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。

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。

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.

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。

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。

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。

考虑电转气-碳捕集-氢燃料电池的“以气定热”整体建模与优化

提出一种考虑电转气(P2G)、碳捕集系统(CCS)和氢燃料电池(HFC)的“以气定热”整体建模方式。考虑P2G的碳-氢耦合过程,构建P2G-CCS-HFC(PCH)联合运行框架;提出“以气定热”建模方式,建立PCH整体模型,同步分析其电、热、气和碳能量耦合特性;基于PCH、热电联产机组、燃气锅炉和储能设备,构建考虑碳交易机制的综合能源系统(IES)低碳经济调度模型;设置多个运行场景,验证PCH对碳减排的贡献度。仿真结果表明,采用在“以气定热”建模方式下的PCH模型可以较大程度降低IES整体碳排放量和IES运行成本。

考虑需求响应和碳捕集电厂灵活运行方式的综合能源系统调度

为推进双碳目标落实,提出一种源荷两侧共同激励降碳减排的综合能源系统(IES)优化调度方法,改善IES碳捕集水平不足和可再生能源消纳的问题。首先利用储液罐的“能量时移特性”进行削峰填谷并与电转气设备配合进一步提升弃风消纳水平。其次考虑了基于分时价格的电热需求响应,构建了含碳交易机制的综合能源低碳经济调度模型。最后,调用CPLEX求解器对该模型求解,并设置了4个不同场景验证了本文所提调度方法的有效性。

考虑碳捕集和气网混氢的气电耦合系统低碳经济调度

针对气电综合能源系统低碳调度问题,气网混氢、碳捕集、电转气均是有效的技术手段,同时碳交易机制也是控制碳排放的有效经济手段。因此,本文构建了含富液罐和贫液罐的碳捕集电厂模型,结合电转甲烷技术模型,灵活回收利用系统中的CO_(2);同时,构建了气网混氢技术模型提高能效,并考虑气网混氢时节点热值变化约束,以奖励式碳交易成本和运行成本之和为目标函数;最后基于改进的比利时20节点天然气系统和IEEE 39节点电力系统模型开展算例测试,结果显示综合考虑碳捕集、气网混氢和奖励式碳交易机制能提高系统低碳经济调度水平,同时调节碳价和奖励系数能灵活调节系统碳排放水平。

电转气消纳新能源与碳捕集电厂碳利用的协调优化

电转气技术作为一种新型能源转换和储存方式为可再生能源消纳提供了新的途径,电转气技术生成甲烷所需的CO_2可高效经济地取自碳捕集机组的捕集碳量。提出将电转气-碳捕集电厂作为整体系统,建立电转气-碳捕集电厂协调优化模型,以碳成本、燃料成本、弃风成本、电转气成本为目标,以碳捕集率、碳捕集电厂有功出力、电转气功率为决策变量。仿真结果表明,电转气-碳捕集电厂提高了风电消纳能力,减少了碳排放,提升了碳利用水平,降低了电转气运行成本。

含碳捕集装置的电气综合能源系统低碳经济运行

面对当前电气综合能源系统在新能源消纳、低碳性方面存在不足的问题,在系统中引入碳捕集装置进行优化。首先通过弃风惩罚因子将弃风量转化为弃风成本,以系统运行成本与碳排放量为多目标建立一种含碳捕集的电气综合能源系统低碳经济运行模型,使用法线边界交叉法构造多目标问题的Pareto前沿,并利用模糊隶属度函数选择出综合满意度最大的解作为折中解,其次通过算例对比了三种场景下的优化结果,分析了系统弃风量受电转气原料成本的影响情况,验证了将捕集的CO 2作为产气原料能够有效提升电转气的运行效益,增强系统的风电利用率与运行经济性;最后对多目标下碳捕集的运行造成系统经济性与低碳性产生的矛盾关系进行了研究,证明了碳捕集能够有效提升综合能源系统的碳减排能力。

计及碳捕集设备的电-气互联综合能源系统低碳经济调度

基于碳捕集设备与综合能源系统的结合能够有效提高系统风电消纳能力。提出了一种含电转气、燃气轮机、碳捕集电厂、风电场联合运行的低碳经济调度模型,并引入碳交易机制,以系统综合经济成本最低为目标函数,以电转气功率、燃气轮机有功出力、机组有功出力、碳捕集率为决策变量,考虑电力网络与天然气网络相关约束、电气平衡及机组爬坡约束等。通过算例仿真,分析比较了系统CO 2排放量、系统综合经济成本以及弃风量,验证了所提模型能够有效提高风电消纳能力,具有降低CO 2排放量以及综合经济成本的作用。最后,分析了碳交易价格对系统CO 2排放和运行的影响。

基于场景生成与IGDT的风光-碳捕集-P2G虚拟电厂经济调度

为了有效降低风光出力与负荷预测的不确定性对虚拟电厂调度运行的影响,提出了基于场景生成与信息间隙决策理论(IGDT)的经济调度优化模型。通过Copula函数与非参数核密度估计方法构建风光出力联合分布模型,并利用蒙特卡洛模拟与k-means聚类得到典型场景。利用区间约束对负荷预测的不确定性进行建模,构建不同风险偏好下的调度优化模型。以典型的虚拟电厂系统进行算例分析,验证了所建立模型可以为不确定性影响下的虚拟电厂经济调度问题提供解决方案。

计及碳捕集电厂综合灵活运行方式的含P2G综合能源系统低碳经济调度

针对电转气(P2G)、碳捕集系统在运行时间上存在的不同步问题,将储液罐作为CO_(2)“缓冲站”连接碳捕集电厂(CCPP)与P2G,构建考虑综合灵活运行方式的CCPP与P2G联合运行的综合能源系统(IES)低碳经济调度模型。通过研究储液罐的“能量时移”特性,分析包含储液罐的P2G-CCPP新型联合运行模式对于促进风电消纳、降低碳排放的积极影响,基于此建立考虑CCPP综合灵活运行方式以IES总运行成本最小为目标的低碳经济调度模型,在CPLEX中以改进的IEEE 39节点电力网络模型和7节点天然气网络模型为例进行仿真验证,结果证明所提运行方式对于实现IES低碳经济调度有重要的借鉴作用。

计及碳捕集和电转气协同的电气互联系统优化调度

在低碳经济和能源互联网的背景下,电气互联系统(integrated electric power and natural gas system,IEGS)是实现区域资源优化配置和新能源消纳的有效载体。文中提出了一种计及电转气和碳捕集协同的IEGS优化调度模型,通过引入碳捕集电厂-电转气系统协同利用框架,将捕集到的高浓度二氧化碳(CO 2)作为原料供电转气设备利用,并提出使用储气装置解决CO 2的捕集和利用存在时间上不匹配的问题。针对模型强非凸非线性的特性,利用分段线性化和二阶锥松弛方法将模型转化为混合整数二阶锥规划模型,最后利用改进的连续锥优化方法确保松弛的严格性。仿真结果表明,所提的模型降低了碳排放和弃风量,实现了IEGS的低碳经济运行,而所提算法能有效提高求解效率。