含碳捕集装置的电气综合能源系统低碳经济运行

面对当前电气综合能源系统在新能源消纳、低碳性方面存在不足的问题,在系统中引入碳捕集装置进行优化.首先通过弃风惩罚因子将弃风量转化为弃风成本,以系统运行成本与碳排放量为多目标建立一种含碳捕集的电气综合能源系统低碳经济运行模型,使用法线边界交叉法构造多目标问题的Pareto前沿,并利用模糊隶属度函数选择出综合满意度最大的解作为折中解,其次通过算例对比了三种场景下的优化结果,分析了系统弃风量受电转气原料成本的影响情况,验证了将捕集的CO2作为产气原料能够有效提升电转气的运行效益,增强系统的风电利用率与运行经济性;最后对多目标下碳捕集的运行造成系统经济性与低碳性产生的矛盾关系进行了研究,证明了碳捕集能够有效提升综合能源系统的碳减排能力.     

计及CLHG-SOFC碳捕集的多能源系统低碳优化调度

为了响应碳达峰、碳中和的发展目标,实现对能源的高效利用,减少CO2的排放,多能源系统引入基于化学链制氢-固体氧化物燃料电池（CLHG-SOFC）的碳捕集技术,以实现在供电供热的同时完成对CO2的捕集。首先,对CLHG-SOFC碳捕集模块的运行机理与能量流动关系进行分析,推导出其净输出功率模型和电碳特性关系。其次,建立计及基于CLHG-SOFC碳交易与碳封存成本的多能源系统低碳优化调度模型。最后,通过算例分析验证了所提模型能够在不同电碳特性运行下实现系统运行的经济性和低碳性。     

考虑垃圾焚烧烟气处理与电转甲醇的综合能源系统优化调度

为提升综合能源系统的环境效益与经济效益,促进可再生能源消纳并平抑系统波动,提出考虑垃圾焚烧烟气处理与电转甲醇的综合能源系统优化调度模型。首先,在垃圾焚烧电厂中,将脱硫、脱硝、碳捕集和烟气储存装置一同构成烟气处理系统,减少环境污染的同时实现垃圾焚烧发电与烟气处理环节时间上的解耦。其次,构建烟气处理系统-电转甲醇-甲醇燃料电池协同运行框架,碳捕集所得CO2作为电转甲醇原料,生成的甲醇可直接获得商品收益,亦可通过甲醇燃料电池维持系统供电稳定性。最后,提出奖惩差异型阶梯碳交易机制以约束系统碳排放,建立以系统运行净成本最小为目标的优化调度模型。算例结果表明,该模型具备“削峰填谷”效用并能有效促进系统绿色、经济运行。     

基于低碳需求响应的含煤制氢与碳捕集电厂的综合能源系统优化调度

为了提高综合能源系统的低碳性与经济性,提出了煤制氢与碳捕集电厂联合运行模式下考虑低碳需求响应机制的综合能源系统优化调度。对煤制氢与富氧燃烧类型碳捕集电厂进行建模,并引入储碳罐、电转气装置以提高捕碳灵活性,降低制氧、制氢成本;将低碳需求响应机制引入综合能源系统调度模型中,并分析其减排能力;以运行成本最小为目标函数建立了综合能源系统的低碳经济调度模型。通过算例对所提策略进行验证,结果表明该策略能够提高风电消纳水平,降低整体系统的碳排放量,提升系统经济性。     

兼顾捕碳强度与可再生能源消纳的储能容量配置优化方法

碳捕集技术是实现发电行业碳达峰和碳中和目标的重要手段。传统碳捕集机组在灵活运行方式下参与可再生能源消纳时，将丧失一定的捕碳强度，无法在深度脱碳条件下灵活地进行可再生能源消纳。为此，面向碳捕集电厂和可再生能源电源，该文提出一种新型捕碳储能系统，主储能系统用于可再生能源消纳，次储能系统协助碳捕集机组实现电碳解耦，并分析瞬态与动态电碳解耦特性。在该捕碳储能系统架构下，基于KL散度刻画风电和光伏出力的不确定性，并构建储能容量配置的分布鲁棒优化模型。最后，通过算例分析进行仿真验证，结果证明了储能容量配置模型的有效性，验证了所提捕碳储能系统可提高可再生能源消纳水平的同时保证高捕碳强度。     

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。     

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。     

考虑碳捕集和电转气的综合能源系统优化调度

碳捕集、电转气等低碳技术是实现能源系统低碳经济运行的重要途径和主要抓手。鉴于此,构建了一种含碳捕集、利用与封存装置,两段式电转气设备及热电联产机组耦合的综合能源系统低碳经济调度模型。在技术层面,分别构建碳捕集、利用与封存,两段式电转气及热电联产数学模型;在市场机制层面,引入阶梯式碳交易模型约束系统碳排放。提出了以综合能源系统运行总成本最小为目标函数的优化调度策略。通过设置多个场景进行算例分析,验证了所提模型的有效性,并分析了各阶梯碳交易机制参数灵敏性对综合能源系统低碳性及经济性的影响。     

含碳捕集电厂与氢能多元利用的综合能源系统低碳经济调度

随着中国“碳达峰·碳中和”战略的不断推进,综合能源系统的绿色低碳转型迫在眉睫。针对传统碳捕集电厂灵活性较差、风电并网难以消纳等问题,提出一种含碳捕集电厂与氢能多元利用的综合能源系统低碳经济调度模型。首先,引入储液罐对传统碳捕集电厂进行改造,提高电厂应对风电波动的运行灵活性;其次,构建含两段式电转气、氢燃料电池、储氢罐和掺氢热电联产在内的氢能多元利用结构,以充分挖掘氢能利用与碳捕集电厂的协同运行潜力。在此基础上,引入阶梯碳交易机制,建立以碳交易、碳封存、燃煤及购气成本之和最小为优化目标的低碳经济调度模型。算例结果表明,文中模型能够有效提高系统的风电消纳水平和能源利用效率,具有显著的低碳经济效益。此外,碳交易基准价格的合理设定能够引导系统提高碳捕集水平。     

计及灵活爬坡的气-电耦合综合能源系统低碳经济调度研究

随着“双碳”目标的提出,电力系统低碳化转型以及新能源高比例渗透已成为必然趋势。然而,高比例新能源并网给电力系统灵活性运行带来了更大的挑战。因此,调度侧需具备充裕的运行灵活性以平抑净负荷波动。该文以含碳捕集电厂的气-电耦合综合能源系统为对象,提出了一种计及灵活爬坡需求的低碳经济调度模型。首先,计及了电力系统、天然气系统和碳捕集电厂的运行约束,构建了计及碳排放成本的低碳经济模型。然后,考虑了发电机组与碳捕集电厂提供运行灵活性爬坡服务,建立了计及灵活爬坡产品的综合能源系统低碳经济调度模型。最后,算例测试定量分析了碳价对于综合能源系统低碳调度决策的影响,量化了燃气机组与碳捕集电厂的运行灵活性。     

计及灵活运行碳捕集电厂捕获能耗的电力系统低碳经济调度

针对碳捕集设备会产生较大捕获能耗成本的问题,采用灵活捕获运行模式调节碳捕集设备的捕获水平以降低捕获能耗成本,同时利用储液罐实现捕获能耗时移.通过需求响应削峰填谷增加负荷峰值时碳捕集设备捕获能力并提高风电利用率,从而降低捕获能耗成本和碳排放.以降低捕获能耗、提高碳捕集设备灵活性为目标,建立碳捕集电厂灵活捕获和溶剂存储模型.以系统总调度成本最小为目标,构建采用灵活运行模式的碳捕集电厂并计及需求响应的电力系统低碳经济调度模型.最后基于改进的IEEE 30节点系统对所建立的模型进行仿真,算例分析结果表明,所建模型可有效减少系统总调度成本,降低系统碳排放,提高系统风电消纳能力.     

计及虚拟储能系统的区域综合能源系统优化调度策略

储能设备可以实现负荷的跨时段平移,在综合能源系统的经济稳定运行中能够起到重要作用。但当下储能投建费用较高,难以大规模应用。而通过优化用户侧可控负荷,可达到类似储能设备平移负荷的效果。从电能、热能2个角度出发,提出了利用用户侧虚拟储能的区域综合能源系统（regional integrated energy system,RIES）优化调度策略。首先基于电动汽车充电管理方法和楼宇蓄热特性,对电、热虚拟储能（virtual energy storage,VES）系统进行建模;进而将虚拟储能系统集成到考虑天气不确定性的区域综合能源系统调度模型中,该模型以降低能源系统日运行费用为优化目标,合理安排电动汽车充电并在温度舒适度范围内对建筑物室温进行调节,实现虚拟储能系统的充放能管理;最后以夏季系统用能场景为例,对优化模型进行仿真实证。仿真结果表明,虚拟储能设备可以起到负荷平移效果,削减储能配置容量。应用虚拟储能系统的区域综合能源系统优化调度模型可以在满足能源需求和温度舒适度的前提下降低系统日运行成本,提升系统运行稳定性。     

具有CO2负排放的风电高温储能系统模拟

风能的反调峰特性使得弃风现象较为严重。针对该情况,提出了CaO高温储能耦合生物质发电厂消纳风电的方法,有望实现风电的规模化储存和CO2负排放,并构建了CaO储能耦合生物质发电并捕集CO2的系统模型;此外,基于Aspen Plus软件平台对系统的热力性能进行了模拟,分析了碳酸化炉接入位置对系统储电效率和CO2捕集量的影响。同时,结合对碳酸化炉和CaCO3煅烧炉的灵敏度分析,得到了最佳工作条件下的集成系统储电效率和消纳单位风电的CO2捕集量。     

计及碳成本的电-气-热-氢综合能源系统经济运行策略

为构建低碳可持续能源系统,推动我国未来能源系统转型,文章聚焦能源系统中低碳与清洁,建立了考虑经济与碳排放的电-气-热-氢综合能源系统日前调度模型。首先,在综合能源系统网络中,考虑负荷不确定性建立了电网潮流模型以及热网、气网的动态潮流模型。在能量转换设备中考虑到氢能的清洁、高效、安全等优点,引入电转氢(power to hydrogen, P2H)设备和氢储能设备。考虑到燃气轮机、燃料电池等余热浪费,引入有机朗肯循环(organic Rankine cycle, ORC)余热发电将剩余热能转化为电能,提高能源利用效率。其次,考虑以系统运行成本和环境成本为目标函数,给出电-气-热-氢的综合能源系统最优运行调度方案。最后针对多种优化运行模式进行仿真分析,结果表明,文章提出的电-气-热-氢综合能源系统优化运行策略能够有效保证运行的经济性和环保性。     

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。     

基于碳交易的电-热-气综合能源系统低碳经济调度

在能源互联网和低碳电力的背景下,综合能源系统成为节能减排的重要载体。基于能源集线器模型搭建了包含电转气和燃气轮机的电—热—气联供综合能源系统架构;将碳交易机制引入系统的调度模型中,构建了分碳排量区间计算碳交易成本的阶梯型计算模型;综合考虑碳交易成本和外购能源成本,建立了适用于电—热—气联供系统的低碳经济调度模型。通过对比分析3种调度模型的调度结果,验证了所提模型在兼顾系统低碳性和经济性方面的有效性。最后,分析了碳交易价格和耦合元件容量对调度结果的影响。     

考虑富氧燃烧技术的电–气–热综合能源系统低碳经济调度

富氧燃烧技术能实现燃煤机组二氧化碳的近零排放,是实现低碳调度的有效手段。该文提出将富氧燃烧技术引入电–气–热综合能源系统,并建立低碳经济调度模型,该模型可兼顾经济性和低碳性。首先,通过挖掘富氧燃烧电厂运行机理,研究其内部能量时移特性,并与燃烧后捕集电厂进行比较,分析其对降低碳排量的优势;其次,建立以运行成本、维护成本、折旧成本、碳交易成本等综合成本最低为目标函数的电–气–热综合能源系统低碳经济调度模型。并通过CPLEX求解。最后,对IEEE-30节点电网模型、7节点气网模型和6节点热网模型的综合能源系统进行仿真,验证模型的有效性。该文研究可为综合能源系统的低碳调度运行提供参考。