基于CGE模型的可再生能源绿证交易机制模拟及其经济影响

绿证交易机制是中国推动能源结构和电力结构转型升级的重要经济手段。该研究构建了具有电力部门细分特征的中国“能源-环境-经济”递推动态CGE模型,模拟了在可再生能源电力消纳保障机制框架下实行强制性绿证交易的经济影响。研究发现:强制性绿证交易能够替代电价补贴政策促进新能源电力行业的发展,但所能实现的碳减排效果有限,2030年相比基准情景最高仅可削减3.804%的全国碳排放总量。可再生能源电力消纳保障机制的约束目标将对绿证交易机制的运行效果产生直接影响,有针对性地提高风电消纳目标,可以有效促进风电行业发展,但存在扭曲绿证交易市场、降低资源配置效率的风险。提高新能源电力的消纳责任权重需要以牺牲一定的经济发展为代价,但整体来看模拟期内对经济造成的负面冲击幅度较小,各类政策情景下实际GDP下降率不超过0.8%。在保证绿证真实绿色属性的前提下,具有较高灵活性的代理模式绿证交易可以缓解风、光电力消纳目标对用电行业生产成本和GDP造成的压力,更具成本有效性。扩大绿证交易市场行业覆盖范围能够激发绿证交易市场活力,进一步缓解强制性新能源电力消纳目标对经济发展造成的不利影响,但所能实现的碳减排效果也相对较弱。基于上述结论,该研究提出相应政策建议:通过完善奖惩机制强化可再生能源电力消纳保障机制的强制约束效力,保障绿证交易机制的实施效果;在保证绿证真实绿色属性的前提下可以选择更为灵活的绿证交易模式;为风电消纳责任权重设定适当的下限,适当引导资金流向海上风电等新兴可再生电力行业,更有效地利用可再生能源资源。

计及灵活需求响应和碳-绿证交易的综合能源系统优化调度

基于“碳达峰、碳中和”背景,有效结合碳交易和绿证交易机制,挖掘需求侧资源,有助于实现综合能源系统低碳经济发展。为此,提出了计及灵活需求响应和阶梯碳-绿证联合交易的综合能源系统低碳优化调度策略。首先,在源侧引入含有机朗肯循环的余热发电环节,解耦热电联产“以热定电”约束,并在荷侧引入综合需求响应模型,构建了源荷协调的灵活需求响应模型。其次,研究碳交易和绿证交易机制原理,分析两者之间的相关性,构建了阶梯碳-绿证联合交易机制。最后,综合考虑系统经济性和低碳性,以总成本最低为目标,构建了日前低碳经济优化模型。算例仿真表明,考虑阶梯碳-绿证联合交易机制后系统总成本和碳排放量分别下降了13.37%和11.44%,并且相比传统需求响应模型,考虑所提的灵活需求响应模型后系统总成本和碳排放量分别下降了3.87%和2.85%,有效实现了系统经济、灵活和低碳运行。

绿证—碳联合机制下含多类型需求响应和氢能多元利用的综合能源系统优化调度

随着新型电力系统和能源互联的持续推进,构建高效、低碳和经济的能源供应系统对发展双碳战略至关重要。为此,提出一种绿证—碳交易联合机制下考虑多类型需求响应和氢能多元利用的综合能源系统(integrated energy system,IES)优化运行策略。首先,为充分发挥需求侧资源的调节能力,构建含价格型、激励型和替代型的多类型需求响应模型。其次,针对氢能的清洁特性,构建含电制氢、氢制甲烷、氢转热电和天然气混氢的氢能多元利用模型。最后,将绿证交易和碳交易相结合,提出绿证—碳联合交易机制,并构建计及绿证—碳联合交易机制的IES低碳经济运行模型。算例仿真设置不同运行方案对比,验证该文所提模型在提升可再生能源消纳、能源利用效率和降低碳排放量等方面的有效性。

计及绿证-碳交易与氢能的综合能源系统多时间尺度优化调度

为建立一个清洁低碳、安全稳定的能源系统,提出了基于绿证-碳交易机制的氢能利用综合能源系统多时间尺度优化调度策略。首先,为发挥氢能高效清洁的作用,建立电解槽热氢联产模型。其次,为降低系统的碳排放量,分别构建绿色证书交易机制和奖惩阶梯型碳交易机制。最后,为降低源-荷预测误差对系统运行的影响,构建基于模型预测方法的日前-日内-实时多时间尺度的优化调度模型。算例分析表明,所提模型能有效降低碳排放量和系统功率波动,提高系统的稳定性和经济性。

计及氢能多元利用和绿证-碳联合交易的综合能源系统优化运行

为充分利用综合能源系统的多能耦合特性和高比例新能源的特点,提出一种计及氢能精细化多元利用和绿证-碳联合交易的综合能源系统低碳经济优化调度策略。针对氢能的低碳清洁特性,建立含电解制氢、氢转电热、氢制甲烷以及热电掺氢的氢能多元利用模型,并考虑氢能利用过程中产生的余热,在氢能多元利用模型中引入热回收装置,提出氢能精细化多元利用结构;为提升新能源消纳能力以及降低系统碳排放量,分别建立碳交易机制和绿证交易机制,并针对两者之间的关联性提出绿证-碳联合交易机制;兼顾综合能源系统的经济性和环保性,建立以绿证交易成本、购能成本、碳交易成本、运行维护成本和弃风成本之和最低为目标的综合能源系统低碳经济调度模型。算例结果表明,所提模型能够提高新能源消纳能力,显著降低碳排放量,实现了能源的高效利用和综合能源系统的低碳经济运行。

基于阶梯绿证与源荷双重响应的HIES优化调度模型

含氢综合能源系统(HIES)是未来能源体系的重要发展方向。为进一步提升HIES的低碳性及经济性,建立基于阶梯绿证与源荷双重响应的HIES优化调度模型。首先,借鉴阶梯碳交易机制(CTM)的作用机理,引入补偿因子和惩罚因子设计阶梯绿证交易机制;其次,在传统需求响应的基础上建立源荷双重响应模型,实现供需两侧灵活响应;最后,以总成本最小为优化目标建立HIES优化调度模型。案例分析表明,所提模型在提高HIES运行经济性的同时可降低碳排放。

低碳矿区综合能源系统经济运行优化研究

针对煤矿开采过程中碳排放量高以及乏风、瓦斯、矿井涌水等伴生能源得不到及时有效利用的问题,提出一种低碳经济运行的矿区综合能源系统(coal mine integrated energy system, CMIES)。首先,为使矿区伴生能源得到充分利用,搭建了一个包含燃气轮机、乏风氧化发电单元、水源热泵等设备的CMIES模型。其次,为降低矿区碳排放量,在CMIES中加入光伏、风电、电转气与氢燃料电池等设备。同时,引入阶梯式碳交易机制与绿色证书交易机制(green certificate trading, GCT),通过“双机制”模型来约束系统碳排放、激励新能源设备出力。最后,调用CPLEX商业求解器,以购能成本、新能源设备运行成本、碳排放成本最小为目标函数进行求解。结果表明:优化后的CMIES碳排放量显著降低,运行成本大幅减少。

参与多元耦合市场的电-气综合能源系统低碳经济调度

为进一步提升综合能源系统(IES)绿电消纳水平,减少CO_(2)排放量及降低系统运行成本,提出一种计及绿证交易与碳交易交互机制下的IES低碳经济调度模型及其求解方法。首先,对传统阶梯式碳交易机制进行改进,并根据绿色证书碳减排原理,提出一种绿证-碳交易交互机制,即通过冗余绿色证书联动碳交易与绿证交易的耦合市场机制;然后,以系统总成本最小为目标,结合低碳技术,构建绿证-碳交易交互机制下计及碳捕集、利用与封存(CCUS)技术的电-气互联综合能源系统优化调度模型;最后,以IEEE39节点电网、比利时20节点气网构成的电-气互联综合能源系统为例进行仿真研究,结果表明所提方法在提高风电消纳的同时,可显著减少CO_(2)排放。

国内外典型清洁能源消纳政策对比及问题研究

从“源网荷”的视角出发,发现国内现有清洁能源消纳政策存在的问题,并研究清洁能源消纳政策改进策略,以此促进“双碳”目标的实现。从“源侧”、“网侧”、“荷侧”三方面对国内外典型清洁能源消纳政策进行梳理,分析国外相对完善的清洁能源消纳政策优势与现状,并与RPS配额制政策、补贴类政策、绿证交易政策、碳交易政策四方面将国内外现有清洁能源消纳政策进行对比分析。发现国内清洁能源消纳政策现存问题,对中国清洁能源消纳政策的完善提出参考建议。国内清洁能源消纳政策可以从RPS配额制政策、补贴类政策、绿证交易政策、碳交易政策四方面进行改进。配额制政策方面,需要对发电类型、消纳责任权重、责任主体约束三方面进行调整优化;补贴政策方面,需要为光伏扶贫、深远海风电关键技术持续提供补贴保障;绿证交易机制方面,需要对绿证交易的制度规范和市场机制进行完善;碳交易政策方面,需要从覆盖行业、交易品种、管理法则等方面对政策进一步优化。

计及氢能多环节利用和混合需求响应的综合能源系统多时间尺度低碳优化

在“双碳”背景下,充分利用氢能和各类需求侧资源是实现电力系统低碳运行的重要手段。为此,提出了一种计及氢能多环节利用和混合需求响应的综合能源系统多时间尺度低碳优化调度策略。首先,为提升氢能的利用效率,构建了含制氢、用氢、储氢以及燃气混氢的氢能多环节利用模型。其次,为挖掘需求侧资源在不同时间尺度下的响应能力,分析了需求侧资源的响应特性,建立了多时间尺度下的混合需求响应模型。然后,为了提升系统的低碳特性,将绿证交易机制和碳交易机制同时引入进综合能源系统优化模型中,以降低系统碳排放量,并降低系统的源、荷不确定性,构建了含日前、日内、实时阶段的综合能源系统多时间尺度低碳优化模型。最后,仿真结果表明,相比传统调度模型,考虑氢能多环节利用模型后,系统总成本和碳排放量分别降低了6.59%和5.56%,并且混合需求响应模型可分别降低购电、购气功率波动率2.64%和5.56%,验证了混合需求响应对系统功率波动的平抑作用。