基于多阶段不同政策机制的低碳电力调度模型

碳捕集技术是现阶段电力行业实现低碳目标最重要的手段之一,同时碳捕集电厂具有良好的运行特性。目前制约碳捕集技术在电厂应用的主要原因是建设成本和运行成本过大,所以制定与碳捕集技术发展相配套的激励措施和机制已经成为实现低碳电力发展的关键。首先分析了碳捕集电厂具备的优良运行特性及其为风电等间歇性电源并网提供备用资源的能力;接着分析了电厂碳捕集系统的成本构成对火电厂能耗和发电成本的影响,总结了在碳捕集技术发展的各个阶段,政府应分别采取的相应的行政手段和一定的市场机制提高碳捕集电厂的经济竞争力;针对碳捕集技术发展的不同阶段,分别建立了各个阶段适应不同政策机制的低碳调度决策模型,这些模型均以机组出力和碳捕集量为优化变量。最后通过仿真算例,证明了在多阶段过程中所提模型的有效性和适用性。     

碳捕集电厂灵活运行方法评述与展望

碳捕集电厂将赋予未来电力行业全新的运行模式和发展机制,具有深远的现实意义和研究价值。目前,尽管整个碳捕集技术领域得到了较多关注,但绝大多数仅针对碳捕集电厂的基准运行工况与静态运行方式展开研究,而对碳捕集电厂灵活运行方法的研究还处于起步阶段。文中分别从电厂层面和电力系统层面详细分析和展望了碳捕集电厂灵活运行方法的发展潜力、实现方式和技术特性,揭示了灵活运行的碳捕集电厂所具有的良好运行性能,指出碳捕集电厂将为电力系统带来巨大的效益提升空间。文中揭示了未来碳捕集电厂灵活运行方法这一领域的研究重点和发展方向,力图建立完整的碳捕集电厂灵活运行方法研究框架,以期为相关研究提供分析方向和研究思路。     

碳捕集电厂的运行机制研究与调峰效益分析

二氧化碳捕集和封存(carbon capture and storage,CCS)是实现电力低碳化发展的关键技术,具有光明的发展前景。作为未来重要的电源选择,碳捕集电厂的运行性能与调整能力将对电网运行的安全性与高效性产生重大影响。结合碳捕集技术的基本原理,深入研究了碳捕集电厂内部的能量流,量化分析了碳捕集电厂的运行区间,并揭示了碳捕集电厂的调峰性能。在此基础上,提出基于"电力系统调峰成本曲线"的分析方法,以直观、简明的方式实现了电力系统的调峰优化决策;并以具有复杂电源结构的电力系统为例进行调峰效果分析,特别测算了碳捕集电厂对电力系统容纳大规模风电接入的贡献率,评估了碳捕集电厂在提高电网运行安全裕度与降低系统调峰成本上的显著效益。     

基于可再生能源的碳捕集-电转气协同运行方法

针对传统碳捕集电厂存在的强电碳耦合问题,提出基于可再生能源的碳捕集-电转气协同运行方法。首先,按照碳捕集设备供能来源的不同对各方式下碳捕集电厂的出力进行建模;其次,考虑风光和负荷的不确定性和相关性生成典型源荷场景;最后,根据碳捕集和电转气协同运行方式的不同划分6种运行模式,并以系统综合运行成本最小为目标对系统进行优化调度。算例分析表明,所提运行方法实现了碳捕集与碳捕集电厂产能之间解耦并提升了系统经济性。     

含碳捕集电厂的低碳电源规划模型

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。     

考虑储液式碳捕集电厂的含风电系统低碳经济调度

碳捕集电厂可以实现火电电能生产的低碳化,是构建清洁能源体系的重要技术路径之一.配置了溶液存储器的碳捕集电厂能够解耦CO2的吸收与再生两个环节,其捕碳和发电的协调运行能力更强.根据储液式碳捕集电厂的运行机理与能流特性,建立其捕碳与发电出力模型,并构建二维坐标图定量研究无储液与储液式碳捕集机组的总发电出力与净出力运行区间.基于此,建立计及储液式碳捕集电厂的含风电系统低碳经济调度模型,该模型以系统总运行费用最低为目标函数,考虑系统发电成本、碳交易成本以及风电出力不确定性带来的运行风险.以20机系统为例,对含储液式碳捕集电厂的系统优化调度进行研究,结果验证了所提模型的合理性与有效性.     

考虑碳减排日指标约束的碳捕集调度策略

为了节能减排和碳捕集电厂不足情况下碳减排指标的完成,在碳减排日指标约束下,提出一种碳捕集调度策略以实现厂内减排和厂网协调减排。厂内减排引入碳捕集装置的启停次数,以煤耗最小为目标实现机组的组合。厂网协调减排时,通过多代理解决各时段的机组优化问题和机组爬坡问题,在综合考虑煤耗及网损的基础上,使碳捕集电厂多发电并进行碳捕集以实现CO2减排的目的。仿真结果表明,在不同指标的约束下,厂内减排和厂网协调减排能有效地实现碳减排任务。     

碳排放权交易下碳捕集机组的厂内优化运行

碳捕集水平反映火电厂对其碳排放量捕集的强度,由于实施碳捕集需消耗不菲的能量,而碳捕集水平与碳排放权价格密切相关,因此在总量控制与排放贸易的碳排放权交易体系下通过合理调节碳捕集水平能够有效降低碳捕集电厂的碳排放权购买成本并最大限度地节省发电能耗,实现碳捕集机组的灵活经济运行.从火电厂的角度通过构建考虑碳排放权购买成本、售电损失成本和有功生产成本的碳捕集机组厂内碳捕集水平优化运行模型,分析了碳排放权价格变化时碳捕集水平的变化情况.由于碳排放权交易价格波动且在收盘时方能确定,因此与碳排放权购买成本相关的碳捕集水平的确定存在一定困难,为有效描述其不确定性的影响,采用α-超分位数方法求取碳排放权购买成本,进而建立了考虑碳排放权价格随机性的厂内碳捕集水平优化模型.通过算例分析了不同置信水平下,碳捕集能量和碳捕集水平随发电厂净输出功率的变化规律,有效反映了不同碳排放政策控制力度下的碳捕集系统运行水平.     

考虑碳捕集电厂综合灵活运行方式的低碳经济调度

碳减排是能源革命的目标之一,大力发展风电是实现低碳的重要举措。随着风电渗透率的提高,电力系统的调峰压力骤增。储液式碳捕集电厂可通过储液罐进行"削峰填谷",同时实现火电机组低碳化,是风电理想的配合电源。考虑碳捕集电厂储液式和分流式相结合的综合灵活运行方式,建立含风电的电力系统低碳经济调度模型,兼顾低碳性和经济性。首先,对碳捕集电厂储液式和分流式运行的能流特性进行研究,并考虑其调峰特性,分析碳捕集电厂综合灵活运行相对于分流式运行的优势;其次,建立考虑碳捕集电厂综合灵活运行方式的低碳经济调度模型;最后,基于CPLEX对含碳捕集电厂的IEEE 39节点电力系统进行仿真,结果证明所提方法的有效性,可为电力系统低碳经济调度提供参考。     

风电-碳捕集电厂联合运行的电力系统优化调度

碳捕集电厂的灵活运行方式使得其净出力的快速可调成为可能,利用碳捕集电厂灵活运行方式,将风电和碳捕集电厂联合调度,平抑风电的波动性,减小风电波动对系统造成的影响。通过引入火电机组成本、碳交易成本和风-碳捕集电厂联合出力波动最小的目标函数,兼顾系统的经济、低碳、安全效益。通过多目标粒子群算法求解模型,并用混沌搜索减小碳捕集电厂总出力对平抑风电波动的影响,通过改变权系数转换矩阵参数实现调度的灵活可调。算例分析验证所提模型的可行性和有效性。     

电转气消纳新能源与碳捕集电厂碳利用的协调优化

电转气技术作为一种新型能源转换和储存方式为可再生能源消纳提供了新的途径,电转气技术生成甲烷所需的CO_2可高效经济地取自碳捕集机组的捕集碳量。提出将电转气-碳捕集电厂作为整体系统,建立电转气-碳捕集电厂协调优化模型,以碳成本、燃料成本、弃风成本、电转气成本为目标,以碳捕集率、碳捕集电厂有功出力、电转气功率为决策变量。仿真结果表明,电转气-碳捕集电厂提高了风电消纳能力,减少了碳排放,提升了碳利用水平,降低了电转气运行成本。     

考虑碳捕集与CVaR的电力系统低碳经济调度

碳捕集电厂能够实现高碳火电的低碳化，是降低碳排放的有效举措之一。伴随着风电渗透率的不断增加，且风电出力具有间歇性等特点，给电力系统带来巨大的调峰压力。通过综合灵活运行碳捕集电厂中的溶液存储设备进行“能量时移”，以解决系统接入大规模风电所造成的调峰问题。同时考虑到风电的随机性会增加调度运行中的风险，引入金融风险管理方法中的条件风险价值(conditional value-at-risk, CVaR)对调度运行中的风险成本进行度量，以系统运行经济性最高为目标，建立计及CVaR含碳捕集电厂与风电电力系统的综合低碳优化调度模型。通过仿真算例证明了所提模型的可行性，在有效降低系统的碳排放与运行风险的同时保证系统经济性最优。     

计及灵活运行碳捕集电厂捕获能耗的电力系统低碳经济调度

针对碳捕集设备会产生较大捕获能耗成本的问题,采用灵活捕获运行模式调节碳捕集设备的捕获水平以降低捕获能耗成本,同时利用储液罐实现捕获能耗时移.通过需求响应削峰填谷增加负荷峰值时碳捕集设备捕获能力并提高风电利用率,从而降低捕获能耗成本和碳排放.以降低捕获能耗、提高碳捕集设备灵活性为目标,建立碳捕集电厂灵活捕获和溶剂存储模型.以系统总调度成本最小为目标,构建采用灵活运行模式的碳捕集电厂并计及需求响应的电力系统低碳经济调度模型.最后基于改进的IEEE 30节点系统对所建立的模型进行仿真,算例分析结果表明,所建模型可有效减少系统总调度成本,降低系统碳排放,提高系统风电消纳能力.     

含碳捕集装置的电气综合能源系统低碳经济运行

面对当前电气综合能源系统在新能源消纳、低碳性方面存在不足的问题,在系统中引入碳捕集装置进行优化.首先通过弃风惩罚因子将弃风量转化为弃风成本,以系统运行成本与碳排放量为多目标建立一种含碳捕集的电气综合能源系统低碳经济运行模型,使用法线边界交叉法构造多目标问题的Pareto前沿,并利用模糊隶属度函数选择出综合满意度最大的解作为折中解,其次通过算例对比了三种场景下的优化结果,分析了系统弃风量受电转气原料成本的影响情况,验证了将捕集的CO2作为产气原料能够有效提升电转气的运行效益,增强系统的风电利用率与运行经济性;最后对多目标下碳捕集的运行造成系统经济性与低碳性产生的矛盾关系进行了研究,证明了碳捕集能够有效提升综合能源系统的碳减排能力.     

基于低碳需求响应的含煤制氢与碳捕集电厂的综合能源系统优化调度

为了提高综合能源系统的低碳性与经济性,提出了煤制氢与碳捕集电厂联合运行模式下考虑低碳需求响应机制的综合能源系统优化调度。对煤制氢与富氧燃烧类型碳捕集电厂进行建模,并引入储碳罐、电转气装置以提高捕碳灵活性,降低制氧、制氢成本;将低碳需求响应机制引入综合能源系统调度模型中,并分析其减排能力;以运行成本最小为目标函数建立了综合能源系统的低碳经济调度模型。通过算例对所提策略进行验证,结果表明该策略能够提高风电消纳水平,降低整体系统的碳排放量,提升系统经济性。     

基于风电-碳捕集电力系统的灵活性调峰策略

高比例风电并网增大了电力系统调峰负担,因此亟需提高电力系统调峰灵活性,助力新型电力系统低碳-零碳化的发展。分析碳捕集电厂优良的调峰性能及其用于调峰辅助服务的必要性,并论证碳捕集电厂低碳特性在碳交易中发挥的积极作用,由此提出碳捕集电厂灵活性调峰的运行策略,并阐述所提策略的低碳性与经济性。构建以电力系统综合成本最优为目标的风电-碳捕集调度模型,并基于此模型对比不同灵活运行方式下碳捕集电厂的低碳性能与经济效益。最后,在改进的IEEE 39节点系统中进行仿真,结果验证了所提模型可有效协调调峰资源,在满足电力系统调峰需求的同时降低系统的碳排水平与运行成本。     

考虑碳捕集和电转气的综合能源系统优化调度

碳捕集、电转气等低碳技术是实现能源系统低碳经济运行的重要途径和主要抓手。鉴于此,构建了一种含碳捕集、利用与封存装置,两段式电转气设备及热电联产机组耦合的综合能源系统低碳经济调度模型。在技术层面,分别构建碳捕集、利用与封存,两段式电转气及热电联产数学模型;在市场机制层面,引入阶梯式碳交易模型约束系统碳排放。提出了以综合能源系统运行总成本最小为目标函数的优化调度策略。通过设置多个场景进行算例分析,验证了所提模型的有效性,并分析了各阶梯碳交易机制参数灵敏性对综合能源系统低碳性及经济性的影响。     

计及碳捕集和需求响应的综合能源系统低碳经济调度策略

发展综合能源系统是实现经济发展和节能减排的关键举措。首先,为提高机组的调峰能力、减少CO2的排放,将碳捕集技术引入综合能源系统,研究其对综合能源系统灵活、经济、低碳运行的作用。然后,为减轻负荷和风电峰谷波动给系统带来的压力,考虑电、热负荷的需求响应作用,实现综合能源系统的健康、可持续运行。最后,考虑能源协调与耦合作用,以最小化综合成本为目标,构建电-热综合能源系统低碳经济调度模型。算例分析的结果表明,碳捕集和需求响应的共同作用减少了系统的总运行成本和碳排放成本,从源荷双侧促进了风电的消纳,促进了电-热综合能源系统的灵活调度和低碳运行。     

区域电力结构优化模型及温室气体减排潜力

如何实现电力行业温室气体的有效减排是当前亟待解决的问题.基于碳捕集技术分析,以区域发电成本最小化为目标,以碳排放量为约束条件,构建区域电力结构优化模型;分析在不同减排水平的场景下,区域电力行业不同发电方式的分配结果,论述碳捕集技术在火力发电中的应用前景.研究结果表明,在全年排放总量不变的前提下,基于电力需求动态调整逐月碳排放额度将有效降低发电总成本,降低碳捕集成本及太阳能发电成本将成为节能减排的下一个目标.此研究成果可供电力行业节能减排工作参考.