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。     

多时间尺度下计及综合需求响应和碳捕集-电转气联合运行的综合能源系统优化调度

对源侧进行低碳化改造、荷侧辅以综合需求响应策略有利于“双碳”目标的实现。为此,提出一种多时间尺度下计及综合需求响应和碳捕集-电转气联合运行的综合能源系统低碳优化调度策略。源侧在碳捕集电厂中引入储液罐,形成碳捕集电厂的综合灵活运行方式,并构建计及碳捕集电厂和电转气设备的新型联合运行模型;在荷侧分析需求侧资源在不同时间尺度下的响应特性,建立不同时间尺度下的价格型、激励型需求响应模型,通过源荷协调配合提升系统的低碳性能;提出源荷互补的综合能源系统多时间尺度低碳调度策略,构建含综合需求响应的日前-日内-实时调度模型。算例结果表明,所提模型能够充分利用源荷资源参与调节,实现系统低碳、经济、稳定运行。     

考虑碳捕集电厂综合灵活运行下的含P2G和光热电站虚拟电厂优化调度

为了实现电力系统能源低碳化,大力发展碳捕集与封存技术和风光等新能源是低碳化的重要举措。但碳捕集电厂的最小出力技术约束和风电的反调峰特性限制了风电消纳和碳减排,利用碳捕集灵活运行方式下储液罐进行“能量时移”和“碳转移”,间接消纳风电和减少碳排放。利用碳捕集设备捕集的CO₂作为电转气原料,降低碳封存成本和电转气成本,进一步消纳弃风电量并获得售气收益。由于负荷具有早晚高峰特性,因此利用含储热式光热电站的良好调峰性能将白天的部分热量转移至晚高峰发电,缓解系统调峰压力。为此,文章构建了碳捕集电厂综合灵活运行下含电转气和光热电站虚拟电厂优化调度模型。并运用Matlab软件中YALMIP工具包中的商用求解器Cplex对模型进行优化计算。仿真结果表明,所提模型能进一步减少弃风、减少碳排放和缓解调峰压力。     

计及电转气协同的含碳捕集与垃圾焚烧虚拟电厂优化调度

为了促进多能源互补及能源低碳化,提出了计及电转气协同的含碳捕集与垃圾焚烧虚拟电厂优化调度模型。通过引入碳捕集电厂–电转气–燃气机组协同利用框架,碳捕集的CO2可作为电转气原料,生成的天然气则供应给燃气机组;并通过联合调度将碳捕集能耗和烟气处理能耗进行负荷转移以平抑可再生能源波动,使得风电/光伏实现间接可调度而被灵活利用。鉴于所建优化模型具有高维非线性的特点,求解难度大,设计一种新型的反余切复合微分进化算法对模型进行求解。仿真结果表明,所提出的模型和方法具备削峰填谷效用并能提升可再生能源消纳,可有效降低虚拟电厂成本和碳排放量。     

考虑需求侧的综合能源系统虚拟电厂低碳调度

为提高新能源消纳水平,降低CO２ 的排放量,在碳交易环境下构建一种考虑需求侧与碳捕集-电转气虚拟电 厂联合调度模型,并在碳捕集与电转气设备之间增加了储碳罐来解决二者运行不同步的问题.首先建立虚拟电厂调度 框架;其次分析需求侧、碳捕集-电转气、新能源发电及碳交易调度机制及成本;然后以综合成本最优、碳排放量最 少为目标构建低碳经济调度模型;最后进行仿真验证,结果表明所提出的调度方法是有效的,能够提高新能源消纳水 平,降低CO２ 的排放量并改善虚拟电厂综合成本.     

含碳捕集电厂与氢能多元利用的综合能源系统低碳经济调度

随着中国“碳达峰·碳中和”战略的不断推进,综合能源系统的绿色低碳转型迫在眉睫。针对传统碳捕集电厂灵活性较差、风电并网难以消纳等问题,提出一种含碳捕集电厂与氢能多元利用的综合能源系统低碳经济调度模型。首先,引入储液罐对传统碳捕集电厂进行改造,提高电厂应对风电波动的运行灵活性;其次,构建含两段式电转气、氢燃料电池、储氢罐和掺氢热电联产在内的氢能多元利用结构,以充分挖掘氢能利用与碳捕集电厂的协同运行潜力。在此基础上,引入阶梯碳交易机制,建立以碳交易、碳封存、燃煤及购气成本之和最小为优化目标的低碳经济调度模型。算例结果表明,文中模型能够有效提高系统的风电消纳水平和能源利用效率,具有显著的低碳经济效益。此外,碳交易基准价格的合理设定能够引导系统提高碳捕集水平。     

考虑CCUS电转气技术及碳市场风险的电–气综合能源系统低碳调度EI北大核心CSCD

在碳市场价格波动的背景下,合理量化碳交易价格波动风险并制定相应的低碳运行策略对于降低系统运行成本和碳排放量具有十分重要的意义。该文提出一种考虑碳市场价格风险及碳捕集、利用与封存系统–电转气协同运行的电–气综合能源系统低碳优化调度模型。首先,利用广义自回归条件异方差模型预测次交易日碳价,并使用条件风险价值衡量碳市场价格波动风险,为电–气综合能源系统调度提供碳价参考。然后,引入碳捕集、利用与封存系统–电转气协同运行框架,将碳捕集机组捕获的CO_(2)作为电转气原料,电转气利用负荷谷期的风电出力生产天然气,以电–气综合能源系统总调度成本及碳交易风险最低为目标建立优化调度模型。最后,在改进的IEEE 24节点和天然气6节点系统构成的电–气综合能源系统中进行仿真。结果表明,提出的调度模型能够捕捉碳市场波动期内风险,提高电–气综合能源系统可再生能源消纳量,并降低系统总运行成本和碳排放。     

含LNG冷能利用的综合能源系统低碳经济调度

为缓解冬季供暖期管道天然气供气紧张,液化天然气(liquefied natural gas,LNG)气化站已成为重要保供方式.提出一种以储碳设备为枢纽,连接碳捕集电厂、电转气(power to gas,P2G)和LNG气化站的综合能源系统联合低碳运行模式,该模式中碳捕集系统的捕集碳量一部分供给P2G生成甲烷、另一部分利...     

考虑碳排放流理论的风-碳捕集-电转气联合新型中长期调度方式

为了应对全球气候变化和实现“碳达峰”、“碳中和”目标,针对性实现碳减排和碳排放量化,结合碳排放流技术,研究了一种风-碳捕集-电转气联合的新型中长期调度方式。首先,采用碳排放流理论计算系统各节点的碳势指标;其次,构建碳捕集和电转气与风电的联合特性,同时,以综合成本最小为目标,建立含有风电、水电、抽蓄、碳捕集、电转气的发电系统中长期机组组合模型;最后,基于Gurobi对IEEE 39节点电力系统进行仿真,验证了所提研究方法的有效性。     

碳捕集燃气热电机组碳循环及其虚拟电厂优化运行

针对新型含碳捕集热电联产燃气机组的碳利用和经济运行问题,构建其与风电、电转气（power-to-gas,P2G）聚合的虚拟电厂。将所排放的CO₂捕集并输送至P2G,作为电转气的碳原料,产气为燃气机组提供燃料补充,从而在虚拟电厂中实现碳循环利用。以虚拟电厂收益最大为目标,以CO₂捕集率、热电比、热电厂电出力以及电转气功率为决策变量,建立虚拟电厂优化运行模型。仿真结果表明,这种聚合模式的虚拟电厂,可获得更高的经济效益、更好的风电消纳效果、更低的碳排放。这种虚拟电厂及其碳循环利用方式,是一种有效的减少弃风、降低排放、增强碳利用的能源运转途径,具有显著经济及社会效益。     

基于虚拟电厂的多能源协同系统调度优化策略

目前,传统能源系统运行过程缺乏多样化能源供需优化手段及灵活调峰策略,且易产生污染。虚拟电厂精准化供给为能源体系结构转型提供了发展方向。文章提出基于虚拟电厂的多能源协同系统调度优化模型。首先,通过引入环境治理子系统与电-热-气综合能源系统协同运行,并配合电热储能装置、电转气(power to gas,P2G)设备及能源交易市场,赋予虚拟电厂更灵活的信息调控手段;其次,建立两种不同的系统运行方式加以对比;最后,利用MATLAB+CPLEX对所建数学模型进行仿真验证。结果表明,最佳容量配置下的虚拟电厂多能源协同调控系统相较于电-热-气能源系统运行模式,具备更好的经济性、环保性,且对提高可再生资源转化率,缓解弃风弃光现象及碳排放超标问题具有显著效果。     

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。     

碳捕集燃气热电机组碳循环及其虚拟电厂优化运行

针对新型含碳捕集热电联产燃气机组的碳利用和经济运行问题,构建其与风电、电转气（power-to-gas,P2G）聚合的虚拟电厂。将所排放的CO₂捕集并输送至P2G,作为电转气的碳原料,产气为燃气机组提供燃料补充,从而在虚拟电厂中实现碳循环利用。以虚拟电厂收益最大为目标,以CO₂捕集率、热电比、热电厂电出力以及电转气功率为决策变量,建立虚拟电厂优化运行模型。仿真结果表明,这种聚合模式的虚拟电厂,可获得更高的经济效益、更好的风电消纳效果、更低的碳排放。这种虚拟电厂及其碳循环利用方式,是一种有效的减少弃风、降低排放、增强碳利用的能源运转途径,具有显著经济及社会效益。     

碳捕集电厂不同运行方式的电碳特性分析

碳捕集电厂具有成为未来重要电源建设选项的巨大可能性。在深入考察碳捕集电厂的技术原理、工作流程与能量流关系的基础上,深入研究了碳捕集系统内部各个功能环节的协调关系以及灵活运行的机理,从本质上定义并分析了碳捕集电厂的各类典型运行方式,包括基准运行、烟气分流、富液分流、溶液存储以及综合灵活运行方式。针对每一类典型的运行方式,深入分析了碳捕集电厂所对应的电碳特性。最后,以一台典型碳捕集电厂为实证对象构建算例,验证了所得出的研究结论。     

灵活运行方式下碳捕集电厂提供备用服务的决策模型

碳捕集电厂可以通过降低碳捕集水平,将原本用于捕集CO2的能量快速、实时地释放出来以提供备用服务。文中对具有灵活运行能力的碳捕集机组,建立了已知能量市场和容量市场中标量后,以在备用市场、能量市场及碳排放市场等多个市场的综合效益最大为目标的碳捕集水平优化决策模型。模型计及了备用被调用的随机性并采用详细的机组成本模型,可以确定碳捕集机组在备用被调用与备用不被调用两种情况下的最优碳捕集水平和所需预留的备用容量。通过实际算例验证了优化的效果,并分析了碳价、机组特性、能量市场中标量及备用市场中标量等对碳捕集策略及备用服务策略的影响。     

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。     

融合极限场景辨别算法的含碳捕集综合能源系统鲁棒调度模型研究

双碳背景下对能源的互补利用与低碳化运行提出了新的要求。提出了计及电转气及碳捕集的综合能源系统协调调度模型,构建了碳捕集电厂-电转气协同优化框架,并在阶梯式碳交易机制下对系统碳排放进行引导。针对自适应鲁棒模型求解困难、化简繁琐等问题,采用典型场景描述不确定性,并引入辅助变量代替最恶劣场景运行成本,实现内层模型的解耦替换。在此基础上,进一步提出了融合极限场景辨别的迭代算法以提高模型的求解效率。最后,以某综合能源系统为例验证了所构模型以及所提算法的有效性。     

计及碳捕集和电转气的农村虚拟电厂多目标随机调度优化模型

针对农村地区存在大量生物质秸秆、垃圾、屋顶光伏、分散式风电等分布式能源,设计了集成燃气碳捕集设备(gas-power plant carbon capture,GPPCC)、电转气设备(power-to-gas,P2G)及垃圾发电(waste incineration power,WI)的农村虚拟电厂(GPPCC-P2G-WI-based virtual power plant, GPW-VPP)。然后,引入信息间隙理论(information gap decision theory,IGDT)和模糊满意度方法构造GPW-VPP近零碳运营优化模型。其中,选择最大化运营收益和最小化碳排放量作为优化目标,并利用模糊满意度理论转化为综合满意度最优化目标。再然后,利用IGDT描述风电、光伏发电和用户负荷3个不确定性变量影响,用于构造GPW-VPP随机调度优化模型。最后,选择中国兰考能源革命试点为对象开展实例分析验证所提模型的有效性,结果表明所提运营优化模型能在兼顾不同主体利益诉求的同时推进农村分布式能源的最优聚合利用,有利于实现整体能源结构清洁低碳转型。