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申请/专利权人：东北电力大学

摘要：考虑低碳需求响应的综合能源系统源荷低碳互补调度方法属于综合能源系统低碳经济调度技术领域。本发明提出一种考虑低碳需求响应的综合能源系统源荷低碳互补调度方法。首先分析源侧电碳解耦运行方式CCPP的低碳运行机理，在此基础之上，考虑荷侧基于动态碳排放因子引导的LCDR，其次分析源荷两侧低碳特性互补的运行机理，得出源荷低碳特性互补的调度优势，最后通过设置不同的场景进行对比分析，算例结果验证了所提调度模型的有效性。

主权项：1.考虑低碳需求响应的综合能源系统源荷低碳互补调度方法，所述综合能源系统IES由风光能、煤炭和天然气构成其能源供给侧，由捕碳储能系统和热电联产机组CHP构成供能环节，来满足用户侧电、气、热负荷需求；所述捕碳储能系统包括风电光伏机组和配备碳捕集装置的火力发电机组，并且在风电光伏机组旁配备主储能，促进风光消纳，在火力发电机组旁配备次储能进行充放电，增强火力发电机的灵活性，其特征是：包括以下步骤，并且以下步骤顺次进行:步骤一、在源侧建立捕碳储能系统-电转气联合运行模型，其表达式如下： 式中：PS,t为碳捕集机组总输出功率、PN,t为碳捕集机组净输出功率；Pses,t为碳捕集机组次储能输出功率；PNET,t为外部输入碳捕集装置功率；PH,t为Sabatier反应释放的热量；PY,t为碳捕集机组运行能耗、PD,t为碳捕集机组固定能耗；EG,t、eg分别为碳捕集机组的CO2总释放量、碳排放强度；为捕获到的CO2总量；β为碳捕集装置捕碳强度；η为碳捕集装置中的再生塔和压缩机的最大工作状态系数，取值为120％；PSmax为碳捕集机组的最大输出功率；λb为处理单位CO2所需能耗；λmr为Sabatier反应产生的单位热量；为t时段输出的CH4量；步骤二、分析捕碳储能系统电碳解耦特性捕碳储能系统-电转气联合运行模型在负荷高峰时段，碳捕集装置所需能耗不再由碳捕集机组供给，碳捕集机组发电和碳捕集能耗不再耦合，即电碳解耦，电碳解耦运行方式中碳捕集电厂的碳捕集装置耗能由外部电网和甲烷化过程中Sabatier反应产生的热能一起供给，在保证负荷供应的情况下，仍保持其捕碳强度；在负荷低谷时段，电碳解耦运行方式碳捕集电厂能够通过给次储能充电来下调碳捕集电厂出力，使其净出力下限降低；步骤三、在荷侧基于动态碳排放因子，考虑低碳需求响应LCDR，并将阶梯碳交易引入到综合能源系统IES中1电力系统中节点i的碳势ENi由下式计算得到： 式中：I+为所有输入节点i功率的支路集合；pBj为支路j的有功功率；pGi为输入节点i的机组出力；eGi为节点i处机组的碳排放强度；ρj为支路j的碳流密度；通过荷侧各时段动态碳排放因子的高低能够反映出源侧燃料消耗产生的碳排放，基于碳排放流的动态碳排放因子λC,t通过下式计算得到： 式中：ENi,t是时段t节点i的碳势；Li,t是时段t节点i的负荷量；M是电网中节点集合；通过动态碳排放因子，获得用户k在时段t的LCDR后碳排放量Ck,t，Ck,t通过下式计算得到： 式中：Lk,t为时段t用户k的用电量；2建立阶梯碳交易模型所述阶梯碳交易模型用阶梯碳交易成本公式进行表征，阶梯碳交易成本的表达式如下： 式中：Eall为系统排放到大气中的CO2量；Eq为IES各机组碳排放配额；m为碳交易基价；L为区间长度；h为补偿系数；τ为价格增长率；其中，IES各机组碳排放配额计算公式如下： 式中：eh为火电机组单位碳排放配额，取值为0.728tMWh；ec为CHP单位碳排放配额，值为0.102tGJ；PG,i为火力发电机组发电功率；Pei、Phi分别为CHP发电功率、发热功率；ceh为CHP产电量折算成产热量的折算系数；步骤四、进行源侧电碳解耦运行方式的CCPP与荷侧考虑LCDR的源荷协同调度负荷高峰时段，在电碳解耦运行方式的CCPP基础上，利用LCDR对负荷起到削峰填谷的作用，将负荷转移到动态碳排放因子低于设定阈值的负荷低谷时段，并得到动态碳排放因子，用户调整用能行为，降低CCPP净出力，同时减少没有配备碳捕集装置的高碳排火力发电机组出力，进一步地减少IES碳排放；负荷低谷时段，负荷高峰时段削减的负荷时移到负荷低谷时段，相应地提高了低谷负荷，源侧电碳解耦运行方式的CCPP和荷侧LCDR协调配合，减少CCPP出力，增加风光利用率；综合能源系统IES将风光全部消纳后负荷仍存在缺额情况下，CCPP相应地提高出力补偿缺额量；步骤五、建立IES源荷低碳互补经济调度模型以IES运行成本最小建立IES源荷低碳互补经济调度模型的目标函数： 式中：F为IES运行成本；CTP为火电机组运行成本；CTU为CHP运行成本；Cgas为购气成本；CWP为新能源机组运行成本；CWPC为弃风光惩罚成本；CEL电解槽运行成本；CCET为碳交易成本；CSE为储能成本；CST为CO2封存与运输成本；CSL为溶剂损耗成本；CFG为次储能给CCPP带来的灵活性收益；CEC为碳捕集装置能耗成本；其中，1火电机组运行成本 式中：ai、bi、ci均为机组i的成本系数；si分别为机组i在时段t的发电功率、启停成本；为机组i在时段t是否运行的状态变量；Nn为火电机组数量；2CHP运行成本 式中：NK表示极值点的个数；表示CHP在t时刻的运行点；Pk、Qk分别表示第k个极值点对应的电功率和热功率；μ0、μ1、μ2、μ3、μ4、μ5均为CHP的运行成本系数；3购气成本 式中：kgas为天然气价格；Qgas,t为天然气气源输出的天然气量；4新能源机组运行成本 式中：kWP为风电光伏机组单位运行成本；PWP,t为t时段风光出力；5弃风光惩罚成本 式中：kWPC为弃风光单位成本；为t时段风光出力预测值；6电解槽运行成本 式中：kEL为电解槽单位运行成本；Pe,EL,t为电解槽输入电能功率；7碳交易成本 式中：为碳减排激励价格；C0,t为用户在时段t的初始碳排放量；8储能运行成本 式中：kSE为储能电池充放单位功率运行成本；分别为主储能充功率、放电功率；分别为次储能充电功率、放电功率；9CO2封存与运输成本 式中：kST为封存与运输单位成本；为t时段CCPP捕集的CO2质量；EP2G,t为t时段Sabatier反应消耗的CO2质量；10溶剂损耗成本 式中：kSL为乙醇胺的成本系数；wwr为溶剂运行中损耗系数；11次储能给CCPP带来的灵活性收益 式中：kFG为储能电池为CCPP提供的灵活性单位收益；12碳捕集装置能耗成本 式中：Ppiece为碳捕集机组向外部电网的购电电价。

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