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计及碳捕集的含新能源电网低碳调度策略

电力工程技术 2024年第3期43卷 78-87,139页

作者：舒征宇贾可凡李黄强杨世勇姚钦王灿三峡大学电气与新能源学院湖北宜昌443002 国网湖北省电力有限公司宜昌供电公司湖北宜昌443000

在碳达峰、碳中和背景下,碳捕集机组可有效降低电力系统碳排放。但是在含新能源的电网中,碳捕集机组频繁参与系统调峰会降低系统的经济性。为此,文中首先在分析灵活运行碳捕集机组运行原理和碳交易工作机制的基础上,提出引入抽水蓄能机... 详细信息

在碳达峰、碳中和背景下,碳捕集机组可有效降低电力系统碳排放。但是在含新能源的电网中,碳捕集机组频繁参与系统调峰会降低系统的经济性。为此,文中首先在分析灵活运行碳捕集机组运行原理和碳交易工作机制的基础上,提出引入抽水蓄能机组辅助碳捕集机组参与系统调峰,以促进风电消纳,使碳捕集机组更专注捕碳工作并降低系统碳排放量;然后针对风电并网后的不确定性,引入模糊理论,将系统功率约束中风电和负荷用模糊参数表示,使约束转变为基于可信性的模糊机会约束,运用清晰等价类将模糊机会约束清晰化;接着以系统净收益最高为目标函数,综合考虑机组上网收益、抽蓄收益、碳交易收益、运行成本以及系统安全性约束等因素,构建碳捕集-抽蓄联合运行模型;最后通过CPLEX求解模型。仿真结果表明,引入抽蓄机组后系统净收益提高7.62%,碳排放降低7.01%。引入抽水蓄能机组能够兼顾系统的经济性和环保性。

关键词：抽水蓄能碳捕集机组碳交易收益模糊机会约束清晰等价类低碳经济调度

考虑源荷不确定性的风电–光热–碳捕集虚拟电厂协调优化调度

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电网技术 2020年第9期44卷 3424-3432页

作者：仲悟之黄思宇崔杨许加凯赵钰婷中国电力科学研究院有限公司北京市海淀区100192 现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室(东北电力大学) 吉林省吉林市132012 国网山东省电力公司潍坊供电公司山东省潍坊市261000

为实现电力低碳化、促进可再生能源并网消纳,需要考虑大规模波动性电源的不确定性对电网运行调度的影响。在分析碳捕集机组及光热电站工作原理的基础上,引入模糊理论,将风电和负荷用模糊参数表示,使确定性的系统约束变为基于可信性理论... 详细信息

为实现电力低碳化、促进可再生能源并网消纳,需要考虑大规模波动性电源的不确定性对电网运行调度的影响。在分析碳捕集机组及光热电站工作原理的基础上,引入模糊理论,将风电和负荷用模糊参数表示,使确定性的系统约束变为基于可信性理论的模糊机会约束,构建了考虑源荷不确定性的风电-光热-碳捕集虚拟电厂协调优化调度模型。通过优化各机组出力,在提高风电并网消纳量的同时降低碳排放量,该调度模型综合考虑碳捕集机组发电成本、风电和光热并网消纳的运行维护成本、碳交易市场收益以及电网安全运行约束等因素,并应用梯形隶属度参数的清晰等价类,将机会约束清晰化,以对模糊机会约束进行求解。算例基于西北某省风电、负荷实测数据,通过CPLEX优化软件求解模型,仿真结果验证了所提调度模型可有效促进风电消纳、实现电力低碳化。

关键词：碳捕集机组风电光热虚拟电厂不确定性模糊机会约束

计及源荷双端灵活性的电力系统低碳经济调度研究

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计及源荷双端灵活性的电力系统低碳经济调度研究

作者：臧紫坤南昌大学

学位级别：硕士

近年来,环境污染与全球极端气候问题日益突显,以风、光等清洁能源为主的能源供给侧改革已成为普遍共识,电网新能源接入比例不断增大。由于新能源出力不确定性、间歇性等特点,高比例可再生能源接入面临消纳难题,电力系统调峰能力明显不... 详细信息

近年来,环境污染与全球极端气候问题日益突显,以风、光等清洁能源为主的能源供给侧改革已成为普遍共识,电网新能源接入比例不断增大。由于新能源出力不确定性、间歇性等特点,高比例可再生能源接入面临消纳难题,电力系统调峰能力明显不足。因而系统迫切需要提升灵活性容量来调节负荷波动,充分挖掘系统在源荷两端的灵活调节潜力。因此,在碳交易市场逐步完善的情况下,研究多类型需求响应、火电机组储热改造以及碳捕集机组综合灵活运行方式等灵活调节资源对电力系统的低碳经济运行具有一定现实意义。本文从提升源荷双端灵活性入手,研究电力系统低碳经济调度运行,主要内容如下:首先,本文以负荷类型中典型的工业负荷、商业负荷、居民负荷以及农业负荷为例,根据各类用户对电价的敏感程度与用电特征建立多类型需求响应机制,并建立改进型分时电价与可中断响应模型。通过对储热改造的运行机理分析建立相应的数学模型,同时,研究综合灵活运行方式下碳捕集电厂的运行特点与各单元能流耦合关系并建立运行模型。基于此,介绍了提升源荷双端灵活性可降低系统碳排放的运行机理,为计及源荷双端灵活性的低碳调度研究奠定基础。然后,研究了计及多类型需求响应与机组储热改造的电力系统低碳经济调度问题。充分挖掘负荷侧灵活性,结合机组储热改造技术提升电源侧灵活性,构建了考虑多类型需求响应与机组储热改造的电力系统低碳经济调度分层模型;上层构建峰谷动态电价约束,以负荷方差与需求响应成本为目标,下层以燃煤成本、启停成本、碳交易成本、环境保护税成本、备用成本等系统运行总成本最小为目标。以改进12机系统为例,应用本文所提模型和方法模拟考虑储热改造机组与多类型需求响应的系统协调优化调度,结果验证了所建模型的有效性。最后,研究了考虑动态电价与碳捕集电厂综合灵活运行的低碳经济调度问题。分析了时间三等分与功率三等分划分动态峰谷时段的原理,并建立了数学模型;为细化碳交易成本对电力生产决策的影响,引入阶梯碳交易机制,并对综合灵活运行的碳捕集电厂内部化建模。构建上层以需求响应成本与负荷方差为目标,下层计及碳捕集溶剂损耗成本、碳收益、燃煤成本、启停成本等综合成本最小的电力系统低碳经济分层调度模型。基于第三章算例,验证了所提模型和方法的合理性。

关键词：灵活性资源需求响应储热改造碳捕集机组低碳经济调度

考虑电-氢-气协调的综合能源系统低碳经济调度研究

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考虑电-氢-气协调的综合能源系统低碳经济调度研究

作者：徐谨谦沈阳工业大学

学位级别：硕士

随着我国在联合国大会上提出实现“碳达峰、碳中和”目标以来,建设绿色、低碳的电-氢-气等能源深度协调的综合能源系统逐步成为了当前我国能源发展的主要研究方向。同时,在电-氢-气互联综合能源系统中引入碳捕集、碳封存等减碳技术与设... 详细信息

随着我国在联合国大会上提出实现“碳达峰、碳中和”目标以来,建设绿色、低碳的电-氢-气等能源深度协调的综合能源系统逐步成为了当前我国能源发展的主要研究方向。同时,在电-氢-气互联综合能源系统中引入碳捕集、碳封存等减碳技术与设备,可以进一步降低系统的碳排放。但是,在电-氢-气互联综合能源系统实际运行过程中,如何分配碳市场中各能源供应商或各能源供应设备的碳排放权,实现电-氢-气互联综合能源系统内部各能源供给设备的经济运行,并促进新型电力系统中碳减排理论与碳减排技术的应用,成为了当前亟须研究与解决的主要问题。基于上述研究问题,本文通过建立含碳捕集机组的电-氢-气互联综合能源系统模型,研究分析电-氢-气互联综合能源系统的碳排放特性,并基于阶梯式碳交易理论建立电-氢-气互联综合能源系统低碳经济调度模型,可以充分发挥电-氢-气互联综合能源系统的碳减排能力,为促进电网向低碳、经济型运营模式转变提供理论基础。论文的主要研究内容如下:(1)电-氢-气互联综合能源系统模型与碳排放量模型研究。首先,通过分析电-氢-气互联综合能源系统的架构,建立电-氢-气互联综合能源系统中各能源供给设备、能量转换存储设备及系统内多种能源间耦合输入-输出的模型,分析电-氢-气互联综合能源系统内部电、氢、气等多种能源输出特性。然后,通过研究综合能源系统内部火电机组、燃气轮机组等能源供给设备的碳排放特性和天然气用户的碳排放特性,建立考虑电-氢-气协调的综合能源系统碳排放量计算模型,为后文研究电-氢-气互联综合能源系统低碳经济调度方法奠定研究基础。(2)电-氢-气互联综合能源系统碳减排能力优化模型研究。为提升电-氢-气互联综合能源系统碳减排能力,降低电-氢-气互联综合能源系统的碳排放量,通过分析碳捕集设备的运行原理,建立考虑二氧化碳转换与设备运行能耗的碳捕集设备运行模型;然后,分析电-氢-气互联综合能源系统中碳捕集设备与其他能源供给设备的联合运行机理和特性,以电-氢-气互联综合能源系统的碳减排总量最优为优化目标,建立含碳捕集设备的电-氢-气互联综合能源系统碳减排能力优化模型,并采用改进的二元灰狼算法对建立的碳减排能力优化模型进行求解;最后,搭建相应的仿真模型和仿真场景,分析电-氢-气互联综合能源系统在各运行场景下的碳减排能力,以验证所提方法的可行性和有效性。(3)考虑碳交易机制的电-氢-气互联综合能源系统低碳经济调度模型研究。首先,通过分析有偿分配、无偿分配以及混合分配等碳排放量分配方法,建立基于分布式决策的电-氢-气互联综合能源系统碳排放量初始额分配模型,对碳交易机制进行分析;然后,考虑系统的总运行成本最低和碳交易成本最小为优化目标,建立基于阶梯式碳交易的电-氢-气互联综合能源系统低碳经济调度模型,并通过算例仿真分析电-氢-气互联综合能源系统运行成本、碳排放量、运行功率随碳价格变化的关系,以及分析阶梯式碳交易机制下细化电转气设备对电-氢-气互联综合能源系统运行调度的影响,实现电-氢-气互联综合能源系统的最优运行。

关键词：碳捕集机组综合能源系统低碳经济调度碳交易机制

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碳减排约束下风火发电商市场效益的协调优化

电力系统及其自动化学报 2019年第9期31卷 89-95页

作者：刘铠诚何桂雄孙洪吕佳郭炳庆中国电力科学研究院北京100192 国网宜春供电公司宜春336000 国网九江供电公司九江332000

灵活运行的碳捕集火电机组爬坡速率较快,将其与随机风电打捆形成新的风火发电商并整体协同参与调度,可克服风电的波动给系统带来的不利影响。在低碳环境下,以调度周期内该风火发电商在电能市场与碳排放权交易市场中的净效益最大为目标,... 详细信息

灵活运行的碳捕集火电机组爬坡速率较快,将其与随机风电打捆形成新的风火发电商并整体协同参与调度,可克服风电的波动给系统带来的不利影响。在低碳环境下,以调度周期内该风火发电商在电能市场与碳排放权交易市场中的净效益最大为目标,以碳排放强度和碳排放总量为约束,建立风火发电商市场效益模型;以研究发电商优化运行策略,并探讨碳价、碳排放强度约束和碳排放总量约束的灵敏度影响。仿真结果表明,该风火发电商在低电价时段提高碳捕集水平,从碳市场获利;高电价时段降低碳捕集水平,增加并网发电功率。不同的碳价和碳排放约束水平,将导致碳捕集水平、各项成本收益和净碳排放量呈现不同的变化趋势。

关键词：碳捕集机组风电风火发电商碳价碳排放强度碳排放总量

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多能源互补的虚拟电厂低碳调度研究

工业仪表与自动化装置 2022年第5期 76-83页

作者：张明光赵文渊李鹏程兰州理工大学电气工程与信息工程学院甘肃省工业过程先进控制重点实验室兰州理工大学电气与控制工程国家级实验教学示范中心甘肃兰州730050

为了有效降低电力系统的运行成本及碳排放量,该文在分析各机组运行特点的基础上,充分考虑火电机组发电成本、可再生能源运行维护成本、碳排放权收益及各项约束条件,通过合理调度风能、光能和水能等可再生能源发电使综合成本最优,提出多... 详细信息

为了有效降低电力系统的运行成本及碳排放量,该文在分析各机组运行特点的基础上,充分考虑火电机组发电成本、可再生能源运行维护成本、碳排放权收益及各项约束条件,通过合理调度风能、光能和水能等可再生能源发电使综合成本最优,提出多能源互补的虚拟电厂低碳调度模型,通过合理调度风险、光能和水能等可再生能源发电使综合成本最优。算例采用北方某风光发电基地实测数据,并基于粒子群算法进行分析获得多个场景下风光预测功率。算例仿真结果表明所提模型能够降低系统运行成本、减少CO_(2)排放量。

关键词：碳捕集机组可再生能源虚拟电厂优化调度方法

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基于风电-碳捕集虚拟电厂的环保经济调度

现代电力 2017年第4期34卷 21-26页

作者：孙洪胡剑宇颜勇郑权国晁岱旭周任军智能电网运行与控制湖南省重点实验室(长沙理工大学) 湖南长沙410114 中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司湖南长沙410007

风电间歇性和波动性强,难以被直接调度。储液式碳捕集机组能快速改变捕集系统运行状态,将其与风电聚合为虚拟电厂整体参与调度。以各时段内该虚拟电厂在电力市场与碳市场中的净收益最大为目标,构建包含溶液储量关系子模型的日前-实时双... 详细信息

风电间歇性和波动性强,难以被直接调度。储液式碳捕集机组能快速改变捕集系统运行状态,将其与风电聚合为虚拟电厂整体参与调度。以各时段内该虚拟电厂在电力市场与碳市场中的净收益最大为目标,构建包含溶液储量关系子模型的日前-实时双阶段环保经济调度模型。以日前调度结果作为申报出力,根据风电出力偏差,实时修正碳捕集机组净输出功率以跟随风电变化。仿真结果验证了模型的合理性。虚拟电厂联合运行模式可协调优化内部各单元的出力安排与净碳排放水平,使风电成为可调度资源;相较于独立运行模式,能获得更显著的碳减排效益和更高的经济效益。

关键词：碳捕集机组储液式风电虚拟电厂环保经济调度

考虑单碳量与双碳量的风电—碳捕集虚拟电厂低碳经济调度

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考虑单碳量与双碳量的风电—碳捕集虚拟电厂低碳经济调度

作者：孙洪长沙理工大学

学位级别：硕士

作为碳排放的大户,电力工业的碳减排压力巨大,因此需提高清洁能源在电源结构中的比重,而清洁能源包括风电和碳捕集机组等。目前风电得到大力发展,但其间歇性和波动性强,难以被直接调度。传统火电机组的出力调整速度较慢,且经常调整成本... 详细信息

作为碳排放的大户,电力工业的碳减排压力巨大,因此需提高清洁能源在电源结构中的比重,而清洁能源包括风电和碳捕集机组等。目前风电得到大力发展,但其间歇性和波动性强,难以被直接调度。传统火电机组的出力调整速度较慢,且经常调整成本很大,而碳捕集机组能快速改变捕集系统运行状态,因而其能快速调整净出力,是风电的理想调峰电源。鉴于我国未来仍将以火电为主的能源结构使得碳捕集机组备受关注,将其与风电结合在一起能够相互促进共同发展,对节能减排而言意义重大。碳捕集机组的灵活运行特性来源于碳捕集系统,因而深入研究捕集系统的运行流程,首次形成了捕集系统的单碳量模型。由出力随机的风电机组和灵活运行的碳捕集机组聚合而成的风电-碳捕集虚拟电厂,可实现内部协同优化,整体参与电网调度。应用所提出的单碳量模型,以各时段内该虚拟电厂在电力市场与碳市场中的净收益最大为目标,构建了虚拟电厂经济性优化调度模型。仿真结果表明虚拟电厂联合运行模式可协调优化内部各单元的出力安排与净碳排放水平,以跟踪风电出力变化,使风电成为可调度资源;相较于独立运行模式,能获得更显著的碳减排效益和更高的经济效益。上述单碳量模型是建立在捕集系统正在处理的CO2量只有一个值的基础上的,不够精确。为更准确描述捕集流程,将捕集系统正在处理的CO2量的单碳量形式,改进为再生塔正在处理的CO2量和吸收塔正在处理的CO2量的双碳量形式,从而首次提出了新型双碳量模型,并将其计入机组运行约束。以各时段内该虚拟电厂在电力市场与碳交易市场中的净收益最大化为目标,构建了虚拟电厂双阶段低碳经济调度模型。以日前调度结果作为虚拟电厂申报出力;在实时调度阶段,动态修正碳捕集机组的净输出功率,并辅以储能电池,以克服风电出力变化导致虚拟电厂实际出力偏离其申报值的难题。在仿真算例中对比分析了单碳量模型和双碳量模型,验证了所提双碳量模型合理,且除了具有传统单碳量模型的所有效果外,改进双碳量模型的储能电池配置容量将减少,且其经济性和低碳性更好。

关键词：风电机组碳捕集机组清洁能源虚拟电厂单碳量模型双碳量模型碳排放权交易低碳经济双阶段优化调度

碳交易下考虑碳捕集机组和需求响应的低碳经济调度

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碳交易下考虑碳捕集机组和需求响应的低碳经济调度

作者：李怡舒长沙理工大学

学位级别：硕士

电力行业作为碳排放的主要来源之一,在节能环保社会中面临巨大的减排压力。电力系统调度中如何协调发电侧和需求侧排放、如何兼顾经济运行和低碳环保、如何应对碳交易市场中碳价的不确定性等方面的研究具有非常重要的意义。为了低碳调... 详细信息

电力行业作为碳排放的主要来源之一,在节能环保社会中面临巨大的减排压力。电力系统调度中如何协调发电侧和需求侧排放、如何兼顾经济运行和低碳环保、如何应对碳交易市场中碳价的不确定性等方面的研究具有非常重要的意义。为了低碳调度和经济运行,考虑不同电源的碳排放特性,将发电资源分为高碳排放、低碳排放和零碳排放三类。在碳交易机制下,将碳交易成本引入目标函数,并将需求侧响应作为可调度资源,以需求响应调用成本、常规火电机组燃料成本、碳捕集机组燃料成本和碳交易成本之和最小作为目标函数,建立了考虑碳捕集机组和需求响应的低碳经济调度模型。当碳价为一确定值时,求取调度周期内高碳、低碳和零碳发电资源等各碳排放水平的机组出力。算例结果表明,受确定性碳价影响,调度周期内高碳排放机组在低负荷时将会减少出力,低碳排放火电机组和碳捕集机组在调度周期内都得到充分利用,需求响应资源在高负荷时将被连续调用。当市场碳价变化时,随着碳价增加,调度周期内碳排放量将减少,发电成本、捕集总耗能和需求响应量则随之增加。考虑碳市场中碳价受政策、碳排放总量和季节气候等多重因素影响而呈现出一定的波动性,采用条件风险价值法CVaR对碳交易成本函数随机性进行处理,建立考虑碳价不确定性的低碳经济调度模型。由于CVaR描述的碳交易成本函数直接求解困难,采用蒙特卡罗模拟和解析法相结合,将函数离散化通过YALMIP求解器简捷求解。算例结果表明,随着置信水平不断提高,电力系统趋于规避风险状态,碳捕集机组出力和机组净输出功率、捕集总耗能和负荷侧需求响应量逐渐下降,但系统净碳排放量增加,碳交易成本逐渐增加。综合表明在低碳经济调度中考虑碳价不确定更加符合实际。

关键词：低碳经济调度碳捕集机组需求响应碳交易碳价不确定