关键词： 综合能源系统   碳捕集技术   阶梯碳交易机制   需求响应   不确定性  

摘要： 随着人们对环境污染与能源短缺问题的日益关注,能源行业开始追求绿色低碳的可持续发展。综合能源系统作为一种新型的能源供应系统,能够实现电、热、气等多种能源的互补优化利用,提高能源利用率、降低碳排放。然而综合能源系统安全运行面临诸多挑战,如可再生能源出力的不确定性、能源需求的波动性等。为实现综合能源系统的优化运行,本文从设备耦合、碳交易机制、综合需求响应三个方向入手,对系统的优化调度问题开展研究,在考虑低碳性与经济性的同时,进一步计及系统的多重不确定性,主要内容如下: 首先,本文研究了电热气综合能源系统的基本结构框架。从能源供应设备、能源转化设备、能源存储设备三个部分详细分析了综合能源系统的各个组成设备并进行数学建模,在需求侧引入需求响应机制,并分析其对系统调度的影响。 其次,为了提升系统的低碳性与经济性,以各个设备数学模型为基础,建立考虑碳捕集、两阶段电转气、氢燃料电池三者联合运行的综合能源系统优化模型。该模型从市场机制和设备耦合两个方面出发:在市场机制方面引入了阶梯碳交易机制限制系统的碳排放;在设备耦合方面引入了碳捕集与电转气设备来捕集吸收系统产生的二氧化碳,解决了P2G所需二氧化碳的来源问题,并加入氢燃料电池来进行氢能利用,提升P2G的多重效益。仿真结果表明该优化调度模型能有效提高系统的低碳性与经济性,并提升系统可再生能源消纳能力。 最后,提出了一种考虑源荷多重不确定性与需求响应的双层优化调度模型。对上层能源运营商优化电价和系统设备出力规划策略,下层用户聚合商跟随优化用能策略,实现双方利益最大化。同时,对上层模型考虑了可再生能源出力和电价的不确定性,通过机会约束和鲁棒优化来解决系统的风光不确定性以及电价不确定性问题,提升系统面对不确定性问题的能力。对下层模型引入电热综合需求响应,挖掘用户侧调度潜力,实现负荷的平滑分布。最后使用双变异策略差分进化法加CPLEX求解器对模型求解,结果表明在用户侧引入综合需求响应并且考虑多重不确定性能提高用户用能合理性,实现用户负荷曲线削峰填谷,有效提升了系统的经济性。

关键词： 综合能源系统   低碳经济调度   碳捕集机组   光热电站   联合运行  

摘要： 随着全球变暖问题日益严峻和“双碳”目标的提出，以火力发电为主的电力行业亟需向低碳清洁方向转型。在转型背景下，多能互补、多源协同的综合能源系统凭借极大的减排潜力成为关键技术方向。为深入挖掘综合能源系统的低碳经济潜力，论文以风光资源富集的西北地区冬季供暖期为实验对象展开低碳经济优化调度研究。主要研究内容如下：　　（1）针对供暖期热电联产（combined heat and power，CHP）机组存在热电耦合及碳捕集设备电负荷高峰期出力不足的问题，构建了碳捕集机组与光热电站（concentrating solar power，CSP）联合运行的综合能源系统。首先引入碳捕集技术（carbon capture and storage，CCS）对 CHP机组进行低碳化改造以降低系统碳排。然后将当地已建成的光热电站引入系统，利用其已配置好的储热罐储存 CHP机组的产电余热，解耦CHP机组“以热定电”约束，时移热量供给热负荷，提高系统运行灵活性。此外，光热电站能够在电负荷高峰期供电，提高碳捕集出力。　　（2）为研究碳交易市场机制对系统减排的影响，提出一种考虑阶梯碳交易机制的 CCS-CHP-CSP 综合能源系统优化调度方法。首先将传统碳交易机制中的固定碳价改进为阶梯碳价，构建一种阶梯碳交易机制成本模型，进一步约束系统碳排放。然后以包含该成本在内的综合运行成本最小为目标，建立了阶梯碳交易下的CCS-CHP-CSP经济优化调度模型。最后运用CPLEX求解器对其进行求解，通过对多个方案的调度结果进行分析，验证所提调度方法的低碳经济性。　　（3）为研究不确定性以及负荷侧综合需求响应（integrated demand response, IDR）对系统低碳经济性的影响，建立一种计及不确定性的 IDR-CCS-CHP-CSP综合能源系统源荷低碳经济调度模型。首先基于拉丁超立方抽样和 k-means 聚类法生成源荷典型场景，将不确定问题转化为场景分析选择问题。针对该问题，提出一种综合考虑系统波动性、经济性以及场景发生可能性的评估指标以选出最典型场景。然后对需求响应原理进行分析，构建一种计及负荷转换与用户满意度的需求响应模型，旨在保证用户用能满意度的同时实现源荷双侧互动，提高系统经济低碳效益。最后以总成本最小为优化目标，在最典型场景下对建立的模型进行求解分析，结果表明：所提场景选择方法更贴合实际，且该源荷协调优化调度模型对用户用能满意度影响较小，并能有效减少系统碳排放量，降低运行成本。

关键词： 综合能源系统   优化调度   碳捕集系统   P2G设备   阶梯型激励需求响应  

摘要： 近年来,全球环境问题日益严重,传统化石能源由于其不可再生性和污染性逐渐不再适合低碳可持续发展的大环境,对传统能源系统进行改革势在必行。综合能源系统耦合电、热、气等能源,利用各种耦合设备实现不同能量间的相互转化,提高能源利用率的同时降低了系统碳排放。本文针对含碳捕集系统(CCS)和电转气设备(P2G)的电-热-气综合能源系统优化调度问题展开研究,从源荷侧分析综合能源系统低碳调度措施。 首先从能源供给侧入手,构建综合能源系统基本架构,介绍系统中各耦合设备的运行原理并建模,分析热电联产机组和碳捕集设备特性,建立联合热电联产机组和碳捕集设备的碳捕集电厂,研究碳捕集电厂的架构与能量流向,分析烟气分流和储液罐对碳捕集电厂的影响,建立灵活运行方式的碳捕集电厂模型。 其次,从系统机制和中间转化设备入手,介绍碳交易机制并建立阶梯碳交易模型,耦合灵活运行方式的碳捕集电厂和P2G设备,建立CCS-P2G联合运行数学模型,利用储液罐时移特性解决碳捕集电厂和P2G设备运行时间不同步问题,建立考虑CCS-P2G联合运行的综合能源系统优化调度模型。算例表明灵活运行方式CCS-P2G联合运行模型能够在提高系统经济效益的同时降低系统碳排放,提高对风电、光电的消纳水平。 最后,引入需求响应机制,充分挖掘负荷侧潜力。改进传统激励需求响应机制,建立阶梯型激励需求响应模型,引入评价指标,在此基础上建立考虑CCS-P2G联合运行和阶梯型激励需求响应的综合能源系统优化调度模型,算例表明阶梯型激励需求响应模型能够进一步提高综合能源系统的经济性,降低系统碳排放量。

关键词： 综合能源系统   多能互补   热电联产   联合优化   潮流计算   牛顿-拉夫逊法   㶲流   㶲损   㶲平衡  

摘要： 为实现电力系统和热力系统的联合优化,提高能源的利用效率和经济效益,提出电力潮流和㶲流联合驱动的热电联产综合能源系统(CHP-IES)优化运行方法。利用极坐标形式下的牛顿-拉夫逊法进行潮流计算,经迭代后得到电力网络各节点电气量及功率、热力网络各节点温度及流量等重要参数;探究电力网络、热力网络、热电联产机组等耦合元件的㶲流计算机理,以4节点电-6节点热构成的CHP-IES为对象,分析㶲流分布和各个环节的㶲损情况,实现电力系统和热力系统的联合优化。算例证明系统满足局部和整体㶲平衡关系,其中热力系统㶲效率为97%左右。

关键词： 氢能多元利用   绿证交易机制   碳交易机制   综合能源系统   热回收利用  

摘要： 为充分利用综合能源系统的多能耦合特性和高比例新能源的特点,提出一种计及氢能精细化多元利用和绿证-碳联合交易的综合能源系统低碳经济优化调度策略。针对氢能的低碳清洁特性,建立含电解制氢、氢转电热、氢制甲烷以及热电掺氢的氢能多元利用模型,并考虑氢能利用过程中产生的余热,在氢能多元利用模型中引入热回收装置,提出氢能精细化多元利用结构;为提升新能源消纳能力以及降低系统碳排放量,分别建立碳交易机制和绿证交易机制,并针对两者之间的关联性提出绿证-碳联合交易机制;兼顾综合能源系统的经济性和环保性,建立以绿证交易成本、购能成本、碳交易成本、运行维护成本和弃风成本之和最低为目标的综合能源系统低碳经济调度模型。算例结果表明,所提模型能够提高新能源消纳能力,显著降低碳排放量,实现了能源的高效利用和综合能源系统的低碳经济运行。

关键词： 能源跨境互联   碳-绿证交易   协同优化调度   低碳  

摘要： 针对相邻国家能源市场机制不同、多边协同调度难度大等问题,提出一种考虑碳-绿证联合交易的跨境综合能源系统协同运行优化方法。根据不同国家综合能源系统所处位置,提出考虑热网、电网损耗的跨境综合能源系统模型。在充分考虑跨境能量流动与转化的基础上,引入跨境绿证、碳交易,建立考虑碳-绿证联合交易的跨境综合能源系统协同优化模型。基于所建模型的仿真结果分析表明,在跨境综合能源系统中引入碳、绿证交易可减少不同国家的综合能源系统运行成本,同时提高能源优化配置与可再生能源消纳量。

关键词： 绿色证书交易   碳交易   需求响应   低碳经济   综合能源系统  

摘要： “30·60”双碳背景下,将现有绿色证书交易、碳交易和需求响应机制实现联动,更能反映可再生能源低碳属性,实现系统低碳经济性。该文提出考虑绿证-碳联合交易与需求响应综合能源系统经济运行策略。首先,引入绿色证书交易和碳交易机制,通过绿色证书碳减排机理,联动绿色证书交易与碳交易;其次,引入需求响应机制,优化用户用能行为,促进可再生能源消纳,提高绿色证书和碳交易收益;最后,提出以购能成本、绿色证书交易成本、碳交易成本和需求响应补偿成本之和最小为目标的经济运行策略。算例结果证明:在综合能源系统中引入绿色证书交易、碳交易和需求响应机制具有优越的低碳经济性。

关键词： 海上风电   光伏发电   储能转换   多能源联合   发电运行   控制方法  

摘要： 当前的多能源联合发电运行控制结构一般设定为独立形式,控制效率较低,导致受阻电量均值比增加。文章设计一种含海上风电—光伏—储能的多能源联合发电运行控制方法,并验证其可行性。根据发电运行控制需求及标准的变化,提取多能源联合发电调峰特性,采用多时段的方式提升控制效率,设计多时段发电运行控制结构;构建随机约束自适应发电运行控制模型,采用联合调峰交叉优化处理,实现发电运行控制。最终的测试结果表明,在设定的6个测试周期内,相比传统多能源联合自动发电控制(AGC)测试组和传统惯性动态多能源联合发电优化控制测试组,多能源联合发电运行控制测试组最终得出的受阻电量均值比能较好地控制在0.25以下,说明在当前的多能源联合发电背景下,该方法的运行控制效果更佳,误差可控,具有一定的实际应用价值。

关键词： 光伏发电   风力发电   抽水蓄能电站   联合运行  

摘要： 本论文探讨了光伏发电、风力发电和抽水蓄能电站联合运行的理想场景。通过对光伏发电和风力发电技术、抽水蓄能电站原理和应用的概述,分析了它们在能源行业的地位和应用情况。进一步研究了联合运行的概念、机制和系统级别的优化策略,包括能量互补与优化调度、多能源协同供应与配电网。在经济效益和环境影响评估方面,进行了成本效益分析和环境友好性评估。最后,探讨了联合运行面临的技术挑战和发展前景,包括技术创新与应用推广、政策和市场推动因素。