碳捕集燃气热电机组碳循环及其虚拟电厂优化运行

针对新型含碳捕集热电联产燃气机组的碳利用和经济运行问题,构建其与风电、电转气（power-to-gas,P2G）聚合的虚拟电厂。将所排放的CO₂捕集并输送至P2G,作为电转气的碳原料,产气为燃气机组提供燃料补充,从而在虚拟电厂中实现碳循环利用。以虚拟电厂收益最大为目标,以CO₂捕集率、热电比、热电厂电出力以及电转气功率为决策变量,建立虚拟电厂优化运行模型。仿真结果表明,这种聚合模式的虚拟电厂,可获得更高的经济效益、更好的风电消纳效果、更低的碳排放。这种虚拟电厂及其碳循环利用方式,是一种有效的减少弃风、降低排放、增强碳利用的能源运转途径,具有显著经济及社会效益。     

碳捕集燃气热电机组碳循环及其虚拟电厂优化运行

针对新型含碳捕集热电联产燃气机组的碳利用和经济运行问题,构建其与风电、电转气（power-to-gas,P2G）聚合的虚拟电厂。将所排放的CO₂捕集并输送至P2G,作为电转气的碳原料,产气为燃气机组提供燃料补充,从而在虚拟电厂中实现碳循环利用。以虚拟电厂收益最大为目标,以CO₂捕集率、热电比、热电厂电出力以及电转气功率为决策变量,建立虚拟电厂优化运行模型。仿真结果表明,这种聚合模式的虚拟电厂,可获得更高的经济效益、更好的风电消纳效果、更低的碳排放。这种虚拟电厂及其碳循环利用方式,是一种有效的减少弃风、降低排放、增强碳利用的能源运转途径,具有显著经济及社会效益。     

可再生能源驱动的直接空气碳捕集利用系统配置优化研究

直接空气碳捕集是实现碳中和目标过程中不可或缺的负碳排放技术，但其具有吸附剂再生能耗大、投资成本高的缺点。利用可再生能源驱动直接空气碳捕集系统，并对捕捉的CO₂进行合理利用，将成为直接空气碳捕集技术应用的重要形式。为此，针对整体系统设备种类多、特性差异大、电-热-碳多能紧密耦合以及可再生出力间歇波动的特点，提出耦合直接空气碳捕集技术的综合能源系统配置-运行联合优化方法，从而实现系统负碳、经济与稳定运行的目标。基于上海冬季、过渡季以及夏季三种季节典型日下的气象条件以及用户电、热负荷需求进行仿真，验证所提系统及配置优化策略的有效性。     

考虑碳捕集电厂综合灵活运行下的含P2G和光热电站虚拟电厂优化调度

为了实现电力系统能源低碳化,大力发展碳捕集与封存技术和风光等新能源是低碳化的重要举措。但碳捕集电厂的最小出力技术约束和风电的反调峰特性限制了风电消纳和碳减排,利用碳捕集灵活运行方式下储液罐进行“能量时移”和“碳转移”,间接消纳风电和减少碳排放。利用碳捕集设备捕集的CO₂作为电转气原料,降低碳封存成本和电转气成本,进一步消纳弃风电量并获得售气收益。由于负荷具有早晚高峰特性,因此利用含储热式光热电站的良好调峰性能将白天的部分热量转移至晚高峰发电,缓解系统调峰压力。为此,文章构建了碳捕集电厂综合灵活运行下含电转气和光热电站虚拟电厂优化调度模型。并运用Matlab软件中YALMIP工具包中的商用求解器Cplex对模型进行优化计算。仿真结果表明,所提模型能进一步减少弃风、减少碳排放和缓解调峰压力。     

基于改进模糊均衡策略的碳循环虚拟电厂多目标鲁棒随机调度优化模型

燃气碳捕集(gas-power plant carbon capture, GPPCC)设备能捕集CO₂,电转气(power-to-gas, P2G)设备可将CO₂转化为甲烷,提出将GPPCC、储碳设备(carbon storage device, CS)和P2G与虚拟电厂(virtual power plant, VPP)进行连接,即C2P-VPP。首先,搭建C2P-VPP结构并构建数学模型;然后,选择最小化调度成本、最小化碳排放量、最小化出力波动作为优化目标,并利用鲁棒随机优化理论刻画风力发电厂(wind power plants, WPP)和光伏(photovoltaic, PV)发电的不确定性,建立C2P-VPP多目标随机最优调度模型。最后,选择CIGRE中压配电系统进行算例分析,结果表明所提最优决策模型能发挥C2P的电-碳-电循环优化效应,为决策者制定兼顾C2P-VPP调度方案提供有效的决策工具。     

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。     

电转气消纳新能源与碳捕集电厂碳利用的协调优化

电转气技术作为一种新型能源转换和储存方式为可再生能源消纳提供了新的途径,电转气技术生成甲烷所需的CO_2可高效经济地取自碳捕集机组的捕集碳量。提出将电转气-碳捕集电厂作为整体系统,建立电转气-碳捕集电厂协调优化模型,以碳成本、燃料成本、弃风成本、电转气成本为目标,以碳捕集率、碳捕集电厂有功出力、电转气功率为决策变量。仿真结果表明,电转气-碳捕集电厂提高了风电消纳能力,减少了碳排放,提升了碳利用水平,降低了电转气运行成本。     

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。     

考虑碳捕集与甲烷化的综合能源微网分布式优化调度

为了促进综合能源微网的低碳性与经济性,并降低信息安全风险,提出考虑碳捕集与甲烷化的综合能源微网分布式优化调度模型。通过在传统火电厂上加装碳捕集设备,将捕集的CO₂用于甲烷化,可以减少系统碳排放,将多余的配额进行出售,在降低系统碳排放的同时也带来了经济效益。并且考虑了分布式优化调度,以解决多综合能源微网联合优化调度带来的信息安全问题。仿真结果表明所提模型可以有效减少系统碳排放并兼顾经济性,同时能降低信息安全风险。     

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.     

碳排放及燃煤约束下的电源规划及其效益评价

优化电源规划是应对电力系统"碳锁定"效应,促进电力系统减少碳排放的重要举措。考虑到国内以煤炭为主的能源结构,有必要分析碳排放及燃煤约束对电源规划的影响。在分析碳捕集电厂运行特性的基础上,建立了考虑碳排放及燃煤约束的低碳电源规划模型,并在模型中采用典型日的运行校验系统是否具备足够的调峰能力。基于国内典型地区电力系统,对不同碳排放总量约束、不同可再生能源发展场景及不同煤炭资源供应约束下的常规火电及碳捕集电厂的扩展规划进行了优化分析,分析结论表明碳捕集电厂可以充分适应电力系统的碳减排目标,满足新能源大规模发展的调峰需求。     

基于P2G与富氧燃烧联合运行的多能源低碳调度

电转气(power to gas,P2G)技术实现了电能与天然气的相互耦合,在提升多能源系统经济性和降低系统的碳排放方面发挥着重要作用。文中针对P2G过程中电解水产生的氧气未能被充分利用的问题,提出了基于P2G与富氧燃烧联合运行的多能源系统优化调度模型。首先,将P2G过程分为电转氢过程和甲烷化过程,电转氢过程产生的氧气输送给富氧燃烧电厂使用;再将富氧燃烧电厂捕集的CO₂与电转氢过程生成的氢气作为甲烷化反应的原料,生成的天然气供给燃气机组使用,从而实现资源的充分利用。其次,将P2G与富氧燃烧电厂联合运行模型引入多能源系统,构建了基于P2G与富氧燃烧电厂联合运行的低碳多能源系统架构。最后,建立以多能源系统运行成本最小为目标的低碳经济调度模型,并通过设置场景对比的方式进行验证。仿真结果表明,所提模型有效降低了系统成本及碳排放量。     

计及电转气规划的综合能源系统运行多指标评价

电转气设备的应用可实现能源转换,大力消纳可再生能源。电转气设备与燃气轮机的结合,可使能量在电网和天然气系统中双向流动。提出一种配置电转气设备的电-气联合系统优化模型,分析电转气设备的应用对负荷供能率及可再生能源过剩率的影响。介绍了电转气设备的应用场景及联合系统配置模型;设置了相应指标对联合系统进行建模,并以电转气设备、蓄电池和燃气轮机的建设及运维成本最小为目标函数。算例结果表明,电转气技术提升了负荷供能率,降低了弃风水平。     

考虑P2G的多能源系统优化运行研究*

电转气技术(P2G)的出现给多能源系统中风电消纳问题带来了新的解决方案,而目前P2G设备的运行成本的高昂又与实现充分的弃风消纳存在矛盾。基于此,文中在考虑P2G设备运行成本的基础上,提出了一种计及分段弃风成本的多能源优化运行模型。首先,本文基于能源中心的概念,分析了包含P2G设备等多种能源转换装置在内的多能源系统模型。以能源系统供能成本最小为目标函数,并在目标函数中考虑了计及分段弃风惩罚因子的风电弃风成本,采用变惯性权重w的粒子群算法进行求解,对24h时间段内多场景下系统风电消纳情况、系统供能成本变化进行分析。结果表明,多能源系统中利用P2G设备可以提高风电利用效率,减少系统供能成本,综合效益显著。     

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。     

考虑天然气混氢的园区综合能源系统电制氢优化配置

电制氢和天然气混氢技术在促进可再生能源消纳、降低系统碳排放量方面具有良好的理论研究和工程应用前景。面向含高比例可再生能源的园区综合能源系统,提出一种计及天然气混氢及跨季节存储的电制氢优化配置方法。首先梳理了含氢园区综合能源系统的运行框架和能量流动关系,建立园区内部能源生产、转换与存储设备的数学模型,其次以设备的年化投资成本、园区综合能源系统的年度运行成本和碳交易成本最优为目标,提出电制氢优化配置模型。最后通过算例分析表明电制氢及天然气混氢技术的引入可提升可再生能源的消纳能力,降低系统的整体经济成本和碳排放量,并分析了电解槽投资成本、混氢体积分数上限以及经济性和低碳性成本权重系数变化对规划运行结果的影响。关键词：园区综合能源系统;电制氢;天然气混氢;碳交易;跨季节储氢;优化配置 中图分类号：TM732