面向综合智慧能源系统的碳排放核算分析

综合智慧能源系统(Integrated Intelligent Energy System,IES)是满足多元化用能需求、有效提升能源利用效率、促进能源可持续发展的重要能源利用模式。“双碳”背景下,准确碳排放核算是实现IIES绿色低碳发展前提。首先,概述IIES发展历程、系统运作形式及系统特征;然后,从核算边界、碳排放源两方面对IES碳排放特征进行分析;最后,针对IIES特点总结四种适用于IIES的碳排放核算方法,并围绕优缺点、适用范围等方面对四种核算方法进行对比分析。

电-气-氢综合能源系统能碳安全域模型构建与分析

混氢天然气技术有助于降低系统的碳排放,但掺氢比例的波动可能会给能源系统的安全运行带来隐患。为此,提基金项目:国家电网公司总部科技项目(基于量质协同的全电能源站友好互动优化运行技术研究及应用(5108-202218280A-2-381-XG))。Project Supported by the Science and Technology Project of SGCC(5108-202218280A-2-381-XG).出了一种基于“域”模型的电-气-氢综合能源系统低碳安全分析方法。首先,建立了含气网掺氢的电-气-氢综合能源系统稳态能流和碳流计算模型,并提出了稳态能流与碳流分布式迭代求解算法;其次,定义并建立了考虑多能碳流约束的综合能源系统能碳安全域模型及其评估指标,并给出了能碳安全边界降维可视化求解流程;最后,结合算例验证了模型的有效性。所提能碳安全域模型可有效反映不同掺氢比例下系统的安全运行状态与低碳运行水平,可为综合能源系统的低碳安全调度提供理论支撑。

考虑V2G及碳排放量的风光储综合能源系统协调优化运行

结合我国“碳达峰”、“碳中和”目标的提出,文中将电动汽车的充放电特性考虑到风光储综合能源系统中,建立了以碳排放量最小为目标函数的综合能源系统协调优化模型。所提模型通过利用电动汽车的充放电特性,以此调整综合能源系统的负荷曲线,在系统调峰调频的基础上实现系统的经济最优与碳排放达标。利用改进的禁忌-细胞膜优化算法对模型进行求解,经过算例分析表明,所提优化方案能通过对常规电负荷与电动汽车负荷的平移和替换,平抑系统负荷波动,实现经济的最优与碳排放量的控制。

考虑碳排放分摊的综合能源服务商交易策略

为寻求在满足用户用能需求的同时降低系统碳排放的有效途径,提出了一种考虑碳排放分摊的多综合能源服务商能源交易策略。基于网络流模型实现碳流追踪并联合Shapley理论建立了综合能源服务商碳排放成本计算模型。应用Nash议价理论构建了多综合能源服务商合作博弈运行模型,将综合能源服务商碳排放成本引入优化目标函数,并利用分布式算法求解最优能源交易量和交易费用。基于由修改的IEEE 39节点电网和12节点气网构成的多综合能源服务商系统进行仿真分析,验证了所提模型和方法的有效性。

考虑广义储能和LCA碳排放的综合能源系统低碳优化运行策略

综合能源系统(IES)是当前能源转型低碳发展背景下实现“双碳”目标的关键,为了提高IES碳减排能力,需要充分利用需求侧负荷资源和传统储能设备等广义储能资源参与IES优化.首先,建立一种综合考虑可再生能源、能源转换设备、广义储能设备、能源市场交易的IES优化运行模型.然后,使用生命周期评估法(LCA)对IES中能源循环、设备循环的全过程进行碳排放量计算,并将碳排放成本纳入系统总成本.最后,利用仿真实验验证所提模型不仅有利于降低IES总调度成本,还能降低系统的碳排放量,有效促进IES的低碳发展.

工业园区综合能源系统评价及碳排放核算研究综述

在能源短缺的背景下,大力发展综合能源系统、推广工业园区碳排放核算是园区节能减排、能源结构转型升级的重要途径,也符合绿色低碳发展的要求。文章概述了工业园区综合能源系统的发展历程、系统形式和特征,梳理了国内外对园区综合能源系统评价指标体系和评价方法的研究现状,分析了工业园区碳排放的特点,梳理了碳排放核算方法的研究现状,指出目前存在的问题并展望了下一步的研究。建立更综合、更全面的评价指标体系,以及运用组合评价方法对园区综合能源系统进行主、客观综合评价是今后的研究重点。建议运用全生命周期的思想制定工业园区混合式温室气体核算方法,解决核算体系现有的难题。

基于CHP机组碳排放分析的综合能源系统低碳调度优化方法

针对现有研究对于热电联产(CHP)机组碳排放计算不符合实际物理特性的问题,提出了基于CHP碳排放分析的综合能源系统(IES)低碳调度优化方法。从CHP机组内部结构入手,分析CHP机组内部各部分之间能量的传递过程,绘制CHP机组功率与碳排流向图,列写各个部分的功率平衡方程,得到CHP机组排放废气的等效热功率;计及碳排放量与废气排放速率的关系,结合废气排放的热力学方程,得到CHP机组废气排放速率与输入气流量及输出功率的关系;提出基于CHP机组碳排放分析的IES低碳调度优化模型,以总运行成本最小为目标,求解IES低碳调度优化结果;通过算例分析不同CHP机组运行方式下的优化调度结果,并与现有方法进行对比,验证了所提模型在降低碳排放方面的有效性。

基于LCA碳总排放量的大型工业园区综合能源供应系统多目标优化

大型工业园区碳集中排放是导致环境恶化的重要原因之一。提出大型工业园区综合能源供应系统模型,包含能源输入、能源转换、能源存储三个模块,通过能源转换降低传统能源使用比例,为园区提供电、热、冷、气4种所需负荷。基于生命周期计算设备和能源的碳排放量,通过碳捕集技术对既有碳排放进行消纳,并将经济成本、碳排总放量和清洁能源利用率作为目标函数,利用改进的麻雀搜索算法(improved sparrow search algorithm, ISSA)对工业园区综合能源供应系统进行优化配置。算例结果表明,引入储能系统和电转气系统(power to gas, P2G)后,园区能源系统的清洁能源使用比例是之前的3.92倍,单位用电量下碳排放系数降低30.2%,综合单位电价降低0.38元,证明综合能源供应系统在满足园区能源需求的同时也可以降低碳排放量和经济投入。

计及站-网损耗分摊的区域综合能源系统碳排放流计算方法

为应对日益严重的环境和能源问题,碳减排相关研究已成为重中之重,碳排放流能够辨析碳要素的流动。以此为研究背景,提出一种计及站-网损耗分摊的区域综合能源系统碳排放流计算方法。依据双层结构热力系统等效变换规则,构建电-气-热网络统一结构模型。在此基础上,对区域综合能源系统网络损耗实现双向分摊,碳排放流损耗等效至管线两端节点,明确网络损耗对应碳排放责任的主体。针对能源站碳责任的界定问题,在考虑能源站损耗的碳排放流集线器模型基础上,推广至标准化矩阵碳排放流集线器,并采用区域综合能源系统碳排放流统一矩阵计算方法,实现站-网损耗分摊下的碳排放流计算和分析。算例结果验证了所提方法的合理性和有效性,网损的双向分摊和考虑能源站损耗的碳排放流集线器模型使发电侧和用户侧更加公平地承担对应的碳排放责任,分布式多类型可再生能源的接入有利于提高全域新能源渗透率,降低站-网综合碳排放流损耗。

考虑电力间接碳排放不确定性的电-冷-热综合能源系统两阶段鲁棒优化方法

在“双碳”政策外力驱动下,传统电力系统的低碳化转型至关重要。该文重点研究碳-源-荷多重不确定因素对综合能源系统低碳经济运行的影响,提出综合能源系统两阶段鲁棒优化运行方法。首先,分析综合能源系统并网点的电力间接碳排放强度的不确定性,并使用多面体不确定集对其进行建模;其次,对综合能源系统所聚合的设备建立数学模型,并引入碳排放交易机制,分析设备运行成本与碳排放成本;然后,采用列和约束生成(column-and-constraint generation,C&CG)算法将两阶段鲁棒优化模型分解为主问题与子问题循环求解,利用Karush-Kuhn-Tucker(KKT)条件与big-M法对子问题中存在的双层结构与非线性项进行化简与线性化处理;最后,通过算例分析验证所建模型和求解算法的有效性,并剖析所提综合能源系统鲁棒优化方法的低碳经济性与抵御不确定因素波动的能力。

考虑热动态的综合能源系统碳排放流建模与分析

在电力系统低碳转型背景下,传统的源侧碳排放控制难以满足碳排放责任公平分摊需求,亟需对多能源网络进行碳排放流(即碳流)追踪,明确源网荷碳排放责任。基于此,提出了热网准动态碳流模型,并对综合能源系统碳流进行建模与分析。介绍了热网静态碳流的管道计算模型;从热损耗和热延时两方面对热网管道的动态特性进行描述;在此基础上,引入热网管道储能变量刻画2种情况下热动态特性对管道和节点碳流分布的影响;进一步地,提出了热电联产机组的碳势计算方法和储能设备各时刻平均碳势的计算方法,并总结了电、热网络碳流联合分析方法;通过算例分析了静态和准动态热网模型下综合能源系统的碳流分布结果,并考虑了负荷热惯性及机组碳势对碳流分布的影响。

基于碳排放生产优先级的综合能源虚拟电厂优化运行策略

随着综合能源交易市场的不断发展,碳排放难以控制的问题愈发凸显。为最大程度降低综合能源交易市场的碳排放,先构建了电—热—冷—气综合能源虚拟电厂的系统构型,为其建立需求转换模型和碳排放生产优先度指标;再搭建基于碳排放生产优先级的综合能源交易分配模型;然后,根据确定的各能源交易量,以综合能源供应商、共享储能运营商和用户这三方的效益最大化为目标,优化各能源定价及需求响应策略;最后,将优化的能源交易策略与3种能源交易策略进行对比,验证该策略的有效性。研究结果表明:该策略的碳排放量比策略2、3、4的分别降低了23.4%,30.1%和21.1%,其收益总体相较策略2、3、4的相差不大。该策略能较好地促使综合能源交易市场的低碳运行,同时也兼顾经济效益。

考虑碳排放约束的用户侧综合能源系统规划

为明晰碳排放约束对用户侧综合能源系统规划的影响及其供能优越性,提出了一种考虑碳排放约束的用户侧综合能源系统规划模型。在构建用户侧综合能源系统和常规分供式系统的结构框架基础上,考虑投资容量、设备运行、能量平衡与碳排放强度等约束,建立以全寿命周期经济成本最小为优化目标的用户侧综合能源系统规划模型并分别对3种建筑负荷情景进行算例分析。结果表明,碳排放约束强度对用户侧综合能源系统的设备容量、经济成本和能源性能影响均较大;与常规分供式系统相比,用户侧综合能源系统更具经济节约、环境友好和节能高效的优势。

“双碳”目标下西部农村生活能源消费特征及碳排放分析

运用能源环境理论、多元线性回归分析和主成分分析方法探究西部地区10个省区(市)农户主要生活能源消费特征及碳排放。结果表明:①西部农村生活能源存在明显区域异质性,四川和甘肃生活能源分布特征极明显,贵州、广西和云南生活能源分布特征明显,陕西、青海、重庆、宁夏和新疆生活能源分布特征不明显。②西部农村主要生活能源平均占比排序依次为:太阳能0.29%、沼气0.79%、液化石油气19.95%、煤40.47%、柴草49.16%、电53.24%,使用绿色能源农户占比仅有18.1%,通过发展绿色能源促进“双碳”目标实现任务艰巨。③若西部农村1789万煤用户、4225万柴草用户和1770万煤气、天然气、液化石油气用户转型升级使用绿色能源,每年能节约标准煤约3700万t,减少CO_(2)排放约1亿t。由此可见,生活能源蕴含着巨大碳减排潜力,是不可忽视的“双碳”载体,应进一步加大居民生活能源消费转型升级以此促进“双碳”目标的实现。

中国省域生活能源碳排放空间计量分析

基于2006—2011年中国各省域生活能源消费碳排放的截面数据,运用空间计量统计分析软件和空间计量经济模型,检验了省域之间生活能源消费碳排放的空间自相关性,并分析生活能源消费碳排放的影响因素。结果表明,省域生活能源消费碳排放存在显著的空间自相关性,居民收入水平和人口规模,对居民生活能源消费碳排放的正向影响效应最为显著,生活能源消费综合碳排放系数以及生活能源价格对生活能源消费碳排放的影响也较大。在生活能源价格较难调整以及经济不断增长和人口规模不断增加趋势下,优化生活能源消费结构,减小生活能源消费综合碳排放系数,以及提倡居民生活节能,是减少生活能源消费碳排放的主要途径。

考虑碳排放及需求响应的多园区综合能源系统优化调度

针对传统能源系统无法充分利用能源间的互补优势、能源利用效率低、可再生能源消费能力不足以及节能减排的需求等挑战,提出了一种考虑碳排放和需求响应的跨多个园区综合能源系统多目标优化调度模型和策略。首先,概述了集成多个园区的综合能源系统的框架,在此基础上研究了该系统的优化调度模型;其次,针对各园区的需求响应模型,以最小化跨多个园区的综合能源系统的整体运营成本和碳排放量为目标,设计了该综合能源系统的多目标优化模型,并采用NSGA-Ⅱ算法进行求解;再次,深入研究了跨多个园区的综合能源系统的多目标优化调度策略;最后,以北方某地区3个工业园区综合能源系统为例,建立了需求响应与优化运行仿真模型。仿真结果表明,提出的跨园区综合能源系统优化调度模型与策略能够有效增强系统需求侧响应能力,改善负荷曲线,促进可再生能源消纳,提高系统经济性。

电子商务发展对农村生活能源消费碳排放影响的实证研究

本文基于省级层面2007-2020年的面板数据,实证考察电子商务发展对农村生活能源消费碳排放的影响,并立足于电子商务发展所引致的收入效应来阐释电子商务发展影响农村生活能源消费碳排放的内在机制。研究发现:电子商务发展导致农村能源消费碳排放规模扩大和人均生活能源消费碳排放增加。时间维度上,电子商务发展对于农村能源消费碳排放的促增作用趋于衰减;空间维度上,相较于中西部地区和南部地区,东部地区和北部地区电子商务发展对于农村生活能源消费碳排放的促增作用更为突出。机制分析表明,电子商务发展带来的收入增长效应是农村生活能源消费碳排放增加的主要驱动,而收入增加既能够通过消费规模扩张和消费结构升级增加家庭生活能源消费碳排放,也能够通过促进能源结构清洁化减少家庭生活能源消费碳排放。本文拓展了电子商务发展在环境领域的影响研究,对于农村地区能源消费碳排放控制具有重要的现实意义。

零碳排放下电-气综合能源系统多能负荷预测

电-气综合能源系统中多能负荷之间的耦合程度不断增加,提升了能源系统调度和运行的难度。为此,对零碳排放下电-气综合能源系统多能负荷预测方法进行了研究。分析零碳排放下电-气综合能源系统的运行架构。以气象因素为影响因子,运用灰色关联度分析法获得多能负荷与各因子的相关性。将相关性分析结果与系统历史多能负荷数据共同作为输入数据,构建基础长短期记忆(LSTM)预测模型。结合樽海鞘群算法(SSA)优化模型关键参数,获得优化LSTM预测模型,实现系统多能负荷预测。试验结果表明:冷负荷与电负荷的关联度为0.88;热负荷与电负荷的关联度为0.681;实际预测平均绝对百分误差低于0.45。该方法预测效果理想,为系统最优调度与运行规划奠定了基础。

综合交通网络设计对于提升能源效率和减少碳排放的作用研究

随着全球气候变化和能源危机的加剧,提升能源效率和减少碳排放已经成为迫切需要解决的全球性问题。交通领域作为能源消耗和碳排放的主要来源行业之一,其可持续发展尤为关键。本文通过分析综合交通网络的理论基础,明确了综合交通网络设计在提升能源效率和减少碳排放方面的重要性,强调了不同交通模式的整合、智能交通系统的应用及能源高效交通工具的推广对于实现这一目标的关键作用,探讨了通过利用清洁能源、建设绿色基础设施及应用碳捕捉技术等进一步减少碳排放的可能性。

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。