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。

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。

考虑阶梯式碳交易机制的微电网两阶段鲁棒优化调度

为减少微电网系统运行的碳排放量,同时考虑可再生能源出力不确定性对系统调度结果的影响,提出了一种基于鲁棒优化的微电网低碳经济调度模型。首先,利用两阶段鲁棒优化方法消除可再生能源出力不确定性对系统调度结果的影响。其次,将阶梯式碳交易机制引入系统的运行调度阶段,以减少微电网系统的碳排放量。然后,建立了包含风电、光伏机组、微型燃气轮机、燃料电池及储能设备的微电网低碳经济调度模型,以各设备运维成本、系统购能成本和碳交易成本之和最小为优化目标,采用C&CG算法对所提调度模型进行求解。最后通过算例对所提优化调度模型进行验证。结果表明:两阶段鲁棒优化方法能够有效提高系统抵御风险的能力、引入阶梯式碳交易机制则可有效减少微电网运行的碳排放量。

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。

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。

计及阶梯式碳交易机制的海岛综合能源优化调度

针对以柴油发电为主的传统海岛供电模式,存在污染环境、成本高且不易运输等问题,提出一种含碳交易机制的海岛综合能源优化运行策略。在以净收益最大为目标的同时,考虑阶梯式碳交易机制、新能源消纳、系统运行约束,构建了一种含阶梯式碳交易的光热储能配合风电制氢的日前综合能源优化调度模型。最后,通过cplex求解模型并对各类优化调度方案进行对比。结果表明,本文所提方案能有效提高系统收益及新能源消纳率,具有有效性和经济性。

考虑改进阶梯式碳交易机制与需求响应的综合能源系统优化调度

综合能源系统是推动我国“双碳”目标实施,实现国家能源低碳转型的重要手段之一。为有效提升IES碳减排能力和经济效益水平,提出一种考虑改进阶梯式碳交易机制与需求响应的IES优化调度模型。首先,在能量中心框架下引入碳流模型,促进反应系统中二氧化碳的流动,并改进阶梯式碳交易机制,从而有力推动系统碳减排;其次,引入用户侧的多能需求响应,以价格激励推进用户用能方式转变,促进可再生能源消纳;最后,考虑决策者偏好,以改进碳交易机制为连接点,建立IES低碳经济优化调度模型,以碳排放指标和用户舒适度引导运行调度,并利用CPLEX求解器对IES模型进行求解。进一步,通过5种场景对所提模型和方法进行仿真验证,结果证明了改进碳交易机制、需求响应机制与优化调度模型的配合可有效提高IES的低碳性和经济性。

不同阶梯式碳交易机制的含电制氢综合能源系统规划

针对含电制氢综合能源系统规划问题,为了充分考虑综合能源系统的低碳性,提出了一种计及碳超额率的阶梯式碳交易的含电制氢综合能源系统规划方法。首先,建立了计及碳超额率的阶梯式碳交易模型。然后,以年运行成本最小和碳排放量最低为目标函数,建立了基于计及碳超额率的阶梯式碳交易的含电制氢综合能源系统规划模型,对含电制氢综合能源系统进行最优配置。最后,通过仿真验证了计及碳超额率的阶梯式碳交易机制的低碳性、适用性和经济性,并讨论了碳交易参数与系统规划之间的相互耦合影响。

考虑双重需求响应及阶梯型碳交易的综合能源系统双时间尺度优化调度

安全稳定、低碳清洁是全球能源发展的主流方向,如何充分发挥需求侧资源响应潜力以及降低系统源、荷不确定因素对实现能源可持续发展具有重要意义。为此,提出了一种考虑双重需求响应和阶梯型碳交易机制的综合能源系统(IES)双时间尺度优化调度策略。针对电、热、气负荷的可调度特性和不同时间尺度下的响应差异性,提出了双重激励的综合需求响应(IDR)模型。为实现IES低碳经济运行,建立了基于日前价格型IDR策略和阶梯型碳交易机制的IES日前低碳优化调度模型。考虑日前源、荷预测误差对IES调度的影响,基于模型预测控制和日内激励型IDR策略,建立了以购能成本、各设备出力调整成本和阶梯型激励补贴成本之和最小为目标的日内滚动优化调度模型,并采用CPLEX对所提模型进行求解。仿真结果验证了所提模型能有效兼顾系统经济性和环保性,同时提高了系统平抑源、荷功率波动的能力。

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。

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。

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。

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。

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。

基于主从博弈的园区级综合能源系统动态定价与低碳经济调度

面向园区综合能源系统中供能方与用能方的角色互换,以及园区低碳经济运行的强约束,提出了一种考虑动态参数的阶梯型碳交易机制和需求响应的园区级综合能源系统主从博弈优化调度方法。首先,将园区级综合能源系统中能源运营商(energy system operator,ESO)设定为上层领导者、综合能源系统园区设定为下层跟随者,并且能源运营商以最大化自身效益为目标,通过制定与园区间的购售电价格、碳交易基价、价格增长幅度,引导下层园区优化;下层园区以最小化其运行成本为目标,对上层发布的价格信息做出反应,从而构建主从博弈模型。其次,充分考虑园区级综合能源系统的低碳经济运行约束,在博弈模型中引入考虑动态参数的阶梯型碳交易机制以限制二氧化碳排放量,并在园区侧引入需求响应。最后,利用水母搜索算法对上层发布的购售电价、碳交易基价、价格增长幅度进行优化,利用CPLEX优化下层园区设备出力、需求响应以及购售电计划。仿真结果证明了所提模型和方法的有效性。

计及需求侧管理与碳排放的综合能源系统光-储设备优化配置方法

合理调整综合能源系统(IES)的配置结构能够有效提升其低碳经济运行水平,基于此,提出了一种计及需求侧管理与碳排放的IES光-储设备优化配置方法。基于IES典型拓扑及供能设备的工作机理,建立其冷-热-电-气能流模型;根据不同柔性负荷特点,从不同维度构建用能体验的评价指标,并提出一种考虑用户综合满意度的需求侧能量管理策略;在此基础上,为进一步提升系统的低碳性能,设计了一种计及全寿命周期碳排放的奖惩阶梯型碳交易机制;在同时考虑所提需求侧管理与碳交易机制的前提下,以设备全寿命周期内创造的总收益最大为优化目标,构建了从运行到规划层面的源-网-荷-储多环节协同的光-储设备优化配置模型及运行方案;基于某真实IES开展算例研究,结果验证了所提方法在避免设备冗余配置、减碳与提高经济运行水平方面的有效性。

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。

计及柔性负荷和碳流的园区综合能源系统优化运行模型研究

为了抑制碳排放总量的上升,同时平抑负荷波动并提升能源设备之间的耦合程度,提出计及柔性负荷和碳流的园区综合能源系统优化调度模型,探究其在不同运行条件下的优劣状况。首先,建立以运行成本和碳交易成本最优为目标的调度函数。然后,在能源供给单元侧,将耦合设备进行协同配置以优化能源之间的互补效益;在负荷需求单元侧,纳入柔性需求响应模型平滑负荷曲线。最后,结合分时电价利用混合整数规划软件对所建系统运行模型进行调度。仿真实验结果显示,计及园区综合能源系统的源荷供需双向联合优化不仅可以有效遏止碳排放量的水平,而且还能进一步提升系统的整体经济效益。

综合能源系统低碳经济优化调度研究

为实现碳中和目标,应大力发展清洁能源,需要建设综合能源系统(integrated energy system,IES)并对其进行优化。首先提出了一种IES低碳经济运行策略。该策略关注碳交易市场,并引入阶梯式碳交易机制,以促使IES更有效地控制碳排放;其次提出了一种基于电解槽、甲烷反应器和氢燃料电池的电转气(power-to-gas,P2G)过程。这种新方法可有效提高氢能利用率,降低运行成本;最后,还提出了供需灵活侧双响应机制。在供应侧,通过热电比可调的热电联产来提高能源利用率。在需求侧,提出电、热、气负荷均具备时间维度上需求响应的同时,还具备可替代性。通过这一机制,能够进一步提升IES环保性和可行性。