Electricity Carbon Quota Trading Scheme based on Certificateless Signature and Blockchain

The carbon tradingmarket can promote“carbon peaking”and“carbon neutrality”at low cost,but carbon emission quotas face attacks such as data forgery,tampering,counterfeiting,and replay in the electricity trading market.Certificateless signatures are a new cryptographic technology that can address traditional cryptography’s general essential certificate requirements and avoid the problem of crucial escrowbased on identity cryptography.However,most certificateless signatures still suffer fromvarious security flaws.We present a secure and efficient certificateless signing scheme by examining the security of existing certificateless signature schemes.To ensure the integrity and verifiability of electricity carbon quota trading,we propose an electricity carbon quota trading scheme based on a certificateless signature and blockchain.Our scheme utilizes certificateless signatures to ensure the validity and nonrepudiation of transactions and adopts blockchain technology to achieve immutability and traceability in electricity carbon quota transactions.In addition,validating electricity carbon quota transactions does not require time-consuming bilinear pairing operations.The results of the analysis indicate that our scheme meets existential unforgeability under adaptive selective message attacks,offers conditional identity privacy protection,resists replay attacks,and demonstrates high computing and communication performance.

Optimal Operation Strategy of Electricity-Hydrogen Regional Energy System under Carbon-Electricity Market Trading

Given the“double carbon”objective and the drive toward low-carbon power,investigating the integration and interaction within the carbon-electricity market can enhance renewable energy utilization and facilitate energy conservation and emission reduction endeavors.However,further research is necessary to explore operational optimization methods for establishing a regional energy system using Power-to-Hydrogen(P2H)technology,focusing on participating in combined carbon-electricity market transactions.This study introduces an innovative Electro-Hydrogen Regional Energy System(EHRES)in this context.This system integrates renewable energy sources,a P2H system,cogeneration units,and energy storage devices.The core purpose of this integration is to optimize renewable energy utilization and minimize carbon emissions.This study aims to formulate an optimal operational strategy for EHRES,enabling its dynamic engagement in carbon-electricity market transactions.The initial phase entails establishing the technological framework of the electricity-hydrogen coupling system integrated with P2H.Subsequently,an analysis is conducted to examine the operational mode of EHRES as it participates in carbon-electricity market transactions.Additionally,the system scheduling model includes a stepped carbon trading price mechanism,considering the combined heat and power generation characteristics of the Hydrogen Fuel Cell(HFC).This facilitates the establishment of an optimal operational model for EHRES,aiming to minimize the overall operating cost.The simulation example illustrates that the coordinated operation of EHRES in carbon-electricity market transactions holds the potential to improve renewable energy utilization and reduce the overall system cost.This result carries significant implications for attaining advantages in both low-carbon and economic aspects.

Daily rolling estimation of carbon emission cost of coal-fired units considering long-cycle interactive operation simulation of carbon-electricity market

The high overlap of participants in the carbon emissions trading and electricity markets couples the operations of the two markets.The carbon emission cost(CEC)of coal-fired units becomes part of the power generation cost through market coupling.The accuracy of CEC calculation affects the clearing capacity of coal-fired units in the electric power market.Study of carbon–electricity market interaction and CEC calculations is still in its initial stages.This study analyzes the impact of carbon emissions trading and compliance on the operation of the electric power market and defines the cost transmission mode between the carbon emissions trading and electric power markets.A long-period interactive operation simulation mechanism for the carbon–electricity market is established,and operation and trading models of the carbon emissions trading market and electric power market are established.A daily rolling estimation method for the CEC of coal-fired units is proposed,along with the CEC per unit electric quantity of the coal-fired units.The feasibility and effectiveness of the proposed method are verified through an example simulation,and the factors influencing the CEC are analyzed.

考虑碳交易的电力现货市场出清多阶段优化模型研究

近年来,随着我国电力现货市场和碳市场的逐步完善,如何更好地实现电力现货市场和碳市场深度耦合,推进电碳市场向竞争市场发展已经成为一个新的研究重点。该文提出了一个考虑碳交易的电力现货市场出清多阶段优化模型,并对该模型下的电力现货市场均衡问题进行了分析。在模型的第一阶段,建立了市场机组碳配额分配模型;在第二阶段引入阶梯碳交易机制,结合各机组的碳配额,建立考虑电能量成本最小和阶梯碳交易成本最小的电力现货市场出清模型;在第三阶段,结合前两个阶段确定的各机组碳配额和中标信息,建立以电能量成本最小为目标的电价追踪模型和机组碳成本计算模型。最后将该文模型在改进的PJM5节点系统(Pennsylvania-New Jersey-Maryland 5-bus power grid)上实现,并从出清结果和市场均衡结果两个方面验证了模型的有效性。结果表明,该文所提模型能够实现市场出清经济目标与低碳目标之间的平衡,能够在不增加电碳耦合总成本的基础上实现最大的碳减排量,同时通过增强发电机组参与市场竞争的主观能动性,降低了用户侧用电成本。

考虑多重不确定性与电碳耦合交易的多微网合作博弈优化调度

双碳背景下,构建低碳运行的能源系统是实现“双碳”目标的重要方向与实施路径。为了促进多微网系统内部能源的本地消纳以及低碳经济运行,该文对不确定性环境下多微网系统的合作运行及电碳耦合交易展开研究。首先,对于每个微网,构建了电转气碳捕集系统相耦合的热电联产运行模式,基于地方碳交易市场和阶梯碳交易机制,提出了多能源微网的低碳运行模型;其次,考虑到新能源发电和电力市场电价都存在不确定性的实际情况,采用机会约束和鲁棒优化的方法,以降低不确定性影响;再次,基于纳什谈判理论,建立了多个微网电碳耦合的合作博弈模型,各微网主体可同时参与到上级能源市场和地方能源市场中进行电能和碳排放配额的交易;最后,将非凸的合作博弈问题分解为两个线性可求解的子问题,进一步采用交替方向乘子法对问题进行求解。通过算例验证,该文所提方法可以有效提升各微网经济效益并减少碳排放。

不同碳减排政策交互影响下发电企业交易策略

在双碳目标和电力系统转型背景下,发电企业的交易策略会发生重要转变。基于可再生能源配额制的实施,综合考虑碳排放权市场和绿证市场,探究了发电企业参与电力市场的最优决策。首先搭建了在多政策情形下市场主体参与交易的市场架构,理清各市场中的供求关系。随后建立发电企业利润函数,以发电企业利润最大化为目标,并分别在非合作博弈和合作博弈两种情况下,建立发电企业的最优生产交易模型。最后通过算例分析检验该交易模型,为发电企业在多种政策影响下参加电力市场交易提供依据。

计及电-碳交易与综合贡献率的多微网合作运行优化策略

多微网协同互联能够提高系统运行的稳定性与可靠性。针对多微网(multi-microgrids,MMG)系统合作运行过程中由于各微网分属于不同的利益主体而产生的微电网之间的电能交易问题、碳交易问题与利益分配问题,提出一种计及电-碳交易与综合贡献率的多微网合作运行优化策略。首先,分析了含点对点(peer-to-peer,P2P)电-碳交易的多微网合作运行架构,并引入碳捕集系统(carbon capture system,CCS)与电转气(power to gas,P2G)装置,建立了微电网系统及设备模型。其次,在单微网模型构建之后,基于纳什议价理论,构建了含P2P电-碳交易的多微网系统合作运行模型,并将非凸非线性的纳什议价问题转化为易于求解的MMG合作成本最小化与支付收益最大化两个子问题。然后,在合作后的利益分配过程中,量化各微电网对MMG的综合贡献程度并计算出各自的综合贡献率,通过综合贡献率来分配各微网的收益。最后,采用交替方向乘子法(alternating direction multiplier method,ADMM)求解,有效保护了各微网隐私。算例分析与方案对比结果表明,所提策略能够实现微网间的P2P电-碳交易,有效降低MMG总运行成本,减少系统的碳排放量,并且采用的利益分配策略公平合理,能够有效提升各微网参与合作运行的积极性。

考虑电-氢一体化的微电网低碳-经济协同优化调度

针对微电网中缺乏对碳排放流特性的精确刻画,导致运行层面中微电网的低碳运行方式和经济运行方式之间矛盾凸显,低碳和经济难以兼顾的问题,构建了计及绿电制氢和多能耦合的电-氢一体化运行框架,提出了综合考虑碳排放流和低碳需求响应的微电网低碳-经济协同双层优化调度模型。上层优化调度模型中,以风光储氢一体化工业园区为典型微电网场景,以低碳性和经济性协调最优为目标,将源侧碳交易机制融入调度决策目标中,充分挖掘微电网低碳-经济协同运行方式,以此制定微电网最优低碳经济调度策略;下层低碳需求响应模型中,以微电网用户碳减排所节约的碳排放成本为激励信号,通过建立微电网能量流与碳排放流的映射关系,实现碳排放责任的转移和分摊以及对微电网运行中的碳排放特性精细化评估,进而建立由负荷碳排放强度时空差异性引导用户参与碳减排策略的低碳需求响应(demond response,DR)模型,深入挖掘微电网源-荷间的低碳性和经济性间的协同性。以某工业园区微电网为例,验证了所提模型能有效兼顾系统的低碳性和经济性。

电碳绿证交易耦合下新能源发电商参与投标竞争的多市场博弈分析

引入碳市场和绿证市场有助于通过市场机制提高新能源的市场竞争力,进而促进新能源发展和实现电力行业低碳运行。在电力、碳和绿证交易耦合的多市场环境下,如何研究新能源发电商的策略性竞争行为及其影响是一个重要的理论课题。为此,该文建立了一个计入新能源出力不确定性且考虑电-碳-绿证交易耦合的多市场博弈均衡模型,其中考虑了新能源发电商和传统发电商在电-碳-绿证3个市场中的博弈行为,并引入偏差惩罚机制对新能源发电商的投标偏差进行处理,采用非线性互补方法求得该均衡模型的解。最后,通过算例仿真验证了所提理论模型的合理性和有效性,结果表明:与单独引入碳市场或绿证市场相比,同时引入碳市场和绿证市场更能增强新能源的市场竞争力,降低碳排放量。

基于荷-储碳流模型的电力系统双层优化调度

为减少高耗能机组出力,同时增加风电消纳能力,考虑负荷和储能两类灵活调用资源,提出基于荷-储碳放流模型的电力系统双层经济低碳优化调度方法。基于电力系统碳排放流理论,分别建立负荷和储能设备的碳排放流模型;设计考虑荷-储协同优化的低碳调度策略,在负荷侧建立基于负荷节点碳势的电-碳耦合价格需求响应模型,同时鉴于荷侧降碳调节的局限性,在储能侧建立基于碳流模型的低碳调度策略,实现荷-储协同低碳调度策略;考虑经济性和低碳性,建立包含上层经济调度、下层低碳调度的双层优化调度模型。通过改进IEEE-14节点系统对优化调度方法进行仿真验证,结果表明:提出的优化调度方法在保证经济性的同时,减少了弃风,并降低了高耗能机组出力,从而有效降低了全系统的碳排放。

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。

绿色电力消费与碳交易市场的链接机制研究

区别于国际碳市场仅纳入直接排放(范围1)的普遍设计,中国依据自身的国情除纳入直接排放(范围1),还纳入因外购电力、热力产生的间接排放(范围2)。随着绿证全覆盖制度的推进,企业绿色电力消费如何与碳市场链接成为争论的焦点。为避免重复计算、交叉补贴与“漂绿”风险,提出绿电在间接排放核算时直接扣减对应电量,剩余电量按火电处理。同时,依据绿证的成本额外性与效应额外性提出,不同类型绿电项目产生的绿证应设置不同的时间限制,存量项目6年内的绿证可用于碳市场链接,新增项目签发的绿证使用21个月原则。且需碳市场纳排企业绿电消纳比例超过所在省份可再生能源电力考核权重比例才可以进行链接。该方法较其他方法在简便性、公平性与避免重复计算方面都更优。该机制的提出可为中国电-碳市场耦合的高质量发展提供决策参考。

考虑电动汽车共享储能特性的园区综合能源系统低碳运行

园区综合能源系统拥有高效的能源利用率,然而其储能设备前期投入较高等问题仍然明显。为此,提出了计及电动汽车集群共享储能特性的园区综合能源系统低碳调度模型。首先,介绍了园区综合能源系统的运行框架,分别建立了用户及含有碳排放权交易机制的微网运营商模型。其次,充分挖掘多类型电动汽车的集群可调度潜力,制定了利用电动汽车作为储能单元的运行策略。然后,为使园区中各主体利益最大化,构建了含多用户与微网运营商的主从博弈模型。最后,以某市园区综合能源系统为研究对象进行分析。结果表明,所建立的模型不仅能降低园区中用于储能设备的成本,而且可以有效减少碳排放,实现微网运营商与用户聚合商之间的双赢。

考虑阶梯式碳交易机制的电化学储能与抽水蓄能协同调度优化

为了验证电化学储能与抽水蓄能协同调度下参与电力市场与碳市场的可行性,构建了包含火力发电、风力发电、光伏发电、抽水蓄能以及电化学储能的多能互补系统。考虑平准化度电成本(LCOE)和碳排放成本,以购能成本、LCOE、碳排放成本及弃风弃光成本之和最小为目标函数,调用MATLAB的Cplex求解器,进行调度优化求解。以西北某区域电网夏季典型日的数据为例,引入分时上网电价及阶梯碳交易机制,设置不同储能系统参与、不同碳交易机制等6种场景。结果表明:抽水蓄能与电化学储能协同调度下的电力市场收益和碳市场收益最高,系统碳排放量最低,验证了所提出的储能协同配置方案及调度优化方案的可行性。

耦合碳-绿证-消纳量市场的日前电量市场交易交互式优化

随着“双碳”目标的提出,电力行业减碳步伐加快,碳交易、绿证交易与超额消纳量交易成为减少碳排放与促进新型电力系统发展的重要市场手段。首先,基于双边集中竞价模式,构建火电、风电、光伏企业与电力用户共同参与的耦合碳-绿证-消纳量的日前电量市场交易机制。其次,兼顾市场成员收益与电量市场社会福利最优目标,建立了上下层迭代交互式交易优化模型。最后,采用交替方向乘子法进行迭代求解,并在IEEE-30节点系统上分析碳配额基准、绿证比例及消纳量交易价格对电量市场出清结果、发电商收益及用户成本的影响。算例结果表明,与单一电能量市场交易机制相比,耦合碳-绿证-消纳量的电量市场交易机制能够显著降低火电企业的碳排放量,同时提高风电、光伏企业的中标电量,激励用户跟踪系统新能源出力,减轻系统弃风、弃光现象。

考虑绿电交易的用户间接碳排放核算方法

在碳达峰碳中和背景下,为推动以新能源为主体的新型电力系统建设,各地积极组织开展绿色电力市场化交易,鼓励用户与新能源发电商直接签订绿电双边交易,主动承担碳减排经济责任。因此,准确核算用户电力消费的间接碳排放是低碳电力系统运行管理的一个关键问题。鉴于目前按照区域平均碳排放因子核算用户间接碳排放的不合理性及难以量化用户绿电双边交易对间接碳排放的作用,该文从用户角度建立碳排放流溯源方法,进而提出考虑绿电双边交易的用户间接碳排放核算方法。首先基于电路理论的潮流追踪方法,并考虑火电实时碳排放强度,建立用户侧电力消费与发电侧电力碳排放的网络映射关系;然后针对金融性绿电双边交易通过建立绿电交易等效网络,实现在用户间接碳排放核算中准确量化绿电交易的碳抵扣效应。通过算例验证了所提方法的可行性和公平性。

电碳耦合对煤电机组现货市场结算电价影响分析模型

煤电行业二氧化碳排放量占比最多,首先被纳入了全国性碳市场,而碳排放成本又对煤电现货市场结算电价造成一定程度的影响。基于此,构建了现货市场下不考虑碳排放成本的煤电机组竞价调度模型,并进行了模拟分析;继而构建了考虑碳排放成本的煤电机组竞价模型;再以广东省为例,模拟了煤电机组在“有无风光出力”“不同碳市场”情景下煤电机组现货市场报价及出清情况的变化。结果显示,随着碳市场的逐步完善,碳价和配额总量进一步收紧,煤电机组报价逐渐升高,现货市场结算电价也随之提高,夏季有风有光情景下轻度、中度、重度碳市场的平均出清电价分别为0.1607元/(kW·h)、0.1863元/(kW·h)、0.2461元/(kW·h),较未引入碳市场时分别增加了0.18%、16.14%、53.41%。

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。

考虑碳减排需求的微电网低碳经济运行策略研究

在国内双碳目标以及国际碳关税、新电池法等绿色贸易壁垒影响下,用户侧碳减排需求急剧提升。微电网作为新型电力系统与用电负荷连接的重要桥梁,既能有效平衡本地分布式能源出力,同时可以推动用户侧绿色低碳转型,满足用户碳减排需求。为此,开展考虑碳减排需求的微电网经济运行策略研究。首先,构建了含风电光伏、绿电交易、储能、电动汽车、柔性负荷在内的微电网运行模型;然后,综合考虑碳排放成本、绿色电力交易和系统运行成本建立优化模型;最后,基于CPLEX求解工具对算例展开分析,结果表明所提方法能够适应新能源出力波动、电价变化以及碳价变化,显著降低系统碳排放量,满足微网内用户碳减排需求,提升系统低碳经济运行水平。

面向多级电-碳耦合市场的虚拟电厂两阶段鲁棒交易策略

随着中国电力市场和碳市场的不断发展,虚拟电厂(VPP)已成为重要的市场参与主体。文中提出多级电-碳耦合市场下VPP两阶段鲁棒交易策略。首先,分析中国电力市场与碳市场的耦合特性,提出含电力中长期市场、一级碳市场、电力现货市场和二级碳市场的多级电-碳市场交易流程。然后,建立VPP参与多级电-碳耦合市场的两阶段交易模型。其中,第1阶段优化了VPP在电力中长期市场与一级碳市场的交易策略,第2阶段优化了VPP在日前电力现货市场和二级碳市场的交易策略。最后,为平抑VPP内可再生能源出力不确定性对交易结果的影响,建立VPP两阶段自适应鲁棒优化模型,并采用列与约束生成算法实现模型求解。仿真算例结果验证了所提模型和方法的可行性和有效性。