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考虑源荷低碳特性的电气热综合能源系统经济调度

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考虑源荷低碳特性的电气热综合能源系统经济调度

作者：朱炳霖华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

随着能源互联和低碳电力的持续推进,综合能源系统将成为节能减排的重要载体,综合能源系统以电力为核心,利用可再生能源发电技术、信息技术,整合区域内煤炭、石油、天然气、电能与热能等多种能源,既能满足系统内多元化用能需求,也是促进... 详细信息

随着能源互联和低碳电力的持续推进,综合能源系统将成为节能减排的重要载体,综合能源系统以电力为核心,利用可再生能源发电技术、信息技术,整合区域内煤炭、石油、天然气、电能与热能等多种能源,既能满足系统内多元化用能需求,也是促进可再生能源消纳、提高能源利用效率、实现中国“双碳”目标的重要途径。本文围绕综合能源系统的低碳经济优化运行开展研究,主要工作内容如下:首先分析源荷低碳特性的引入对综合能源经济调度模型框架所带来的改变;介绍了综合能源系统的典型架构,并基于能源枢纽的建模理论,对综合能源中的典型设备进行了建模;建立了综合能源系统的阶梯式碳交易模型,包括基于基准线法建立的综合能源系统初始碳配额模型和基于生命周期法建立的综合能源系统实际碳排放模型以及阶梯碳成本模型,为后续章节建立综合能源低碳经济优化模型奠定了基础。其次通过分析碳捕集耗能特性,考虑通过电转气消纳的方式实现部分二氧化碳有效利用,构建了碳捕集电厂和电转气联合运行的耦合模型,建立考虑碳捕集成本与碳交易成本的电-气综合能源系统低碳经济调度模型;针对模型非凸非线性的特点,通过线性转换和改进二阶锥松弛的方法,将其转化为混合整数凸优化模型;在修改的IEEE30节点电力系统和比利时20节点天然气系统上仿真验证,结果表明所建立模型能有效降低碳排放和系统运行总成本。最后在源侧考虑碳捕集电厂与电转气联合运行的基础上,在负荷侧考虑综合需求响应,建立考虑低碳特性的源荷之间的主从博弈模型。该模型中,综合能源运行商以自身收益最高为目标,在满足负荷需求的前提下,制定合适的电价与热价,负荷聚合商以自身用能成本最低为目标,在实时电价与热价下,通过需求响应来优化负荷曲线;为简化求解所构建的博弈模型,利用卡鲁什·库恩·塔克条件(Karush Kuhn Tucker,KKT)将双层博弈模型转化为单层模型,并运用McCormick方法线性化目标函数中的双线性项;通过算例分析验证了所建模型能有效实现系统低碳经济运行。

关键词：综合能源系统碳捕集电厂阶梯碳交易需求响应主从博弈

计及灵活性资源风-火-储联合多时间尺度优化调度

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计及灵活性资源风-火-储联合多时间尺度优化调度

作者：蔡权贵州大学

学位级别：硕士

电力系统碳排放量占全行业的40%,增加电力系统中可再生能源的占比是推进“双碳”目标的重要途径。风电以其边际成本低、零碳排放等特点得到广泛关注;然而其本身固有的随机性、波动性,致使其大规模并网会导致弃风的同时加剧电力系统调峰... 详细信息

电力系统碳排放量占全行业的40%,增加电力系统中可再生能源的占比是推进“双碳”目标的重要途径。风电以其边际成本低、零碳排放等特点得到广泛关注;然而其本身固有的随机性、波动性,致使其大规模并网会导致弃风的同时加剧电力系统调峰压力。同时,预测水平不足会导致日前调度计划与日内实际情况存在偏差,给电力系统调度灵活性提出更高的要求。当前我国风电常与火电协同运行,但火电本身就是电力系统排放二氧化碳的主要来源。在常规火电中集成碳捕集技术,一方面可以降低火电的碳排放量,另一方面可以提供更多灵活调节资源。此外,需求响应凭借其零碳排放、灵活可控的特点,可有效减少系统碳排放量。故本文以风-火-储电力系统为载体,考虑风电与碳捕集电厂的协同运行,辅之以需求响应资源,以实现电力系统的低碳经济调度目标。本文首先介绍碳捕集电厂的运行原理及其结构,分析其灵活运行模式的能耗特性,以此为基础明晰与风电协同运行的调度优势;分析负荷侧需求响应的低碳原理,进一步分析源荷两侧的优势互补;针对日前调度计划与日内实际情况存在偏差的问题,给出多时间尺度的解决办法。提出计及碳捕集电厂灵活运行与需求响应的多时间尺度调度方法。该方法在日前阶段应用碳捕集电厂综合灵活运行模式以及需求响应的灵活调节资源,构建以经济性最优为目标的调度模型;在日内阶段,考虑到源荷预测误差,采用模型预测控制实时滚动修正日前调度计划。算例表明,较未考虑灵活性调节资源,所提调度方法能够应用源荷两侧的灵活性资源以提高系统风电消纳量614.4MWh,降低碳排放量2500吨,降低总成本20.1%。进一步考虑源荷协调问题,采用等效负荷的方法处理风电出力,在计及碳捕集电厂灵活运行与需求响应的多时间尺度调度方法基础上,提出考虑源荷协调优化的多时间尺度调度方法。该方法进一步提高了系统风电消纳量308MWh,降低碳排放量317吨,降低总成本7.3%。研究结果表明所提的调度模型可在给出系统低碳经济调度计划的同时,解决日前调度计划与日内实际情况存在偏差的问题。为电力系统低碳化发展提供参考。

关键词：可再生能源的消纳碳捕集电厂需求响应多时间尺度优化调度模型预测控制

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含碳捕集电厂的低碳电源规划模型

电网技术 2013年第10期37卷 2689-2696页

作者：季震陈启鑫张宁李晖黄俊辉康重庆电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室(清华大学电机系) 北京市海淀区100084 国网北京经济技术研究院北京市西城区100052 江苏省电力公司经济技术研究院江苏省南京市210008

在发展低碳经济的时代背景下,各类低碳要素的引入将对传统电源规划的内涵与模式带来深刻的变化。与此同时,碳捕集电厂和碳捕集预留电厂将成为未来电源规划的重要选项。将低碳要素引入电源规划决策之中,在充分考虑传统电力系统安全、经... 详细信息

在发展低碳经济的时代背景下,各类低碳要素的引入将对传统电源规划的内涵与模式带来深刻的变化。与此同时,碳捕集电厂和碳捕集预留电厂将成为未来电源规划的重要选项。将低碳要素引入电源规划决策之中,在充分考虑传统电力系统安全、经济运行要求的前提下,建立了含碳捕集电厂的低碳电源规划模型,重点在规划层面考虑了碳捕集技术的不同配置选项和发展路线,实现对碳捕集和碳捕集预留技术的建模。所提出的低碳电源规划模型本质上是一个统一协调的规划模型,统一考虑了规划中的投资决策问题与运行模拟问题。最后,以我国某省的实际数据构造算例,验证了所提出的模型与方法的合理性与有效性。

关键词：低碳电力系统碳捕集电厂碳捕集预留电源规划投资决策运行模拟

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应用于电力系统的碳捕集技术及其带来的变革

电力系统自动化 2010年第1期34卷 1-7页

作者：康重庆陈启鑫夏清清华大学电机系电力系统国家重点实验室北京市100084

二氧化碳捕集和封存技术是当前最为关键的低碳技术之一,协调了化石燃料利用与碳减排之间的矛盾,从而具有广泛的应用前景。文中全面介绍了当前碳捕集技术在电力系统中的实施情况,描述了碳捕集电厂的发展前景,并结合电厂运行、电网运行、... 详细信息

二氧化碳捕集和封存技术是当前最为关键的低碳技术之一,协调了化石燃料利用与碳减排之间的矛盾,从而具有广泛的应用前景。文中全面介绍了当前碳捕集技术在电力系统中的实施情况,描述了碳捕集电厂的发展前景,并结合电厂运行、电网运行、微观个体电厂投资与宏观整体电源规划中的实际需求,阐述了应用于电力系统的碳捕集技术将面临的主要挑战与亟待解决的问题,探讨了碳捕集电厂对于电力系统接纳大规模风电的促进作用,揭示了碳捕集技术的引入对于电力系统所带来的重大变革。

关键词：碳捕集技术碳捕集电厂低碳电力技术低碳经济风电接入

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低碳电力调度方式及其决策模型

电力系统自动化 2010年第12期34卷 18-23页

作者：陈启鑫康重庆夏清 Daniel KIRSCHEN 清华大学电机系电力系统国家重点实验室北京市100084 The University of Manchester

低碳要素的引入将为传统的电力调度方法带来新问题和新挑战,在考虑安全性和经济性之外,还应进一步关注电力系统运行中的CO2排放。文中深入剖析了低碳电力调度的提出背景和内涵,定义了科学、高效的低碳电力调度方式;分析各类低碳电源的... 详细信息

低碳要素的引入将为传统的电力调度方法带来新问题和新挑战,在考虑安全性和经济性之外,还应进一步关注电力系统运行中的CO2排放。文中深入剖析了低碳电力调度的提出背景和内涵,定义了科学、高效的低碳电力调度方式;分析各类低碳电源的技术特性,建立了近零碳排放电源、普通化石燃料类电源和碳捕集电厂3类不同电源的电碳调度特性;将CO2排放作为一类可调度资源,在综合考虑低碳电力技术、碳成本和碳约束等要素的基础上,建立了低碳电力调度决策的初步模型,以协调电力调度中的"电平衡"与"碳平衡"。基于实际算例,分析了各类低碳要素的引入对于最优发电计划决策的影响。

关键词：低碳电力调度电碳调度特性碳捕集电厂日发电计划

基于实物期权理论的碳捕集系统最佳投资时机决策模型

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电力系统自动化 2014年第17期38卷 137-142页

作者：王宗耀苏浩益南昌工程学院机械与电气工程学院江西省南昌市330099 国网湖南省电力公司湘潭供电分公司湖南省湘潭市411104

为了改善发电厂碳捕集系统投资价值评估的适应性和可靠性,结合碳捕集系统风险投资的期权特征,基于实物期权理论提出了碳捕集系统最佳投资时机决策数学模型。在考虑了系统投资决策的不可逆性和可延迟性以及碳价和碳减排成本的不确定性的... 详细信息

为了改善发电厂碳捕集系统投资价值评估的适应性和可靠性,结合碳捕集系统风险投资的期权特征,基于实物期权理论提出了碳捕集系统最佳投资时机决策数学模型。在考虑了系统投资决策的不可逆性和可延迟性以及碳价和碳减排成本的不确定性的基础上,得出了投资时机临界值和开发发电厂碳捕集系统的最优投资策略。数值算例分析表明,该模型合理地评估了风险投资的机会成本,最大限度地挖掘了系统的潜在价值。与传统净现值评估方法进行对比,该方法克服了净现值法低估风险价值的缺陷,有效地指导了碳捕集系统风险投资时机的选择,而不是做出立即投资或者是选择不开发的简单决策。该模型为发电厂碳捕集系统的投资提供了量化分析的数学工具和科学的参考依据。

关键词：低碳电力技术碳捕集电厂实物期权理论投资时机决策模型

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低碳发电调度与节能发电调度的一致性评估

中国电机工程学报 2011年第31期31卷 94-101页

作者：黎灿兵刘玙曹一家谭益薛晨唐升卫湖南大学电气信息工程学院湖南省长沙市410082

"十二五"期间,CO2排放量将成为全社会节能减排的硬性指标。作为节能减排的主要行业,电力行业已经实施节能发电调度(energy-saving generation dispatching,ESGD),而低碳电力调度(low-carbon generation dispatching,LCGD)将是未来的发... 详细信息

"十二五"期间,CO2排放量将成为全社会节能减排的硬性指标。作为节能减排的主要行业,电力行业已经实施节能发电调度(energy-saving generation dispatching,ESGD),而低碳电力调度(low-carbon generation dispatching,LCGD)将是未来的发展方向之一。提出了对LCGD与ESGD一致性的评估方法,从解的一致性和目标函数的一致性2个角度定义了评估指标,分析了LCGD与ESGD一致的条件,分析表明调度结果存在差异主要是由于碳捕集电厂(carboncapture power plant,CCPP)和燃油/气电厂(oil/gas powerplant,OPP/GPP)的存在。算例表明该方法可以有效进行评估,LCGD和ESGD的一致性较高,若CCPP的比重加大则一致性降低。该结果可以为ESGD管理办法的完善、节能目标与低碳目标的协调调度提供支持。

关键词：低碳电力调度节能发电调度多目标优化碳捕集电厂低碳电力电碳调度特性

考虑源荷低碳特性互补的含风电电力系统经济调度

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中国电机工程学报 2021年第14期41卷 4799-4815页

作者：崔杨邓贵波赵钰婷仲悟之唐耀华刘新元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 中国电力科学研究院有限公司北京市海淀区100192 润电能源科学技术有限公司河南省郑州市450046 国网山西省电力科学研究院山西省太原市030012

碳捕集电厂与风电协调配合是实现电力系统低碳化的重要手段,由于碳捕集电厂能耗高且风电存在反调峰特性导致负荷高峰时段二者存在低碳配合问题。针对上述问题,首先,在源侧引入碳捕集电厂综合灵活运行方式,在荷侧考虑需求响应,分别论述... 详细信息

碳捕集电厂与风电协调配合是实现电力系统低碳化的重要手段,由于碳捕集电厂能耗高且风电存在反调峰特性导致负荷高峰时段二者存在低碳配合问题。针对上述问题,首先,在源侧引入碳捕集电厂综合灵活运行方式,在荷侧考虑需求响应,分别论述源荷两侧的低碳机理及其局限性,并探讨两种手段低碳特性互补的调度优势,由此给出源荷互补的电力系统低碳实现机制;其次,在考虑系统不确定性的前提下,构建以电力系统综合成本最优为目标的低碳经济调度模型;最后,在含碳捕集电厂的改进IEEE-39节点系统中进行仿真验证,结果证明该文所提调度方法能够有效结合源荷两侧资源进行优化,提高系统风电消纳能力与运行效益的同时实现低碳排放的目标。

关键词：低碳碳捕集电厂风电需求响应综合成本

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碳排放及燃煤约束下的电源规划及其效益评价

电力系统自动化 2016年第11期40卷 47-52页

作者：罗金山路畅孟繁骏国网北京经济技术研究院北京市102209 武汉大学电气工程学院湖北省武汉市430072

优化电源规划是应对电力系统"碳锁定"效应,促进电力系统减少碳排放的重要举措。考虑到国内以煤炭为主的能源结构,有必要分析碳排放及燃煤约束对电源规划的影响。在分析碳捕集电厂运行特性的基础上,建立了考虑碳排放及燃煤约束的低碳电... 详细信息

优化电源规划是应对电力系统"碳锁定"效应,促进电力系统减少碳排放的重要举措。考虑到国内以煤炭为主的能源结构,有必要分析碳排放及燃煤约束对电源规划的影响。在分析碳捕集电厂运行特性的基础上,建立了考虑碳排放及燃煤约束的低碳电源规划模型,并在模型中采用典型日的运行校验系统是否具备足够的调峰能力。基于国内典型地区电力系统,对不同碳排放总量约束、不同可再生能源发展场景及不同煤炭资源供应约束下的常规火电及碳捕集电厂的扩展规划进行了优化分析,分析结论表明碳捕集电厂可以充分适应电力系统的碳减排目标,满足新能源大规模发展的调峰需求。

关键词：低碳电力碳排放电源规划碳捕集电厂