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。     

基于园区IES购电方案优化的低碳运行模型

由于长期处于粗放型的规划建设与运行管理模式，工业园区的能耗普遍偏高，二氧化碳排目前排放量已超过全国总排放量的30%，因此工业园区减碳迫在眉睫。为此，首先建立了考虑风机、光伏、储能、碳捕集、热电联产等环节的冷热电联供的园区级综合能源系统模型，利用生命周期法辅助计量园区中的直接碳排放，并基于碳排放流理论，通过节点碳势实现园区购电产生间接碳排放的精准计量。最后基于园区购电方案优化和节点碳势动态计量间接碳排放，分别以日运行成本和园区总碳排放为优化目标，构建园区综合能源系统的低碳运行模型。算例表明，与日运行成本优化相比，以减少碳排放量为优化目标的模型成本增加了15.95%，而园区排碳量减少了19.07%，碳交易成本减少了53.43%。证明引入节点碳势计量园区间接碳排放，并基于此优化购电方案的运行策略能实现减少碳排放的目标，更好地响应“双碳”目标的实现。     

考虑碳排放分摊的综合能源服务商交易策略

为寻求在满足用户用能需求的同时降低系统碳排放的有效途径,提出了一种考虑碳排放分摊的多综合能源服务商能源交易策略。基于网络流模型实现碳流追踪并联合Shapley理论建立了综合能源服务商碳排放成本计算模型。应用Nash议价理论构建了多综合能源服务商合作博弈运行模型,将综合能源服务商碳排放成本引入优化目标函数,并利用分布式算法求解最优能源交易量和交易费用。基于由修改的IEEE 39节点电网和12节点气网构成的多综合能源服务商系统进行仿真分析,验证了所提模型和方法的有效性。     

考虑阶梯碳交易和最优建设时序的园区综合能源系统规划

园区综合能源系统可以实现多种能源之间的多能互补、协同优化,对于节能、增效、降碳具有重要意义。针对含电、气、热多种能源类型的园区综合能源系统,提出一种考虑阶梯碳交易和最优建设时序的规划模型及求解方法。文章构建阶梯碳交易成本计算模型,并加入碳达峰、碳中和的“双碳”约束以制约园区的碳排放量;以计及投资成本、运维成本、碳交易成本、残值费用的全寿命周期费用现值最小为优化目标;通过混合整数规划进行模型算法求解,得到园区综合能源系统各设备的投建年份和容量配置方案。通过建立多个典型规划场景进行联合对比,验证了该规划模型在减少碳排放、降低系统成本等方面的有效性,并探讨了碳交易基准价格、投建次数和双碳约束对规划结果的影响。     

面向零碳园区的综合能源系统优化运行技术综述

双碳背景下,零碳园区级综合能源系统(integrated energy system,IES)成为我国节能降碳、提质增效政策的重点。然而,园区级综合能源系统具有源-网-荷-储一体化、多能互补、供需方动态博弈等特点,其优化运行技术面临强不确定性和耦合机理不明等诸多挑战。为此,对零碳园区级IES优化运行的研究现状、关键技术与未来发展趋势等方面进行综述至关重要。该文首先聚焦于多类型能源耦合能效提升,系统阐述了零碳园区级综合能源系统架构;进一步,从零碳园区实施路径入手,对零碳园区级综合能源系统优化运行所涉及的多类型储能技术、碳捕集技术、多能协同规划设计、需求响应、能源监测与优化调度等关键技术进行了归纳分析;最后以实现园区零碳为主要目标,从全方位融入零碳理念、综合探索碳吸收/碳排放等方面分析零碳园区优化运行所面临的核心问题,并从数字化、社会环境因素一体化、全域综合能源化等方向指明零碳园区的发展趋势。     

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。     

环境约束下含多能园区的新型城镇双层组合优化经济调度

新型城镇生态文明需要考虑实时环境约束,其中多能园区碳排放量对新型城镇的环境影响不可忽视。该文构造了含多能园区的新型城镇环境约束优化调度模型,其上层经济调度将考虑新型城镇实时环境而限定碳排放约束,并按照各多能园区历史排放量分解为各多能园区实时碳排放约束;下层多能园区综合能源优化调度将考虑经济运行最优目标,同时满足实时碳排放约束;不能满足约束或超额满足时,多能园区将通过参加碳交易,进行碳指标买入或卖出。该模型通过新型城镇和多能园区上下层协调优化,以综合能源经济运行为优化目标,考虑了通过碳交易对多能园区进行排放控制的经济性激励,从而满足新型城镇整体环境要求。以序列二次规划法结合原始-对偶路径跟踪内点法求解该非线性、多维度、双层组合优化模型。算例结果表明:该方法能够提高新型城镇多种能源协同运行的经济性和环保性。     

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。     

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。     

多能互补智慧园区能源系统优化运行方法

在当前面临能源转型、电力供应紧张以及“碳达峰、碳中和”目标背景下,构建以清洁能源为主的工业园区能源系统,具有节能减排、提高能效水平的重要意义。考虑多能互补和不同类型储能,提出一种智慧园区能源系统优化运行方法。分析工业园区负荷特性与需求,结合不同类型的储能配置,建立工业园区能源系统模型;综合考虑园区能源系统投资成本、负荷需求、能源利用率、电/冷/热储能、季节性需求、分时电价构建优化目标,以年收益最大为目标,提出一种结合BP神经网络与分支定界法的优化运行模型。以某园区为验证对象,相比于传统的园区热电联产模式,提出的智慧园区能源系统优化运行方法能有效地提高清洁能源利用率8%,减少碳排放,提升能源系统的经济效益。     

计及站-网损耗分摊的区域综合能源系统碳排放流计算方法

为应对日益严重的环境和能源问题,碳减排相关研究已成为重中之重,碳排放流能够辨析碳要素的流动。以此为研究背景,提出一种计及站-网损耗分摊的区域综合能源系统碳排放流计算方法。依据双层结构热力系统等效变换规则,构建电-气-热网络统一结构模型。在此基础上,对区域综合能源系统网络损耗实现双向分摊,碳排放流损耗等效至管线两端节点,明确网络损耗对应碳排放责任的主体。针对能源站碳责任的界定问题,在考虑能源站损耗的碳排放流集线器模型基础上,推广至标准化矩阵碳排放流集线器,并采用区域综合能源系统碳排放流统一矩阵计算方法,实现站-网损耗分摊下的碳排放流计算和分析。算例结果验证了所提方法的合理性和有效性,网损的双向分摊和考虑能源站损耗的碳排放流集线器模型使发电侧和用户侧更加公平地承担对应的碳排放责任,分布式多类型可再生能源的接入有利于提高全域新能源渗透率,降低站-网综合碳排放流损耗。     

基于碳排放流的综合能源系统碳排放监测方法

针对电-气耦合的综合能源系统，提出了一种基于碳排放流的碳排放监测方法，将发电侧碳排放分摊到各节点负荷与各支路功率上，从而实现碳排放的准确追踪与溯源。首先介绍了碳排放流原理；接着研究碳排放流在电网及气网中的应用，建立电网及气网碳排放监测模型，并基于碳排放流理论提出一种碳排放监测方法；最后通过仿真表明，该综合能源系统碳排放监测方法能够同时表明系统时间与空间上的碳足迹，克服传统碳计量方法统计过于宏观的局限性。     

基于多能互补的园区综合能源站-网协同优化规划

为了提高综合能源站的能源利用率,从站-网整体规划的角度出发,对能源站数量、位置和设备容量配置,供能网络布局进行统一规划研究,基于电、热、冷多能互补特性提出了一种园区综合能源站-网双层规划优化模型。上层以综合能距最小为目标,基于推广p-中位模型建立了能源站-网协同投资模型,下层充分考虑能源站内多能流耦合和站间网络的多能协调,建立多能源站规划运行联合优化模型。采用基于最短路径理论的枚举法结合Cplex求解器求解,规划了能源在时空上的转移,解决了传统规划时负荷分配不均、峰谷需求不平衡的问题,算例表明所提模型具有实用性,对园区综合能源规划建设具有指导意义。     

基于碳势-能源价格双响应的综合能源系统低碳经济调度

利用电-气-热多元负荷节点碳势引导需求响应是实现综合能源系统(IES)低碳运行的有效手段。IES中多能流耦合关系复杂、动态特性交织,碳排放特性难以准确表达。文中针对IES中低碳运行潜力挖掘不足的问题进行了研究,提出了一种基于节点碳势-能源价格双响应的经济调度方法,用于IES源-荷协同,实现低碳运行。一方面,通过剖析气、热动态特性对碳排放流的影响机理,引入动态特性等价替换思想,得出计及动态特性的碳排放流模型,进而得到负荷节点的碳势,实现碳排放责任的分摊;另一方面,从碳视角出发,考虑多元负荷的碳排放责任,设计了基于多元负荷节点碳势-能源价格双响应的IES源-荷低碳互动机制,充分挖掘IES中多元负荷的低碳潜力。通过对IES中碳排放产生、传输、消费全过程的追踪与计量,制定兼顾经济性与低碳性的调控策略。以电网14节点-热网6节点-天然气网6节点(E14-H6-G6)和E57-H12-G12测试系统为例,验证了所提模型和方法的有效性。     

考虑综合需求响应的综合能源系统多能协同优化调度

在能源互联网迅速发展的背景下,综合能源系统多能耦合互补特性为需求侧参与系统调度提供了更大的优化空间,如何建立切实有效的多能源、多类型需求响应模型对提升系统运行性能具有重要意义。为此,建立了考虑激励型、替代型和基于实时定价机制的价格型多能源、多类型需求响应精细化模型,在此基础上,以电、气、热、冷多能耦合园区系统为研究对象,考虑系统运行、需求响应、用户用能满意度等约束条件,提出了考虑综合需求响应的综合能源系统多能协同优化调度策略。算例分析结果表明所提优化策略能够充分挖掘需求侧资源的调节潜力,在促进能源供需平衡的同时实现了系统多能协同互补与经济运行。     

基于目标级联法的园区综合能源系统多主体日前经济优化调度

园区综合能源系统运营商和用户主体之间存在复杂的利益博弈关系,因此研究如何在提高系统整体经济效益的同时平衡各方主体利益具有必要性。为此,提出一种考虑多主体利益的园区综合能源系统日前经济优化调度策略。首先,考虑利用园区综合能源系统多能协同互补优势参与需求响应市场交易,建立两级递阶经济优化调度模型：上层是以运行利润最大为目标的运营商优化调度模型,下层是以用能成本最小为目标的用户优化响应模型。其次,采用基于目标级联法的分布式优化算法实现上下层模型的解耦和独立并行求解。最后,通过算例分析验证了所提策略通过综合需求响应可实现园区供、用能侧可调资源的协同优化,并通过分布式求解使各主体经济效益均达到最优。     

综合能源系统分层分布式协调控制方法

针对综合能源系统多能流相互耦合、协同互补、多利益主体的特点,提出一种分层分布式的协调控制方法。当系统正常运行时,上层园区与下层用户控制系统均以运行费用最小为目标对自身资源进行优化控制;当园区负荷峰值越限时,上层控制系统以总的削峰成本最小为目标,通过协调园区内直调资源与用户需求响应资源进行综合削峰,实现与电网的友好互动。实际工业园区案例的计算结果验证了所提方法的有效性和正确性。     

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。     

计及碳抵消-碳交易下天然气管网压力能发电的IES低碳经济优化调度北大核心CSCD

为控制能源消耗产生的碳排放,响应实现碳达峰、碳中和目标,提出计及碳抵消的阶梯式碳交易机制。考虑天然气管网压力能发电所具有的经济效益和环境效益,根据电、热、气多种能源互补特性及能源梯级利用原则,构建电-热-气联供的综合能源系统低碳经济优化调度模型,并进行算例分析。首先,建立包含碳抵消的碳交易机制,将环境成本纳入系统经济优化目标中。根据[火用]分析法建立天然气管网压力能发电模型,结合系统中其他机组出力模型及能量传输网络模型,确定相关约束条件。以最优系统运行成本和最低碳排放量为目标,构建综合能源系统整体框架,依据算例进行低碳经济优化调度,实现降低系统运行成本,减少能源消耗碳排放量,并避免电力负荷波动对上游电网产生不利影响。     

多能流系统经济-节能多目标最优运行

多能流系统通过不同种类能源的多能互补和梯级利用,能够有效降低供能成本,提高能源利用率。然而,由于多能流系统中存在的能源种类不同,在其运行过程中不仅要考虑"量"的节约,还应注重"质"的差异。为此,本文首先利用热力学分析法,对多能流系统内不同类型能源进行质量评估,建立系统最小化?输入的节能指标;其次,考虑系统运行成本和设备模型,建立多能流系统的经济-节能多目标最优运行模型;最后,利用ε约束法获得该多目标优化问题的Pareto前沿,并采用模糊决策确定系统的最佳运行策略。仿真结果验证了本文所提的模型和方法的有效性,能够实现多能流系统的经济、节能协调运行。