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。

含碳捕集电厂与氢能多元利用的综合能源系统低碳经济调度

随着中国“碳达峰·碳中和”战略的不断推进,综合能源系统的绿色低碳转型迫在眉睫。针对传统碳捕集电厂灵活性较差、风电并网难以消纳等问题,提出一种含碳捕集电厂与氢能多元利用的综合能源系统低碳经济调度模型。首先,引入储液罐对传统碳捕集电厂进行改造,提高电厂应对风电波动的运行灵活性;其次,构建含两段式电转气、氢燃料电池、储氢罐和掺氢热电联产在内的氢能多元利用结构,以充分挖掘氢能利用与碳捕集电厂的协同运行潜力。在此基础上,引入阶梯碳交易机制,建立以碳交易、碳封存、燃煤及购气成本之和最小为优化目标的低碳经济调度模型。算例结果表明,文中模型能够有效提高系统的风电消纳水平和能源利用效率,具有显著的低碳经济效益。此外,碳交易基准价格的合理设定能够引导系统提高碳捕集水平。

基于近端策略优化算法含碳捕集的综合能源系统低碳经济调度

为了实现园区综合能源系统(PIES)的低碳化经济运行和多能源互补,解决碳捕集装置耗电与捕碳需求之间的矛盾,以及不确定性源荷实时响应的问题,提出了基于近端策略优化算法含碳捕集的综合能源系统低碳经济调度方法。该方法通过在PIES中添加碳捕集装置,解决了碳捕集装置耗电和捕碳需求之间的矛盾,进而实现了PIES的低碳化运行;通过采用近端策略优化算法对PIES进行动态调度,解决了源荷的不确定性,平衡了各种能源的供给需求,进而降低了系统的运行成本。实验结果表明:该方法实现了不确定性源荷的实时响应,并相比于DDPG(deep deterministic policy gradient)和DQN(deep Q network)方法在低碳化经济运行方面具有有效性及先进性。

储液式CCS耦合P2G的综合能源系统低碳经济调度

为应对电转气P2G(power-to-gas)和碳捕集系统CCS(carbon capture system)在可再生能源出力不足时耦合失效的问题,考虑对常规CCS引入CO_(2)储液罐以加强P2G和CCS的耦合。首先,构建储液式CCS和P2G的耦合模型,利用储液罐将CCS捕集的CO_(2)时移至可再生能源富足时段,供P2G再利用;其次,构建储液式CCS与P2G耦合的电热气综合能源系统日前优化调度模型;最后,以北方某工业园区为例进行仿真。结果证明所提模型可以充分利用CCS捕集的CO_(2),从而获得更好的经济和环境效益。

基于深度强化学习的园区综合能源系统低碳经济调度

为降低园区综合能源系统的运行成本和碳排放量,同时应对系统不确定性带来的随机波动,提出一种考虑阶梯式碳交易的园区综合能源系统低碳经济调度模型,并采用深度强化学习方法求解。首先构建园区阶梯式碳交易模型,将碳交易成本考虑在内对园区综合能源系统低碳经济调度问题进行数学描述;其次将该调度问题表述为马尔可夫决策过程框架,定义系统的观测状态、调度动作和奖励函数;继而采用近端策略优化算法进行低碳经济调度决策。所提方法无需进行负荷预测或不确定性建模,能够对源和荷的随机波动做出实时响应。最后基于多场景多算法进行算例仿真,结果表明所提方法提高系统运行经济性的同时降低了系统碳排放量。

考虑碳捕集机组与氢储能系统协调运行的源荷储低碳经济调度

为应对新型电力系统建设过程中带来的新能源消纳困难与系统调控能力不足的现象,该文提出一种考虑碳捕集机组与氢储能系统协调运行的源荷储低碳经济调度策略。首先,对源荷储三侧运行机理展开分析,充分利用碳捕集机组、氢储能系统、需求响应提高电力系统调度灵活性。其次,构建源网荷协调运行结构框架,并针对旋转备用需求下碳捕集机组与氢储能系统运行中的不足之处,对二者协调运行特性进行研究。最后,以系统综合成本最优为目标,建立碳捕集机组与氢储能系统协调运行的源荷储低碳经济调度模型,采用模糊隶属度函数对系统不确定性进行描述,确定系统旋转备用需求。经算例验证表明,该文所提模型在兼顾系统运行的经济性与低碳性的前提下,可显著提高系统新能源消纳水平。

考虑碳-绿证耦合机制的电-气-热综合能源系统分布式鲁棒低碳经济调度

为了保护综合能源系统中不同运营主体的信息隐私,权衡系统运行低碳性和经济性,解决天然气网络鲁棒模型难以求解的问题,提出了考虑碳-绿证耦合机制的电-气-热综合能源系统分布式鲁棒低碳经济调度方法。考虑天然气网络和热力网络的动态特性、碳-绿证耦合机制,构建综合能源系统动态低碳经济调度模型;为了保护各网络运营商的数据隐私,根据能量耦合关系对综合能源系统解耦,建立电-气-热网络的分布式协同优化模型;在此基础上,考虑风电出力和多能负荷的不确定性,提出基于一致性交替方向乘子法的分布式鲁棒优化框架,并利用二阶锥对偶理论与交替优化方法实现含二阶锥约束和二元变量的鲁棒子问题求解。以修改的IEEE 39节点电力网络、比利时20节点天然气网络和15节点热力网络为算例进行仿真分析,验证所提方法能够在源荷不确定性条件下实现综合能源系统各网络分散自治运行,同时兼顾系统运行的低碳性和经济性。

海港综合能源系统低碳经济发展研究综述

在我国“碳达峰与碳中和”愿景下,海港综合能源系统正通过全面电气化降低二氧化碳排放,实现海洋能源的可持续发展,但多能流融合给海港能源配置与优化运行带来新挑战。该文首先结合海港节能减排政策,对海港综合能源系统低碳经济发展进行概述;然后,从能源侧、负荷侧和能源存储3个层次分析海港综合能源系统特点,总结促进海港低碳减排的能源交易、碳捕集与利用封存、储能系统优化配置和多能互补协同优化运行关键技术;最后,对基于储能系统的未来海港低碳经济发展研究方向进行展望。

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。

园区综合能源系统低碳经济优化调度模型研究

现有的园区综合能源系统调度方案,存在成本高、污染环境且能源利用率低等问题。因此,提出一种计及电转气和碳交易机制的园区综合能源系统低碳经济优化调度模型。首先,重点分析电转气过程甲烷化环节强放热特性,研究其对系统优化调度的影响;其次,构建含补偿系数的综合园区能源系统阶梯式碳交易机制,以约束园区碳排放;最后,建立以运行成本、弃能功率、碳排放量最小为目标的园区综合能源系统优化调度模型,并进行多目标优化计算。结果表明:所提优化模型的总成本、弃能功率和碳排放量分别下降了15.4%、98.3%和19.7%。因此,该文所提园区综合能源系统优化调度模型提高了对能源的利用效率和经济性,并有效降低了园区的碳排放。

计及电动汽车的综合能源系统多主体协同低碳经济调度

针对未充分挖掘具有源荷双重特性的电动汽车集群调度潜力以辅助电力系统低碳运行的问题,提出了计及电动汽车的综合能源系统内多主体协同低碳经济调度策略。首先,考虑综合能源系统内多主体的电能交易构建了风电主体优化运行模型、计及碳捕集与电转气系统综合灵活运行的电-热耦合系统优化运行模型以及电动汽车主体优化运行模型;其次,基于纳什谈判理论建立了综合能源系统内多主体合作运行模型,将其分解为多主体联盟效益最大化子问题和电能交易支付谈判子问题,并采用交替方向乘子法对上述两个子问题进行了分布式求解以保护各主体的隐私;最后,通过算例仿真验证了所提策略能够充分挖掘碳捕集-电转气系统和电动汽车集群支撑风电消纳实现综合能源系统碳减排的潜力,提高各主体的运行效益以及合作联盟的整体效益,有效实现综合能源系统内各主体协同互济,促进新能源消纳、提升系统低碳性和经济性。

基于乐观行动-评判深度强化学习的含氢综合能源系统低碳经济调度

“双碳”背景下,以氢能为能源载体的含氢综合能源系统是中国能源行业低碳化转型的重要支撑。为保证含氢综合能源系统中的氢能供给并提高用氢效率,该文提出了一种电气混合制氢及氢能综合利用的综合能源系统运行模式;并基于碳捕集装置和综合需求响应建立了源荷互补降碳机制,以充分挖掘系统降碳潜能,进一步提升可再生能源消纳率及系统低碳化水平;此外,为了对含氢综合能源系统中的源荷随机波动实现快速响应,提出基于乐观行动-评判深度强化学习方法对系统优化调度模型进行离线训练和在线优化求解,可高效实现含氢综合能源系统的低碳经济在线优化调度。最后通过算例应用验证了所提方法的优越性。

考虑超碳需求响应的综合能源系统低碳优化调度

西北地区新能源发展迅速,充分利用当地独有的光热资源优势,同时结合火电低碳化改造与新能源协同运行,有利于推动当地能源系统绿色低碳转型。为尽最大限度地提升系统的减碳能力,提出一种基于源荷协同降碳的超碳需求响应模型,将动态碳排放因子作为分时电价的惩罚因子,从而将源侧碳信号传递至荷侧,驱使用户侧进行低碳性状态转移。首先,在日前调度阶段,构建预调度-再调度两阶段调度运行机制,再调度根据预调度的系统状态信息进行超碳需求响应,来深度降低系统碳排量。其次,将光热电站引入综合能源系统,与风电场、碳捕集电厂协同运行,从而构建高比例新能源场景,来验证超碳需求响应在此场景下的减碳效益。最后,建立了基于超碳需求响应的预调度-再调度两阶段低碳调度模型。经算例仿真分析表明,所提源荷协同降碳的新思路能有效提高系统的减碳能力,深入挖掘系统的降碳空间,提升系统的经济效益。

考虑阶梯式碳交易机制的混氢天然气综合能源系统低碳经济运行

氢能是实现“双碳”目标的重要能源载体,碳捕集技术是能源行业减排的重要技术手段.将氢气、天然气掺混形成混氢天然气,可以实现氢能的有效输运与利用,同时应用碳捕集技术对火电机组进行改造,有助于推动可再生能源的大规模消纳并降低碳排放水平.在此背景下,建立制氢设备和燃料电池的精细模型,针对系统碳排放问题,建立碳捕集火电机组的碳排放、出力模型以及掺氢热电联产的数学模型,并引入阶梯式碳交易机制控制碳排放.基于此,以购能成本、碳排放成本、弃风成本和碳封存成本之和最低为目标,计及管网掺氢比、碳捕集等约束,建立混氢天然气综合能源系统优化调度模型,采用粒子群算法结合CPLEX求解.通过不同场景对所构建的模型进行分析,验证调度模型在推进低碳经济发展方面的优势.

绿色低碳农业与社会经济系统耦合协调性测度——基于天津市实证分析

农业是我国绿色低碳发展的重要领域,绿色低碳农业的发展与社会经济的发展具有紧密的相融互促关系。本文利用2003—2021年数据,选用耦合协调模型测度了天津市绿色低碳农业与社会经济之间的耦合协调度,探讨了绿色低碳农业与社会经济耦合协调度的主要驱动因素,以期为天津市农业绿色低碳转型发展提出针对性的对策和建议。结果表明:(1)天津市绿色低碳农业和社会发展水平整体上均呈波动式上升,但绿色低碳农业发展水平高于社会发展水平,而经济发展水平呈波动下滑趋势;(2)天津市绿色低碳农业与社会经济的耦合度和耦合协调度均呈增强趋势,但耦合协调度整体偏低,尚处于过渡阶段;(3)在绿色低碳农业与社会经济耦合协调过程中,农业碳排放强度和化肥施用强度负向作用显著,有效灌溉率、人均GDP、城镇居民恩格尔系数等因素具有正向作用。本文建议在促进绿色低碳农业与社会经济耦合协调发展进程中,必须在保障农业增效、农民增收基础上,借助于区域社会经济发展才能实现高度耦合发展。

基于参数规划的含储能基电力系统低碳经济调度

本文基于参数规划方法,研究了含储能基电力系统的低碳经济调度问题。对经济性目标和低碳目标进行权衡,建立了一个多目标优化模型。利用参数规划方法,直接求解完整的Pareto前沿,得到了一系列解决方案。通过对比分析,找到了经济性和低碳性之间的最佳平衡点。研究结果表明,参数规划方法在解决含储能基电力系统低碳经济调度问题上具有一定的优越性。

基于比较研究的华中三省产业结构与低碳经济的关系分析

为了促进中部地区的崛起,实现经济低碳化发展与产业优化转型,研究产业结构与低碳经济之间的相互关系具有重要意义。论文以河南、湖北和湖南三省为研究对象,运用熵值-Topsis法对2007—2022年三省的产业结构与低碳经济指标进行综合测评,并基于脱钩理论与协同学理论,运用Tapio脱钩模型和复合系统协同度模型对2008—2022年三省各自的脱钩状态与协同效应演化进行科学分析。结果表明:(1)研究期内,华中三省的产业结构综合指数和低碳经济综合指数不断提高,整体发展趋势良好。(2)大多数年份三省都处于相对脱钩状态,产业结构综合指数增长速度低于低碳经济综合指数增长速度;湖北率先达到理想的扩张负脱钩状态,湖南次之。(3)2008—2022年三省的协同效应一直较弱,且都具有一定的波动性特征;整体来看,湖北的协同水平略高于河南和湖南。

低碳经济背景下工业空调系统节能关键技术研究

本文旨在研究空调系统高耗能性,探讨切实的能耗专项和节能对策。根据“双碳”政策要求,结合工业空调系统的构成和运行模式进行研究总结。参照国内外先进节能技术,进行能耗性分析和节能措施规划总结。研究从选择高效的空调系统冷热源、适合的末端分布形式、热能回收方式、高效环保制冷剂选型、高效控制系统从而大幅度降低了工业空调系统的能耗,为工业空调系统的节能改造提供了科学依据。本研究对于理解和实现工业空调系统的节能降排,推动低碳经济的发展具有重要的参考价值。

考虑双层奖惩型碳交易机制的源网荷分布协同低碳经济调度

在“双碳”目标下,设计合理的碳交易机制使源网荷共同参与碳市场,对节能减排具有重要意义。在此背景下,提出了考虑双层奖惩型碳交易机制的源网荷分布协同低碳经济调度策略。首先,建立双层奖惩型碳交易机制下综合能源供应商-园区协同的低碳调度模型,综合能源供应商直接参与外部奖惩型阶梯碳交易市场,园区通过向综合能源供应商支付碳费用或获取碳收益间接参与碳市场,从而激发各主体积极参与节能减排。其次,建立奖惩型阶梯碳价格模型,并提出奖惩型阶梯碳价格机制下综合能源供应商-多园区的碳成本/收益分摊方法,保证了碳成本/收益分摊的有效性与合理性。再次,分别构建综合能源供应商与多园区低碳调度模型,并基于纳什协商刻画园区间的合作博弈,通过各园区间功率互济降低碳排放并提高社会效益。然后,提出了基于自适应调节机制的嵌套交替方向乘子法的双层分布式求解方法。最后,以IEEE 14节点配电网与12线路热管网组成的源网荷综合能源系统为例,验证了所提模型和方法的有效性。

计及改进阶梯型碳交易和热电联产机组灵活输出的园区综合能源系统低碳调度

为了进一步降低园区综合能源系统(park-level integrated energy system,PIES)碳排放量,优化热电联产(combined heat and power,CHP)机组出力的灵活性,提出一种考虑改进阶梯型碳交易和CHP热电灵活输出的PIES低碳经济调度策略。首先,将遗传算法与模糊控制相结合,设计一种遗传模糊碳交易参数优化器,从而对现有阶梯型碳交易机制进行改进,实现该机制参数的自适应变化;其次,在传统CHP中加入卡琳娜(Kalina)循环与电锅炉(electricboiler,EB),构造CHP热电灵活输出模型,以同时满足电、热负荷的不同需求;然后,提出一种柔性指标——电、热输出占比率,进而计算出电、热输出占比率区间,以衡量CHP运行灵活性;最后,将改进阶梯型碳交易机制和CHP热电灵活输出模型协同优化,以系统运行成本和碳交易成本之和最小为目标,构建PIES低碳经济优化模型。算例分析表明,所提策略可有效降低经济成本和碳排放量,同时还可扩展CHP灵活输出调节范围,能够为PIES低碳经济调度提供参考。