关键词： 灵活性资源   综合能源系统   优化配置   氢能   不确定性  

摘要： “双碳”战略下，可再生能源渗透比例不断提升，随之而来的灵活性资源缺乏问题也日趋严重。为构建安全、高效、低碳的清洁能源系统以应对这一挑战，提出了一种考虑多灵活性资源联合运行的综合能源系统优化配置方法。所述方法首先对电转气设备的两阶段运行进行了精细化建模，引入了掺氢燃气轮机和电转气设备协同运行，以充分利用H2的低碳特性，同时通过碳捕集设备向电转气设备提供碳原料，实现了CO2的循环利用，从而构建了以氢能为核心的灵活性资源联合运行框架；然后，针对可再生能源出力不确定性问题，通过Elbow法确定了最优聚类数目，并利用K-means聚类算法得到了风速的典型场景；在此基础之上，以投资成本、运维成本、置换成本、环境惩罚和弃风惩罚成本之和最小为目标，综合考虑设备约束、能量平衡约束及灵活性约束建立了优化配置模型；为解决模型的非线性问题，采用了大M法将其线性化处理并完成模型求解。最后，基于西南某地区实测数据进行了算例验证，结果表明：采用本文提出的方法，所示综合能源系统的总成本降低了10.22%、新能源渗透率提高了6.01%、环境惩罚成本降低了2.65%，所提方法有效提升了系统的经济性、新能源消纳量，显著降低了系统碳排放水平。

关键词： 海上风电   光伏   储能   多能源联合  

摘要： 光伏技术是一种将太阳能转化为电能的重要技术,具有低成本、高效率等优势,因此光伏发电在能源结构中的占比逐年增加。储能技术则能解决可再生能源的间歇性和不稳定性问题,提升供电可靠性和稳定性。海上风电、光伏和储能的多能源联合发电系统能够充分利用各种能源的优势,实现高效互补。基于此,文章提出海上风电-光伏-储能的多能源联合发电系统,阐述该系统的运行控制方法。同时,设计了一套综合实验方案,模拟不同天气和风速下的系统运行情况,并评估系统性能。实验结果显示,储能系统能有效平衡出力和负荷需求,提升系统运行稳定性。

关键词： 条件风险价值   低碳运行   可再生能源   备用优化  

摘要： 在双碳目标下,风电渗透率增加给新型电力系统的安稳运行带来挑战,而条件风险价值法(Conditional Value-at-Risk,CVaR)可对风电的随机风险进行分类量化评估,以用于系统调度运行。根据CVaR提出了改进的多层级条件风险价值法(Multi-layer Conditional Value-at-Risk,MCVaR),并建立了基于MCVaR的高渗透可再生能源电力系统低碳运行联合优化模型。仿真算例结果表明,MCVaR相较于CVaR能够显著降低系统的弃风与切负荷量,同时系统的极端损失下降了49.45%。所提方法能够在满足系统可控风险约束的前提下,实现运行经济效益与低碳环保收益的综合最优化。

关键词： 风-光-火-抽蓄   机会约束   优化调度   低碳经济   可信容量  

摘要： 随着能源结构的转型和可再生能源的迅速发展,构建新型电力系统是实现“双碳”目标的重要举措。然而,高比例可再生能源并入电网会严重影响系统的运行,造成电力电量供需平衡难度逐步加剧,多能互补技术为新型电力系统的发展提供契机。因此,构建以可再生能源为主的新型电力系统优化调度模型,对提高可再生能源的利用率和系统低碳经济运行尤为重要。鉴于此,本文的主要研究内容如下: (1)介绍了多能互补联合发电系统的结构,将新型电力系统的供需平衡概念量化为电力电量平衡,构建了抽蓄、风电、光伏、火电出力特性模型,从效益和环境角度对火电机组的调峰特性进行分析,详细介绍了抽蓄电站基于时间维度的功能和应用场景,为联合系统低碳优化运行奠定基础。 (2)建立了考虑风光不确定性的风-光-火-抽蓄联合系统低碳优化调度模型。采用模糊机会处理功率平衡约束,并耦合阶梯式碳交易,引入置信区间表征风光出力的不确定性,将火电机组运行成本、弃风弃光惩罚成本、抽蓄电站运行成本以及碳排放成本构成的综合成本最低作为优化目标,最后,对建立的模型进行求解,优化结果表明:系统的综合运行成本减少了 24.5万元,CO2排放量减少了 1761.5t;风光渗透率为44%时,联合运行系统的综合运行成本和CO2排放量达到最低值,分别为899.0万元和6854.0t;风光置信度从0.65增加至0.90时,弃风光率减少了 13.6%。 (3)构建了考虑需求响应资源的风-光-火-抽蓄联合系统短期多时间尺度日前-日内优化调度模型。在负荷侧引入需求响应资源,日前优化调度中以可调度需求响应价格最低为优化目标。日内的优化目标是联合运行系统的运行成本最低,有效的减小了负荷的峰谷差,以15min为一个调度运行周期,算例结果表明:随着时间尺度的精细化,“负荷需求响应+储能”的调节,能够减少了系统的综合运行成本292.5万元,降低了 CO2排放量152.8t,验证了模型的优越性。 (4)建立耦合等效容量法的风-光-火-抽蓄联合运行系统容量可信度及综合能效评估模型。制定了抽蓄电站两种调峰运行策略,提出了抽蓄电站综合能效三维指标,量化抽蓄电站在新型电力系统中的综合能效特性,评估了风电、风电-光伏、风电-光伏-抽蓄的等效容量,并计算抽蓄电站在两种策略下的机组容量效率、机组调峰容量、机组环境效益综合能效指标。评估结果表明:抽蓄电站将可再生能源的容量可信度提高了 6.5%,容量利用率提高了 11.5%,峰谷调节系数提高了 7.4%,减少的CO2排放量平均为6633.3t,验证了构建模型的有效性。

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： 农村多能源系统   结构设计   联合运行   分布鲁棒优化调度   利益分配  

摘要： 能源是发展命脉，也是民生保障。作为我国能源体系的重要部分，农村能源是推进乡村振兴战略以及实现碳达峰、碳中和目标的重要增长极，农村能源革命成为构建减排固碳、产业振兴、共同富裕新格局的必经之路。然而，当前农村能源结构不合理、可再生资源利用不充分、基础设施薄弱，传统农村能源系统尚不能适应能源转型战略下的乡村建设。在此形势下，加强废物利用和推广循环模式已成为农村重要发展理念，探索废物能源化利用和新能源系统联合运行的发展路径是应对农村能源问题的重要手段。面对农村地区资金链薄弱、分布式资源波动性强、能源系统建设成本高、耦合关系复杂等现实因素，本文按照“结构设计-运行优化-利益分配”的脉络，对含废物处理的农村多能源系统联合运行优化策略及利益分配问题展开研究，主要研究工作及创新点如下:　　首先，考虑到农村多种废物处理需求及多种用能需求，引入垃圾焚烧发电和生物质厌氧发酵产沼两种废转能技术，建立包含垃圾焚烧、生物质沼气、分布式光伏、储能多个供能系统在内的电-热-气农村多能源系统（W-RMES）,并基于设备特点和用能特性构建相关数学模型，拓展了推进农村能源利用低碳转型的实现路径和理论框架。　　其次，针对系统中光伏出力的不确定性问题，构建基于Wasserstein距离的分布鲁棒优化调度模型（DRO）,实现废物处理与电、热、沼气多种能源供应的协调优化。仿真结果表明，W-RMES的DRO调度模型通过协调废物能源供应和可再生能源波动，提高了农村地区的多种能源供应能力和多种废物处理能力。与传统农村能源系统相比，W-RMES运行成本降低14.87％以上，烟气产生量减少12.89％以上，废物处理能力提高21.77％以上。同时，该模型在计算速度、数据驱动、均衡系统经济性和鲁棒性方面具有突出优势。　　最后，由于系统建设和运营涉及多方主体，为平衡各方利益、推进系统建设落地，构建多主体合作投资农村多能源系统的Nash-Harsanyi讨价还价博弈利益分配模型，通过边际贡献度、设备使用率、出力准确度、环境友好性多方面量化谈判力水平，实现收益的公平分配和合作联盟的稳定运行。仿真结果表明，合作运行下各主体利益均高于独立运行，且该方法可以体现主体真实贡献和潜在价值，激励各主体参与合作建设、优化运行的积极性，有利于提高联盟运行效率，对于农村多能源系统落地建设和健康发展具有重要现实意义。

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。