基于碳捕集-电转气的矿区综合能源系统协同优化调度

“双碳”战略目标下,为促进风光消纳与能源电力低碳转型、提高矿区能源利用率,提出一种含伴生能源和碳捕集与电转气耦合的矿区综合能源系统低碳经济调度模型。首先,综合考虑瓦斯、乏风、涌水等矿区伴生能源利用,建立矿区综合能源系统基本模型,并以碳捕集和电转气设备为耦合单元,促进节能减排与可再生能源消纳。然后,引入奖惩阶梯式碳交易机制,以矿区综合能源系统运行成本最小为目标,建立矿区综合能源系统协同优化调度模型。最后,以中国云南某大型煤矿为例,通过设置不同场景进行仿真分析。结果表明,所提模型能够促进矿区综合能源系统低碳经济运行,提高风光消纳率。

含电转气和碳捕集耦合的综合能源系统多时间尺度优化调度

为提升综合能源系统(integrated energy system,IES)的可再生能源消纳以及低碳经济效益,提出含电转气(power-to-gas,P2G)和碳捕集(carbon capture system,CCS)耦合的综合能源系统多时间尺度优化调度模型。首先,建立基于阶梯型碳交易机制的含P2G和CCS耦合模型,并构建多能量转换设备和储能设备组成的电-热-冷综合能源系统;其次,基于多时间尺度的优化调度策略,以购能成本、运维成本、碳交易成本、弃风光成本为目标函数建立日前-日内滚动-实时调整3个阶段的优化调度模型;最后,以四川某工业园区为例进行仿真,结果证明本文提出的模型有效提高了综合能源系统的低碳经济效益、能源利用率和系统稳定性。

阶梯碳下考虑耦合电转气-碳捕集和热电联产灵活输出的综合能源系统优化调度

“双碳”目标下,为进一步降低综合能源系统(integrated energy system,IES)碳排放,提升可再生能源消纳能力,提出一种IES低碳经济运行优化策略。首先引入阶梯型碳交易机制约束IES的碳排放;然后建立耦合电转气(power to gas,P2G)和碳捕集系统(carbon capture system,CCS)模型,并细化P2G两阶段运行;接着在传统热电联产机组(combined heat and power,CHP)中引入卡琳娜循环与电锅炉联合运行,构造热电灵活输出的CHP模型;最后以系统运维成本、碳交易成本、购能成本和弃风弃光成本之和最小为优化目标,构建IES低碳经济调度模型,并设置不同运行场景对比分析。结果表明:IES碳排放减少38.45%,运行总成本降低10.37%,验证了所建模型的低碳性和经济性。

基于信息间隙决策理论的含碳捕集−电转气综合能源系统优化调度

【目的】为科学统筹综合能源系统运行经济性、稳定性和低碳性优化目标,采用何种技术手段以提升能源转化效率,减少系统能源浪费和区域环境污染,是当下综合能源系统合理优化的主要问题。为此,提出一种基于场景生成与信息间隙决策理论的含碳捕集与封存(carbon capture and storage,CCS)—两段式电转气(power to gas,P2G)综合能源系统低碳优化策略。【方法】在技术层面,通过对电P2G两阶段精细化建模,提高氢能利用效率,建立热电联产(combined heating and power,CHP)-CCS-P2G耦合模型;在市场机制层面,引入阶梯型碳交易模型以降低系统中CO_(2)排放量。最终,基于信息间隙决策理论(IGDT)构建不同风险偏好下的优化调度模型。【结果】以典型综合能源系统进行算例分析,仿真结果表明所提模型可提高风光消纳率,实现系统低碳、经济、稳定运行。【结论】该优化策略可有效帮助决策者根据其风险偏好制定风险规避与风险追求策略下的调度方案,实现系统不确定性与经济性的平衡。

需求响应激励下耦合电转气、碳捕集设备的综合能源系统优化

为了充分调动用户侧柔性负荷资源,发挥氢能的低碳特性,本文提出了一种需求响应激励下耦合两阶段电转气和碳捕集设备的综合能源系统优化方法。首先,构建两阶段电转气、碳捕集、氢燃料电池和储氢罐等设备组成的氢基综合能源系统。其次,结合负荷能源转换间耦合关系与调节特性,引入阶梯型需求响应激励机制并对补偿基价、区间长度、价格增长率3个参数进行自适应优化。最后,设置多种场景,用多目标灰狼算法对系统的供能侧、需求侧和阶梯型需求响应激励机制进行优化求解。结果表明,基于此方法系统运行的总成本和CO_(2)排放量都有所降低。

计及电转气-风-火-核-碳捕集的多源联合系统优化调度

在风-火-核-碳捕集多源联合系统中,核电机组在参与电网调峰时存在调峰深度选择不精确的问题。此外,该多源联合系统还存在风电消纳不足的问题。为此,构建了一种计及线性化核电机组调峰深度模型的电转气(power to gas,P2G)-风-火-核-碳捕集多源联合系统,并对该系统进行了日前优化调度。首先,基于核电机组负荷跟踪模式,通过引入连续变量,提高了调峰深度选择的准确性;然后,分析了碳捕集电厂-P2G联合运行模式及需求响应资源对促进风电消纳的积极作用;最后,以系统综合运行成本最低为目标函数,同时考虑碳交易机制,在Matlab平台搭建仿真模型,验证了所构建多源联合系统的有效性。结果表明,相较于核电机组采用固定调峰档位的多源联合系统,所构建的多源联合系统能够在保证核电机组安全稳定运行的同时,实现风电完全消纳,系统碳排放量与综合运行成本分别下降了13.74%与6.27%,提高了系统运行的低碳性与经济性。

多时间尺度下计及综合需求响应和碳捕集-电转气联合运行的综合能源系统优化调度

对源侧进行低碳化改造、荷侧辅以综合需求响应策略有利于“双碳”目标的实现。为此,提出一种多时间尺度下计及综合需求响应和碳捕集-电转气联合运行的综合能源系统低碳优化调度策略。源侧在碳捕集电厂中引入储液罐,形成碳捕集电厂的综合灵活运行方式,并构建计及碳捕集电厂和电转气设备的新型联合运行模型;在荷侧分析需求侧资源在不同时间尺度下的响应特性,建立不同时间尺度下的价格型、激励型需求响应模型,通过源荷协调配合提升系统的低碳性能;提出源荷互补的综合能源系统多时间尺度低碳调度策略,构建含综合需求响应的日前-日内-实时调度模型。算例结果表明,所提模型能够充分利用源荷资源参与调节,实现系统低碳、经济、稳定运行。

含碳捕集-电转气的风光火储一体化系统优化运行

碳捕集、电转气装置能够利用系统富裕新能源捕集火电燃烧所产生的碳排放,并生成燃气,形成碳资源循环利用链.为降低系统碳排放,促进新能源消纳,提升系统运行灵活性,提出含碳捕集-电转气(CC-P2G)的风光火储一体化系统架构,并设计其优化运行模型.重点讨论该架构电能流和碳流的运行特性;考虑配额制下碳排放交易收益,以一体化系统综合效益最大化为目标,综合考虑各类设备运行特性,提出其优化运行模型.算例验证了CC-P2G系统在提升新能源消纳能力和系统运行效益方面的效用.结果表明,CC-P2G系统与碳排放配额交易等市场机制有效配合,能够在降低系统整体碳排放的同时提升运行效益.

生物质电转气技术的生命周期评价

为了研究生物质电转气技术的环境影响,选用玉米杆、稻秸这2种生物质,采用生命周期评价(LCA)模型全面评价了生物质电转气技术的全生命周期过程,利用SimaPro软件对生物质的获取、生物质直燃发电、CH_(4)和H_(2)的生产、CH_(4)的运输及利用等阶段进行生命周期评价,得到各阶段主要的环境影响类型,并对比分析了玉米秆和稻秸的环境影响潜值。结果表明:海洋水生毒性、全球暖化、淡水水生毒性以及酸化是表现较为突出的环境影响类型;在海洋水生毒性这一环境指标上,稻秸电转气技术是玉米杆电转气技术的2.8倍;在全球暖化、人体毒性、酸化等环境影响类型上,玉米秆和稻秸的影响程度较为相似。

考虑碳捕集和电转气的零碳园区综合能源系统经济调度

针对园区综合能源系统的多能耦合和零碳运行问题,提出一种考虑碳捕集和电转气的零碳园区综合能源系统经济调度策略。首先,分析园区综合能源系统架构,建立考虑碳捕集和电转气的电、热、冷、气多能耦合的园区综合能源系统模型;其次,综合核算园区生态碳汇、能源生产碳源等,提出适用于园区综合能源系统的零碳指标,以系统经济效益最优为目标建立零碳园区综合能源系统经济调度模型;最后基于不考虑碳中和约束、考虑碳中和约束及考虑碳捕集和电转气联合运行的3种场景,结合分时电价并采用改进粒子群算法对经济调度模型进行求解。结果验证了所提模型和方法的有效性,考虑碳捕集和电转气联合运行的方式可提高清洁能源的消纳率、降低系统运行的成本,同时实现园区综合能源系统的碳中和。

考虑宽功率波动影响的电转气场站容量分布鲁棒优化配置

新能源发电的波动性会加速电转气场站内电解水设备的老化,现有优化模型无法有效计及宽功率波动对电解水设备寿命及电转气场站容量配置的影响。在此背景下,提出了考虑电解水设备寿命的电转气场站容量分布鲁棒优化配置模型。首先,提出一种考虑功率波动影响的电解水设备寿命折损评估模型,进而建立了含电转气场站的电-气综合能源系统优化规划模型,对电转气场站内电解水、甲烷化和储氢罐的容量进行优化配置。其次,基于1-范数约束和∞-范数约束构建源荷场景的概率分布模糊集,将规划模型改写为“min-max-min”形式的分布鲁棒优化模型,并利用列与约束生成算法进行求解。最后,利用测试算例对所提模型和算法进行验证。结果表明,所提模型能够更准确地计算电转气场站的经济效益,延长电解水设备预期使用寿命。

碳交易背景下电转气虚拟电厂低碳经济调度

碳交易背景下,电转气虚拟电厂是一种将电力和气体生产和存储相结合的系统,以实现更低碳经济的能源调度。本文提出的碳交易背景下电转气虚拟电厂低碳经济调度,旨在通过优化能源调度、管理碳价格、有效储能和参与碳市场等方式,实现低碳经济调度,既有助于减少碳排放,又有助于经济效益。虚拟电厂低碳经济调度的目标是最大限度地优化可再生能源的利用,减少碳排放,并实现可持续的能源管理,从而推动低碳经济发展。

含风电-氢能-电转气的园区综合能源系统优化调度

由风力发电与电转气相结合的综合能源系统是实现能源高效利用的有效途径,具有巨大发展潜力,其合理规划调度是一个亟待解决的关键问题。本文将电转气运行过程细化为电制氢气和氢气甲烷化两阶段,在电解水制氢阶段结合氢能需求这一未来发展趋势,将不稳定的风电转化为氢气,供给氢负荷;其次以运行成本和碳排放成本之和最小为目标,建立含风电-氢能-电转气(power to gas,P2G)的园区综合能源系统经济优化调度模型,算例仿真表明,相比包含传统电转气的系统,所建模型可实现能量高效利用,提高综合能源系统的经济性和低碳性,总成本降低16.61%;最后引入权重系数,对系统进行灵敏度分析,得出其合理区间范围,以供参考。

考虑中长期交易的水电站电转气容量双层优化配置

为改善水电站调节的灵活性和提升风电在中长期规划中的消纳比例,提出了一种考虑中长期交易的水电站电转气容量双层优化配置方法。采用风电品质分段思想,将风电出力分为确定部分和不确定部分,风电确定部分参与上层中长期电能市场交易,风、水、火发电商根据自身情况上报电量电价,以系统购电成本最小为目标建立中长期竞价出清模型,得到各发电商中标电量以及电价;风电不确定部分参与下层合约转让交易,分析电转气的能量转换和大规模储能特点对弃水、风电消纳的积极作用,考虑环境成本和发电商利益诉求,建立基于合约转让交易机制的水电站电转气优化配置模型。最后通过修改的IEEE 30节点算例分析进行验证,结果表明,所提模型能够有效提升风电中长期消纳能力,水电调节灵活性得到改善。

基于碳捕集与封存-电转气-电解熔融盐协同的虚拟电厂优化调度

为了应对气候变化,推动能源电力碳达峰、碳中和进程,提出一种以电解熔融盐(electrolyticmoltencarbonate,EMC)技术为基础的EMC碳捕集电厂,并且考虑了碳捕集与封存(carbon capture and storage,CCS)技术以及两段式电转气(power to gas,P2G),建立了基于CCS-P2G-EMC协同的虚拟电厂(virtual power plant,VPP)优化调度模型。首先,根据EMC技术的原理,考虑与燃气轮机热电联产(combined heatandpower,CHP)机组耦合,建立了EMC碳捕集电厂数学模型,并分析了EMC碳捕集电厂热电出力的灵活性。其次,构建了CCS-P2G-EMC协同框架,并对其低碳特性机理进行分析,并在此基础上建立低碳经济调度模型,实现了VPP的低碳经济运行。最后,通过设置不同场景进行对比,验证了所提调度模型的有效性,可在保证VPP经济效益的同时降低系统碳排放。

考虑碳捕集和电转气的综合能源系统优化调度

碳捕集、电转气等低碳技术是实现能源系统低碳经济运行的重要途径和主要抓手。鉴于此,构建了一种含碳捕集、利用与封存装置,两段式电转气设备及热电联产机组耦合的综合能源系统低碳经济调度模型。在技术层面,分别构建碳捕集、利用与封存,两段式电转气及热电联产数学模型;在市场机制层面,引入阶梯式碳交易模型约束系统碳排放。提出了以综合能源系统运行总成本最小为目标函数的优化调度策略。通过设置多个场景进行算例分析,验证了所提模型的有效性,并分析了各阶梯碳交易机制参数灵敏性对综合能源系统低碳性及经济性的影响。

基于阶梯碳交易的碳捕集电厂−电转气虚拟电厂低碳经济调度

在能源互补和低碳经济的背景下,虚拟电厂(virtual power plant,VPP)是实现区域资源优化配置和新能源消纳的有效载体。在技术层面,通过碳捕集电厂(carbon capture power plant,CCPP)和电转气(power-to-gas,P2G)装置来实现CO_(2)的循环利用,建立碳捕集电厂−电转气耦合模型,并在负荷侧引入考虑用户满意度的价格型需求响应模型;在低碳政策方面,将阶梯型碳交易机制引入VPP,对碳排放进行约束。然后以总成本最小为目标,建立VPP低碳经济调度模型。通过设置不同调度场景进行对比,验证所建模型在VPP低碳经济运行方面的有效性,并通过敏感性分析探究阶梯碳交易参数对VPP碳排放量与成本的影响,结果表明所建模型对VPP进行低碳经济调度具有指导意义。

基于信息间隙决策理论的含电转气煤矿综合能源系统鲁棒调度

煤矿在开采过程中衍生出大量可供生产和生活需求的多种伴生资源。面向煤炭伴生资源的循环利用和伴生资源强扰动下的高可靠运行需求,提出一种基于信息间隙决策理论的含电转气煤矿综合能源系统鲁棒优化调度方法。首先,根据煤矿资源禀赋及地质特征,将电转气与瓦斯存储利用相结合,构建含电转气−瓦斯掺混的煤矿多资源循环利用架构;其次,考虑煤炭伴生资源能量回收及系统多环节运行约束,以系统运行和弃风弃光成本最小为目标,建立确定性场景下的系统调度模型;最后,针对以煤炭伴生资源为主的不确定性波动,采用信息间隙决策理论进行量化分析,在决策中引入权重修正量表征伴生资源经验比例的扰动,建立经验比例扰动下的信息间隙决策鲁棒优化模型。算例采用实际煤矿数据进行仿真分析,结果表明所提方法可有效促进风光消纳并提高煤矿综合能源系统运行效益,调度方案对伴生资源和负荷波动具有较强鲁棒性。

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

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。

考虑梯级碳交易机制和电转气两阶段运行的综合能源系统优化

为提升综合能源系统(integrated energy system,IES)的能效水平,提出了一种考虑梯级碳交易机制和电转气(power-to-gas,P2G)两阶段运行的IES调度模型。首先引入碳捕获与封存技术(carbon capture and storage,CCS),解决了P2G所需碳源和热电联产机组的碳排放问题;同时在传统P2G的基础上引入氢燃料电池,研究P2G两阶段运行的多重效益;最后,运用梯级碳交易机制限制碳排放。在此基础上,建立以碳交易成本、系统运行成本、新能源利用率相关成本最小为目标的优化调度模型,利用IPOPT商业求解器进行求解,通过与其他传统模型对比分析,表明所提模型的经济性、低碳性和风光消纳能力较高。