不同商业模式下燃煤电厂CCUS投资决策研究

准确测算碳捕集、利用与封存（CCUS）的投资价值和投资时机是燃煤电厂CCUS投资决策的关键。针对以往研究仅仅关注一体化模式下CCUS投资决策这一不足,基于实物期权理论,考虑碳价格不确定性及CCUS投资成本递减情况下CCUS投资的期权价值,从燃煤电厂视角建立了一体化模式和合资模式下CCUS的投资决策模型,并通过模型求解得到不同模式下燃煤电厂CCUS投资的期权价值和投资时机。基于此模型,进一步通过算例分析了额外电力配额、电价补贴、投资补贴等不同政策激励及碳价波动对CCUS投资决策的影响,并在此基础上提出了相关政策建议。     

国家能源集团燃煤电厂CCUS改造的成本竞争力分析

利用二氧化碳捕集封存与利用技术(CO2capture utilizationandstorage,CCUS)对燃煤电厂进行改造是煤电低碳化和绿色化的重要机遇。研究采用企业层面的CCUS系统评估方法对国家能源集团(原神华)下属燃煤电厂开展了分析。评估方法包括电厂改造、场地适宜性评价、源汇匹配等。分析结果表明:原神华燃煤电厂72 720 MW机组中超过60%的机组具有实施CCUS改造的基础条件;在捕集率为50%(450g/(k W?h)气电标准)、250 km距离匹配、全流程CCUS项目平准化净减排成本低于50 USD/t CO2的条件下,每年可减排CO2约0.51亿吨,煤电总的减排电价约为?10.74～92.03USD/(MW?h)。尽管CO2排放强度略有不同,但部分改造电厂相对于现有燃气发电与风能发电具有一定优势;若考虑技术进步、系统优化和激励政策等变化,CCUS改造的成本将大幅度下降,煤电综合减排电价将更具成本竞争力。     

燃煤电厂实施CCUS改造适宜性评估：以原神华集团电厂为例

燃煤电厂结合碳捕集、封存与利用技术(carbon capture,utilization and storage,CCUS)被视为未来实现全球2℃温升目标实施深度碳减排的必要技术路线。中国电源结构以煤电为主,评估现有燃煤电厂实施CCUS改造的技术可行性具有重要意义。研究开发了适用于企业层面的燃煤电厂开展CCUS技术改造的评估方法,提出主要评估依据及核心参数,并以原神华集团有限责任公司燃煤电厂实际运行情况为样本,开展了燃煤电厂进行全流程CCUS改造的适宜性评估。研究显示:原神华集团燃煤机组中约55.89 GW机组(约占总装机容量的77%)具备增加碳捕集装置的基础条件,其中约44.14 GW机组(约占具备捕集条件总装机容量的79%)具备CO2运输、利用与封存改造(仅考虑CO2-EOR和CO2-EWR技术)的基本条件。总体来看,约60%总装机容量的机组具备实施全流程CCUS的初步可行性。本研究将为制定国家CCUS技术发展路线图以及企业制定中长期CCUS发展规划提供参考。     

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。     

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。     

我国天然气冷热电联供系统效益分析与市场研究

介绍了天然气冷热电联供系统(CCHP)的应用背景及工作原理,考虑发电内部成本、外部成本后,分别比较了天然气发电与燃煤发电、可再生能源发电的综合效益,以及天然气CCHP相对纯天然气发电的优势,得出了天然气CCHP是继高污染燃煤发电之后、规模化成熟应用可再生能源发电之前必然广泛采用的过渡性发电方式的结论.并在深入研究市场各...     

燃煤电厂烟气CO2捕集-甲烷化利用工艺流程模拟研究

燃煤电厂烟气中大量的CO2直接排空对环境负面影响严重,而捕集这部分CO2并利用可再生能源制氢将其转化为CH4等能源产品,可以同时实现环境保护和能源转换与储存。本文对CO2捕集-甲烷化利用工艺流程进行了详细的模拟分析,并核算了这一耦合工艺的能耗、碳排放以及经济性。模拟结果表明:捕集工段中CO2捕集率可达79%,获得摩尔分数98%的CO2;甲烷化工段中最终得到CH4摩尔分数为91%~94%的产品气。此过程若采用可再生能源制氢工艺提供H2,则可显著降低总能耗,实现CO2净减排。在未来可再生能源制氢成本大幅下降或能够获得大量廉价氢气的情况下,此耦合工艺可获得一定的经济收益,有望成为未来燃煤电厂烟气CO2大规模工业利用的重要技术路径之一。     

中国燃煤高效清洁发电技术现状与展望

为应对气候变化的挑战,保障中国能源安全,亟需构建新型电力系统,而煤炭也逐渐从主体能源向基础能源和调峰能源转变。本文阐述了中国燃煤发电技术现状,梳理了洁净煤发电技术中超超临界发电、循环流化床燃烧、碳汇及碳捕集、利用与封存(CCUS)的技术优势;分析了适应"双碳"目标的燃煤电厂灵活性技术和基于煤电机组的多种生物质燃料掺烧技术;探讨了基于煤电机组的耦合超临界CO₂布雷顿循环或太阳能热发电技术的可行性;展望了燃煤高效清洁发电的3个发展阶段。分析表明:燃煤发电灵活性调峰改造和CO₂处理技术是未来清洁低碳燃煤发电的重要发展方向,燃煤机组与新能源耦合发电系统可同时实现能源梯级利用、降低发电煤耗和CO₂排放,促进新能源消纳,助力燃煤发电产业升级。     

虚拟电厂下计及分布式风电与储能系统的电力系统优化调度

清洁的可再生能源在电力系统中的渗透率不断提升。随着智能电网技术的发展,越来越多的分布式可再生能源接入电力系统运行。风电是最具商业潜力及发展前景的可再生能源之一。该文提出将分布式风电机组与储能设备构成虚拟电厂(virtual power plant,VPP)参与电力系统运行,并建立了计及虚拟电厂的电力系统优化调度模型。模型中同时考虑了功率及备用容量的优化调度,并利用条件风险价值(conditional value at risk,CVaR)对系统运行成本进行风险管理。无须对电网的结构进行改变,虚拟电厂更适用于地理聚集程度较低的可再生分布式能源的调度和管理。同时,相较于常规的风电-储能联合运行模式,基于虚拟电厂的分布式可再生能源调度在降低系统风险的同时也提高了系统运行的经济性。     

可再生能源与电网的和谐发展策略

针对吉林省长春市的电网建设以及可再生能源发展现状,提出可再生能源与当地电网和谐发展的有效策略. 通过分析太阳能、风能等可再生能源利用与发展进程中存在的问题,确定可再生能源对电网电压特性、稳态频率、调 度计划、电厂经济、生态环境的影响因素.结论是在确保电网安全稳定运行的情况下,从机制创新、结构优化、明确电价、政策调节等方面来促进二者的和谐发展.     

对中国新能源消纳问题的分析与建议

近年来,中国新能源消纳矛盾日益突出,2015年弃风弃光电量创历史新高,主要集中在“三北”地区。基于大量调研数据,在分析“三北”地区新能源运行消纳情况的基础上,深入分析新能源消纳困局原因,提出了促进新能源消纳、缓解当前弃风弃光问题的建议。分析表明：加强电网建设是解决新能源消纳的坚实基础,实施热电机组电热解耦是解决新能源消纳的有效手段,完善相关政策是解决新能源消纳的制度保障,市场和计划并重是解决新能源消纳的根本途径。     

基于非时序模型的新能源消纳能力评估方法

随着风电和光伏装机容量的快速增长,弃风和弃光问题日益突出,开展新能源消纳能力研究,建立消纳能力量化评估体系对电网调度的运行和控制工作有着重要的意义。文中提出了一种基于非时序分析模型的新能源消纳能力量化评估方法。该方法基于概率分析理论,首先利用阿基米德Copula函数构建了新能源理论出力的概率分布,通过负荷特性构建了系统新能源消纳空间的概率分布,进而得到了系统新能源弃电功率的概率分布。然后,再通过新能源弃电功率的概率分布计算得到新能源弃电率,评估系统的新能源消纳能力。最后,基于EPRI 36机组系统验证了所提方法的正确性和有效性,并分析了负荷、新能源装机容量、常规机组调峰率以及备用水平对弃电率的影响。     

基于氢储能的可再生能源系统协同规划方法

建立高渗透率可再生能源系统是实现碳中和的必由之路,然而可再生能源出力具有波动性与季节性,为实现可再生能源的长时间尺度规划,以最小年化成本为目标,将制-储-用氢环节纳入可再生能源规划决策,建立了全年时序生产模拟的基于氢储能的可再生能源系统模型,将系统成本问题与运行模拟问题统一到规划层面。为验证基于氢储能的可再生能源系统的优越性,对比基于电池储能的可再生能源系统的年化成本;验证具有不同风光资源地区的适用性,对比具有不同风光资源特性地区规划结果。最后,引入可调度能源价格与电解槽设备输入功率变化量对系统参数的灵敏度分析,并通过算例表明在两地区氢储能系统实现电能的季节性存储,虽然在转化效率上具有劣势,但是在经济性与弃电率上具有明显优势。     

基于风电场功率波动与限风特性的混合储能容量配置方法

我国风电并网规模逐年增大,高渗透率下的风电功率波动威胁电网的运行安全,同时电网调节能力不足导致"弃风限电"问题升级。在风电场配置混合储能系统可有效平抑功率波动并缓解弃风问题。基于风电场功率波动与限风数据的统计特性,分别确定功率型储能系统所需平抑的波动分量和能量型储能系统多场景工作划分原则。提出一种综合考虑风电功率波动平抑效果、减少弃风的经济效益与储能工程总投入成本的混合储能系统优化配置方法。最后通过算例分析表明,此方法可确保风电场最大功率波动10 min不超装机容量15%的前提下有效减少弃风,且收获较好的经济效益,从而验证其有效性与经济性。     

跨区特高压直流外送优化提升新能源消纳能力研究

随着跨区特高压通道陆续建成投产,“三北”地区外送能力逐年增加,但新能源弃风、弃光问题并未根本解决。结合电网生产运行实际情况,对多区域间特高压直流外送功率协调优化促进新能源消纳开展研究。首先,分析了典型地区新能源弃电功率的分布特点,研究了不同区域间新能源发电功率的互补性;然后,建立了考虑跨区直流功率优化的新能源消纳能力计算分析模型;最后,针对多地区测算了跨区特高压直流互补促进新能源消纳的效果。算例分析结果表明,所提出的特高压直流优化运行方法提高了全网的新能源消纳能力,可实现多地区新能源消纳空间的充分利用。     

基于主从博弈的风光蓄网短期优化调度

考虑到电网与清洁能源发电厂之间利益冲突明显,本文建立了基于主从博弈的网源短期优化调度模型。风-光-蓄联盟依据上网电价,以自身利益最大化优化出力策略,电网在考虑联盟策略的同时,以总成本最小化动态调整上网电价,最终达到网源利益均衡。提出基于自适应负荷变化的出力生成方法和动态惯性记忆策略的布谷鸟算法进行求解。利用湖北省网进行仿真,验证了方法有效性。结果表明,模型可适应不同典型日电力调度,弃风、弃光率分别降低15% ~ 37.2%和17.4% ~ 27.9%,促进了清洁能源消纳;剩余负荷均方差减少0.64% ~ 2.75%,改善了电网运行稳定性;均衡度均值增加2.37% ~ 5.36%,显著提高了利益分配均衡度和稳健性。     

减碳中多阶段的煤电机组退役与新能源、储能规划协同

规划现役煤电机组的有序退役是电力系统低碳化转型中的关键问题:煤电机组退役会造成发电量缺额和系统灵活性不足的问题,尤其是在新能源占比逐渐增大的条件下,而储能是平衡电力供需、提升供电灵活性的有效技术途径.故应将电力系统规划与未来较长时间内煤电机组逐步退役一同考虑.为此,采用多阶段模型,在电力系统减碳背景下将煤电机组退役协同于新能源和储能规划.基于IEEE 39节点系统验证所提模型的有效性,从机组退役和电力系统减碳2个角度分析规划结果,结果表明通过合理规划新能源和储能能够辅助煤电机组退役的进程,从而实现电力系统低碳化转型.     

中国新能源发展成本分析和政策建议

新能源可持续发展需要依托自身技术进步和成本下降,降低补贴依赖,国家也提出了到2020年风电在发电侧平价上网,光伏发电在用户侧平价上网的目标。基于中国新能源发电成本历史变动情况分析和未来成本趋势研判,预测了2020年和2030年中国新能源发电成本,分析了未来平价上网情况,结果显示,2020年基本实现“三北”地区风电在发电侧平价上网和东中部光伏发电在用户侧平价上网,2030年光伏发电平均度电成本有望低于风电。针对目前需要解决的几个关键问题,提出了促进中国新能源可持续发展的政策建议。     

基于源-荷匹配的区域电网风/光/储容量配比优化方法

合理优化风/光/储容量配比是实现大规模区域电网新能源高效利用的基础.提出一种基于源-荷匹配的区域电网风/光/储容量配比优化方法.首先,考虑了新能源与储能的运行特性、装机容量、新能源弃电率、新能源发电量占比等约束条件,建立以全网新能源发电量最大为目标的多区域风/光装机容量优化模型,并通过引入系统负荷匹配偏差约束来保证系统...     

电力系统弃风指标和弃风序列建模研究

随着弃风电量的快速增加,弃风问题已经引起社会的广泛关注。提出了电力系统弃风序列评价指标：弃风时段分布,弃风持续时间以及弃风持续电量。提出了一种基于时序生产模拟的弃风序列建模方法,该方法通过建立新能源消纳最大的时序生产模型,计算得到弃风序列。通过实际弃风序列和仿真弃风序列特性的对比,验证了基于时序生产模拟的弃风序列建模方法的有效性;同时模拟结果显示,高比例风电接入背景下,长弃风持续时间下的弃风电量占比大幅提高,弃风问题更加突出。