考虑阶梯式碳交易与电热需求响应的综合能源系统经济调度

在能源安全新战略背景下,推动可再生能源发展、降低碳排放将是未来发展趋势。为了消纳大规模风电的弃风功率以提升电网的调峰能力,首先考虑阶梯式碳交易机制,采用碳交易市场,利用碳交易价格达到控制碳排放的目的;其次基于分时电价形成用户用电舒适度与用热舒适度,构建电热负荷需求响应模型,在掌握电锅炉、储热装置和热需求可时移特性的基础上,通过风电供给价格弹性系数描述风电出力与电锅炉协议电价之间的变化;最后通过综合满意度指标评估负荷响应能力,构建了考虑需求响应和阶梯式碳交易机制的含蓄热式电锅炉综合能源系统优化调度模型,实现系统经济运行,并采用CPLEX求解器对所构建模型进行求解。结果表明所提方法能够有效促进风电消纳,减少碳排放量且有效降低系统运行成本。

考虑阶梯式碳交易机制的电化学储能与抽水蓄能协同调度优化

为了验证电化学储能与抽水蓄能协同调度下参与电力市场与碳市场的可行性,构建了包含火力发电、风力发电、光伏发电、抽水蓄能以及电化学储能的多能互补系统。考虑平准化度电成本(LCOE)和碳排放成本,以购能成本、LCOE、碳排放成本及弃风弃光成本之和最小为目标函数,调用MATLAB的Cplex求解器,进行调度优化求解。以西北某区域电网夏季典型日的数据为例,引入分时上网电价及阶梯碳交易机制,设置不同储能系统参与、不同碳交易机制等6种场景。结果表明:抽水蓄能与电化学储能协同调度下的电力市场收益和碳市场收益最高,系统碳排放量最低,验证了所提出的储能协同配置方案及调度优化方案的可行性。

考虑柔性负荷和阶梯式碳交易的微电网鲁棒优化调度

针对低碳背景下微电网中可再生能源出力的不确定性以及碳排放问题,提出了一种考虑阶梯式碳交易机制同时柔性负荷参与调控的微电网两阶段鲁棒优化方法。在调度模型中引入阶梯式碳交易机制,限制系统的碳排放量;通过柔性负荷的调控作用弥补由于可再生能源出力波动造成的功率缺额,进一步减小了微电网的碳排放量和调度成本;模型中引入不确定参数调节系统的保守性,日前阶段基于预测数据并考虑系统日内可能遭受的最恶劣场景,制定预测数据下的日前调度方案,日内调控阶段则在日前调度方案的基础上进行二次优化,在最恶劣场景下给出系统的日内调控方案;模型利用嵌套C&CG算法对调度模型进行求解。算例仿真结果证明,鲁棒优化方法相较于确定性优化方法其总调度成本平均减少了3.1%;考虑阶梯式碳交易机制后,系统单日运行的碳排放量和总调度成本相较于未考虑碳交易机制时分别下降了17.7%和3.7%;考虑柔性负荷参与调度后,系统单日运行的碳排放量和总调度成本相较于未考虑柔性负荷时分别下降了26%和24.3%,验证了所提优化模型的有效性。

基于阶梯式碳交易机制与细化电转气和碳循环综合能源系统优化调度

在“碳达峰”与“碳中和”背景下,为提高能源的低碳化利用,提出一种基于阶梯式碳交易机制与细化电转气和碳循环的综合能源系统(integrated energy system,IES)低碳经济运行策略。首先考虑阶梯式碳交易机制,采用碳交易市场,利用区间数与碳交易费用达到控制碳排放的目的;其次在细化电转气的基础上引入电解槽(eLectrolyzer,EL)、甲烷反应器(methane reactor,MR),并增设碳捕集装置(carbon capture system,CCS),实现碳的循环利用。最后构建以购能成本、阶梯式碳排放交易成本、弃风弃光成本、碳捕集成本最小为目标的IES优化调度模型,利用CPLEX建模优化引擎将原问题转化为混合整数线性问题对此模型进行求解,结果验证了所建模型的有效性。

阶梯式碳交易机制下计及电-气-热综合能源系统需求响应优化运行

随着能源耦合的发展及我国碳市场的不断完善,传统电力需求响应已经不能满足双碳背景下多能耦合综合能源系统(IES)的发展现状。为了更深入地挖掘需求侧响应在节能减排中的作用,本文提出一种阶梯式碳交易机制下计及电-气-热IES需求响应的优化运行模型。首先将负荷分为价格类和替代类,分别建立价格替代和热能替代需求响应模型;其次考虑IES参与碳交易市场,结合热电联产机组(CHP)和燃气锅炉(GB)的实际碳排放量,引入阶梯式碳交易机制引导IES控制碳排放;最后以购能成本、阶梯式碳交易成本与运维成本之和最小为目标函数,建立电-气-热IES优化运行模型,并通过四种场景对所建立的模型进行验证。通过对需求侧响应负荷占比及阶梯式碳交易基价和区间长度的分析发现,合理地分配价格型、替代型负荷占比,以及碳交易基价和区间长度,有利于提升系统运行的经济性。

计及阶梯式碳交易机制及负荷响应的综合能源系统优化调度模型

“双碳”目标背景下,为提高清洁能源的利用,减少系统的碳排放,建立一种计及阶梯式碳交易机制、电转气两阶段运行、CHP热电比可调及负荷需求响应协调运行的综合能源系统模型。首先,建立阶梯式碳交易机制函数;其次,构建电解槽、甲烷反应器、氢燃料电池等组件的模型及约束条件;最后,对用户负荷需求响应进行分析,进一步提高系统的经济效益。在此基础上,建立以购能成本、碳排放成本、弃风/弃光成本最低作为综合能源系统的目标函数,并设置多个情景,运用CPLEX求解器求解混合整数线性问题,验证所构建模型的有效性。研究表明:阶梯式碳交易模型可以更好地限制系统的碳排放;通过细化电转气的两阶段运行,可增加氢能的使用场景,有效提高能源利用率,减少能源传递过程损耗。

绿证与改进型阶梯式碳交易互动机制下的CHP系统低碳经济调度研究

为了进一步降低热电联产型源荷系统的碳排放量,同时兼顾经济效益,文章改进了普通阶梯式碳交易的交易模型,提出了一种绿证与改进型阶梯式碳交易互动机制下的CHP型源荷系统低碳经济调度策略。构建热电联供型能源系统模型,确定能源测、转换侧、负荷侧模型,同时构建需求响应机制;在数学模型的基础上构建双层调度模型,上层模型是改进型阶梯式碳交易优化模型,利用差分进化算法来实现阶梯式碳交易参数自适应变化;下层源荷系统调度仿真模型,以系统运行成本为目标函数,耦合了碳交易机制和绿证策略,实现直接、间接同时减排,同时利用Cplex求解器进行最优化求解。最后,建立四种典型场景,对比分析得出所提策略能显著降低碳排放量,同时具有较好的经济效益,能够为源荷系统低碳经济调度提供参考。

融合阶梯式碳交易与需求响应的源荷协同优化

为实现多能互补的区域综合能源系统的低碳经济运行,提出一种融合阶梯式碳交易需求响应的源荷协同优化运行方法。首先,通过引入阶梯式碳交易机制和电转气设备来提高源侧可再生能源的消纳水平并降低碳排放量;其次,在负荷侧引入考虑用户满意度的电气热多能耦合的激励型需求响应,并结合调峰收益实现多元负荷的削峰填谷;基于此,建立考虑碳交易与需求响应的区域电气热综合能源系统优化运行模型;最后,算例结果表明所提调度模型能够优化电气热负荷曲线并降低系统碳排放,实现区域综合能源系统的源荷协同降碳和经济性运行。

考虑阶梯式碳交易机制的负荷侧灵活响应优化模型

碳交易机制有助于实现“双碳”目标。针对负荷侧参与碳市场交易,优化光伏、储能、充电桩等灵活性资源的问题,提出一种包含阶梯式碳交易机制的负荷侧需求响应优化方法。以购电成本、碳交易成本和需求响应补偿成本的最小化目标函数,建立阶梯式碳交易模型;以价格型需求响应为引导,对不同碳交易区间长度进行分析;根据夏季、冬季屋顶光伏出力特性和用户用电习惯的差异分别建模,并利用LINGO软件进行求解。算例结果表明,所提模型能够提升系统经济效益和低碳效益。

考虑阶梯式碳交易机制与氢能的园区综合能源系统多目标优化运行

综合能源系统(Integrated Energy System,IES)由于具有能源利用效率高、绿色能源接入灵活、系统环保效益高等优势而被广泛应用于能源用户终端。随着我国“双碳”战略的不断推进,碳交易价格对能源用户用能成本的影响逐渐增加,碳交易机制对IES用户成本的影响研究成为近年来的研究热点。本文以碳交易机制影响下的IES为研究对象,将碳交易市场引入由多种绿色能源构成的IES系统模型中,分析了阶梯式碳交易机制对IES系统经济成本的影响;在此基础上,以经济性和环保性为目标,构建了含阶梯式碳交易机制和氢能的园区IES多目标优化模型,并采用CPLEX商业求解器对该优化模型进行求解,通过实际算例对本文提出的多目标优化模型的经济性、环保性进行了验证分析。

计及阶梯式碳交易的风光氢储微电网低碳经济配置方法

在双碳大背景下,为提高微电网的自供电能力、稳定性和低碳经济性,提出一种计及阶梯式碳交易的风光氢储微电网低碳经济配置方法。首先引入电–氢混合储能系统,构建风光氢储交直流微电网的拓扑结构;通过在配置模型中引入阶梯式碳交易机制,建立以等年值综合成本最小为优化目标的低碳经济配置模型;结合交直流微电网的运行控制策略及基于粒子群优化算法(particle swarm optimization,PSO)的优化配置算法,求解微电网配置方案。结果表明,相较于传统方案,计及阶梯式碳交易和分时电价的优化配置方案年碳排放量减少了46.07%,自平衡率提高了1.86%,证明所提出的优化配置方案可提高微电网的自供电能力,增加系统的经济效益。

考虑电-气-热需求响应和阶梯式碳交易的综合能源系统低碳经济调度

为提高综合能源系统的能源利用率,进一步限制碳排放,使其实现低碳经济运行,提出一种基于需求侧响应和阶梯式碳交易机制的综合能源系统优化调度模型。首先,在需求侧考虑多元负荷灵活的响应能力构建含有电-气-热负荷的需求响应模型。其次,运用生命周期评估方法分析综合能源系统中不同能源链的碳轨迹,精确计算系统的总碳排量。最后,在综合能源系统中引入基于生命周期评估的阶梯式碳交易机制,构建以购能成本、碳交易成本、弃风成本最小为目标的优化调度模型,并调用CPLEX工具箱对4种典型场景下的总成本进行优化计算。结果表明,在阶梯式碳交易机制下,优化目标中考虑碳交易成本,引入需求响应使总成本减少了2.58%,碳排量下降了15.71%,在提高系统运行经济性的同时大幅度降低了碳排放量。

阶梯式碳交易的城市多能系统能量互补优化调度策略

引入城市能源服务中心(urban energy service center,UESC)作为供能和价格引导枢纽,构建了含典型功能的城市多能微网系统集群结构及其阶梯式碳交易机制模型。提出了一种城市多能系统双层优化调度策略,其上层为最小化UESC的运营成本,下层考虑城市多功能区域集群间的能量互济,采用交替方向乘子法求解综合能源系统(integrated energy system,IES)集群的分布式调度,协调各IES之间的功率交互。最后,利用IEEE-33节点电网和32节点热网耦合系统,并通过4类典型场景验证所提模型与算法的有效性,优化城市多能系统间能量的互济互补,减少系统总运行成本,降低系统碳排放,提高系统运行的经济性、灵活性和韧性。

阶梯式碳交易下考虑源荷不确定性的储能优化配置

双碳愿景下,维持高比例新能源电力系统的稳定性和灵活性,配置储能是关键。建立了考虑阶梯式碳交易和分时电价的储能鲁棒模型。在模型中考虑了源荷双侧的不确定性影响,利用时间平滑约束和空间集群约束来缩小源荷不确定性集边界,降低模型的保守性。通过拉格朗日推理把不确定性约束转换为确定性约束,并用改进的麻雀算法对模型进行求解。算例表明,时空耦合效应下系统经济性将得到显著提升,决策者可通过选择不确定性的置信概率来平衡系统经济性与鲁棒性。针对不同灵活性改造阶段提出了不同的储能规划方案,指出区域内火电存量低于43%时,系统开始具有碳收益。

考虑阶梯式碳交易机制的园区工业用户综合需求响应策略

智慧园区工业用户用能量较大,自动化水平高,且能源耦合紧密,在参与碳排放削减和需求响应中扮演了重要角色。从工业用户的角度出发,针对用户上级购电来源不同,将满足上级削峰指令设置为内部优化目标,将用户的日运行成本最低设置为外部优化目标,在此基础上建立了考虑阶梯式碳交易机制下用户参与综合需求响应的混合整数非线性优化模型,通过将其转换为混合整数线性规划问题并对其求解,最终得到用户在传统经济调度和参与综合需求响应两种模式下的运行策略。算例分析表明,所提出的策略可进一步提高园区用户的低碳性和经济性,并为用户在不同模式下参与需求响应提供了不同的响应策略。在阶梯式碳交易机制下,用户的需求响应方式转变为热需求响应优先,使得用户在完成削峰目标的同时降低碳减排放和运行总成本。

阶梯式碳交易机制下综合能源系统多时间尺度优化调度

“双碳”背景下,阶梯式碳交易机制有助于综合能源系统实现低碳经济调度。针对阶梯式碳交易机制下系统在多时间尺度调度中的不同优化周期中难以准确把握碳交易成本的问题,提出一种阶梯式碳交易机制下综合能源系统的多时间尺度优化调度方法。首先,在日前调度中,参照当前阶梯式碳交易机制,以系统运行总成本最小为目标进行优化调度;日内调度以日前调度的碳排放结果为基础建立小周期的碳交易成本函数并求解;实时调度以日内调度的结果建立新的碳交易阶梯成本并根据实际碳排放对碳交易成本函数进行实时修正。算例分析表明,考虑多时间尺度阶梯式碳交易的优化调度方法更贴合当前的阶梯式碳交易机制,降低了运行成本,验证了所提优化调度策略的可行性及有效性。

考虑阶梯式碳交易与供需灵活双响应的综合能源系统优化调度

为进一步约束综合能源系统(integrated energy system,IES)的碳排放,优化IES的运行总成本,提出了一种兼顾低碳性与经济性的优化调度模型。首先考虑气负荷的实际碳排放,完善实际的碳排放模型,并引入阶梯式碳交易机制进一步约束了IES的碳排放;接着提出了供需灵活双响应机制,供应侧引入有机朗肯循环实现热电联产机组热、电输出的灵活响应,需求侧在考虑电、热、气负荷均具备时间维度上需求响应的同时,提出了3种负荷之间具备可替代性;最后构建了以碳排放成本、购能成本、弃风成本、需求响应成本最小为目标的优化调度模型,并将原问题转化为混合整数线性问题,运用CPLEX进行求解。通过设置多个情景进行仿真分析,结果显示,在阶梯式碳交易机制下,优化目标考虑碳交易成本时,运行总成本与碳排放量比优化目标不考虑碳交易成本时分别减少了5.18%、13.96%;并且考虑供需灵活双响应机制时,运行总成本与碳排放量比不考虑供需灵活双响应机制时分别减少了16.93%、27.35%。仿真结果验证了所提模型的有效性。

考虑阶梯式碳交易机制与电制氢的综合能源系统热电优化

“双碳”背景下,为提高能源利用率,优化设备的运行灵活性,进一步降低综合能源系统(IES)的碳排放水平,提出一种IES低碳经济运行策略。首先考虑IES参与到碳交易市场,引入阶梯式碳交易机制引导IES控制碳排放;接着细化电转气(P2G)的两阶段运行过程,引入电解槽、甲烷反应器、氢燃料电池(HFC)替换传统的P2G,研究氢能的多方面效益;最后提出热电比可调的热电联产、HFC运行策略,进一步提高IES的低碳性与经济性。基于此,构建以购能成本、碳排放成本、弃风成本最小的低碳经济运行目标,将原问题转化为混合整数线性问题,运用CPLEX商业求解器进行求解,通过设置多个运行情景,对比验证了所提策略的有效性。

计及阶梯式碳交易的综合能源系统优化调度

随着电力市场和碳市场的发展,将需求响应和碳交易机制引入综合能源系统运行调度中,有助于引导用户和系统运营商优化用电和调度计划。通过分时电价和需求响应激励补贴等综合型激励措施引导用户参与需求响应,并基于IGDT(information gap decision theory)理论构建了考虑阶梯式碳交易机制以及需求响应的综合能源系统双层随机优化调度模型,并通过KKT条件和大M法将双层模型转化为单层模型进行求解。结果表明,引入需求响应和阶梯式碳交易机制之后能够实现综合能源系统的低碳环保运行。

基于绿证-阶梯式碳交易交互的源荷互补调度优化

针对多能耦合的区域综合能源系统的低碳经济运行问题,提出基于绿证-阶梯式碳交易交互的源荷互补优化调度模型。首先,通过引入绿证-阶梯式碳交易交互机制来提高源侧可再生能源的消纳水平和降低系统碳排放量;其次,在负荷侧引入考虑用户满意度的激励型需求响应和调峰收益来实现热电负荷的“削峰填谷”;最后,以日运行成本最小化为目标,采用Cplex求解器对模型进行求解。算例结果表明:绿证-阶梯式碳交易交互机制有助于充分发挥激励型需求响应的优化能力,提高源侧可再生能源的消纳能力,实现源荷侧协同降碳,降低系统运行成本,有效提高系统运行的绿色性、低碳性和经济性。