生能源发电系统的运行状态,使得机组的净发电量和发电成本在一定范围内得到调控,实现经济效益。CO2捕集利用-可再生能源发电调峰耦合技术可有效解决可再生能源发电厂在有利发电条件下发电量过剩,不利条件下发电量不足的矛盾,在实现可再生能源发电厂发电调峰的同时实现燃煤电厂CO2的减排,可提高发电效率并缓解温室效应,在我国具有广阔的应用前景。     

计及需求响应的含风电场电力系统发电与碳排放权联合优化调度

提出了一种节能减排形势下的优化调度模型和解法。研究对象上,文中研究了风电、火电、需求响应3种发电(虚拟发电)形式,需求响应可为系统提供零碳发电资源和旋转备用。模型建立上,基于多目标安全约束机组组合模型,采用发电和碳排放联合调度的方式,寻求经济目标与排放目标的折中协调解;约束条件综合考虑了需求响应、安全约束和碳排放等多种约束。解法上,采用分段线性化的方式,利用混合整数线性规划进行求解,解法适用于大规模系统,使模型更具实用价值。算例分析表明,决策结果能够兼顾排放与成本,并且在调度中引入需求响应可提高系统的风电消纳能力,具有显著的节能减排效益。     

碳交易机制下计及用电行为的虚拟电厂经济调度模型

虚拟电厂(Virtual Power Plant, VPP)能够聚合发电侧的分布式能源以提高可再生能源消纳程度。由于可再生能源出力的不确定且成本缺乏竞争力,虚拟电厂在运营过程中往往存在弃风弃光现象。建立了一种碳交易机制下计及用电行为的虚拟电厂经济调度模型,使可再生能源能参与到碳交易中,并促进用户侧与发电侧的协同。针对该模型的双层性、非线性和半连续性,提出了一种综合线性逼近、KKT条件和透视变换理论的重构方法,将其转化为单层整数二阶锥模型实现求解。算例表明,促进可再生能源消纳有助于提高虚拟电厂的减排效益。同时,碳交易机制具有提高可再生能源消纳总量的能力,用户的响应则具有改善风能利用分布的能力,而采用合适的电价机制能够进一步发挥二者之间的协同效益。     

利用风电制氧的富氧燃煤电厂低碳能源系统容量优化配置

为提高风电消纳能力，降低燃煤电厂碳排放水平，提出了一种利用风电制氧的富氧燃煤电厂低碳能源系统容量优化配置方法。首先，考虑到源荷双侧的不确定性及相关性，采用基于改进轮廓系数的有序聚类算法与含DCH(+)评价指标的K-means聚类算法的典型场景生成法获得源荷典型场景。在此基础上，以系统总成本最小为目标，构建了基于源荷典型场景的利用风电制氧的富氧燃煤电厂低碳能源系统容量优化配置模型。最后，以西北某地区全年源荷数据为例进行了仿真验证。结果表明该典型场景生成法能使系统容量配置结果合理化，引入富氧燃烧技术的同时考虑售卖多余液氧可有效降低系统总成本及碳排放量，提高风电消纳能力。     

考虑碳交易的综合能源系统在不同配置情景下的运行分析

大量分布式可再生能源发电机组的部署和碳排放交易的成本可对综合能源系统的运行产生重要影响。首先,针对电热综合能源系统,本文建立了考虑负荷需求、风速、太阳辐射强度和碳排放交易成本等不确定性因素的热网-主动配电网耦合模型。其次,本文采用多时段蒙特卡洛树状仿真的随机方法,分析可再生能源发电集成度和碳排放交易成本对系统运行总成本的影响。最后,本文以新疆能源系统为对象进行了算例分析。算例仿真结果表明:在新能源补贴下滑的大环境下,碳排放交易的实施可以为政府推进可再生能源装机提供新的动力。     

Electricity network planning targeting Low-Carbon energy transition

Electricity sector,as one of the major emission sources of carbon dioxideis responsible for reducing carbon emissions and is a major player that addresses global climate change.In the efforts to mitigate the impacts of climate change over the coming decades,decarbonizing power systems is critical.To achieve this goal,power generation systems need a transition from a high reliance on coal-fired power stations to a low-carbon energy mix.This paper proposes a transition planning method that includes the retirement of coal-fired generators and the integration of large-scale renewable power plants.Hence,transmission systems need to be upgraded simultaneously with the changing of generation mix to ensure system reliability.This paper also considers carbon emission cost and introduces and compares two models,which include carbon trading and carbon tax.Furthermore,issues related to the ramping of renewable power systems that are caused by the large penetration of renewable power generators are taken into account by adding the cost related to the sudden change of renewable generation(ramping cost)in the objective function.The proposed model is demonstrated on a modified IEEE 24-bus RTS system.     

考虑碳交易的火电节能调度优化模型及应对模式

电力行业的发展所带来的环境问题日益突出,为发展低碳电力,将碳交易引入调度目标。构建以能耗成本与碳排放成本最小为目标的理想节能调度模型以及以发电燃煤成本与碳排放成本最小为目标的合同电量节能调度模型,分析碳交易下2种节能调度模式对火电的影响,并构建生物质与火电联合调度模型作为碳交易与节能调度双重约束下的应对模式。从节能减排、发电效益、机组运行3个方面构建调度效果评价指标体系。算例研究表明:高排放高耗能机组发电份额被进一步削减;理想模式比合同电量模式有较多的节能减排量、较高的发电收益及较差的机组运行稳定性;应对模式在3个方面都优于另外2种模式,通过分析碳交易对联合调度的影响验证了应对模式的合理性。     

Generalized Estimation of Average Displaced Emissions by Wind Generation

This paper presents a generalized approach for the estimation of average displaced or avoided system emissions by intermittent renewable sources such as wind. The quantification of the environmental benefits of renewable energy projects is of utmost importance for: 1) the creation and trading of certified emission reductions or credits and 2) the design of green energy government policies that recognize the contribution of renewable energy for the reduction of national/regional carbon emissions. The proposed approach is based on the correlation factor between time-evolution of system marginal emissions and wind power generation. Results show that average displaced emissions by wind generation can be estimated once typical power system dispatch data and regional wind generation is available, thus circumventing the use of proprietary power dispatch models. The main objective of this work is to contribute towards the development of simplified methodologies that will facilitate the assessment of renewable energy projects in a variety of regulatory and regional settings.     

燃煤电厂碳捕集、利用与封存技术和可再生能源储能技术的平准化度电成本比较

作为同样可调可控的稳定低碳电源,燃煤电厂碳捕集、利用与封存(CCUS)与可再生能源储能技术的成本竞争性值得进一步探究.本文利用学习曲线模型比较了二者平准化度电成本(CLCOE)在2020-2030年间的竞争性变化,也进一步厘清了弃风弃光省份中二者的CLCOE水平.结果表明:目前,燃煤电厂CCUS较可再生能源储能系统具有...     

节能减排目标下燃煤机组电量分配模糊优化模型

电力工业是节能减排的重点行业,"以大代小"成为电力行业节能减排和结构调整的重要手段。以煤耗量和二氧化碳排放量最小为目标,建立节能减排下燃煤火电机组电量分配优化模型,并通过定义目标隶属度函数将目标模糊化,采用满意度指标将双目标问题转化为单目标问题进行求解。算例分析表明:建立的优化模型能够在满足煤耗和排放量最小的目标下合理分配机组发电量;相比计划电量分配模式,节能减排模式下100 MW及以下煤耗高、污染重的小机组被分配电量减少、煤耗低、污染小的大机组被分配电量增多。通过与单目标模型比较,该双目标优化模型可以更好地兼顾到煤耗和排放目标的统一,为电力节能减排政策制定提供更准确的定量分析依据。     

基于MO-APSO的含风电场电力系统动态环境经济调度

为综合考虑碳排放权交易对风火联供模式的影响,基于节能减排、发电效益、机组运行3个方面约束条件,引入碳排放权交易成本函数,构建了考虑发电成本、碳交易成本、环境成本的风火联供系统多目标动态环境经济调度(DEED)模型。提出一种多目标自适应粒子群优化(MO-APSO)算法求解该DEED问题。根据寻优过程中粒子当前的适应度函数值,对惯性权重及学习因子进行自适应修正,进一步改善早熟的缺陷,增强全局搜索能力。含风电场的10机电力系统仿真结果表明:所提方法能同时优化成本和排放这2个冲突的目标,且获得了比其他算法更为宽广和均匀的Pareto前沿,有效降低了联供系统的碳排放量及综合运行成本。