[发明专利]一种计及改进阶梯式碳交易的电-气综合能源系统规划方法

说明书

本发明公开了一种计及改进阶梯式碳交易的电‑气综合能源系统规划方法，涉及综合能源系统低碳规划领域、电力市场领域。本发明采用基准线法，根据火电机组和热电联产机组发出的电力确定电‑气综合能源系统的无偿碳排放配额；以及实际碳排放量；在碳交易成本模型中引入技术补贴系数和碳减排指标，用于激励发电企业主动节能减排的积极性，根据电‑气综合能源系统的无偿碳排放配额和实际碳排放量确定碳交易成本；构建计及改进阶梯式碳交易成本的电‑气综合能源系统规划模型，根据该模型得到所需的规划结果。本发明建立适用于电‑气综合能源系统的碳交易成本计算模型，可严格控制系统的碳排放量，促进电‑气综合能源系统的低碳发展。

技术领域

本发明涉及综合能源系统低碳规划领域、电力市场领域，具体涉及一种考虑碳交易机制的综合能源系统规划的方法。

背景技术

随着人类社会的发展，以化石燃料燃烧为主要形式的能源利用模式使得环境问题日益突出。电力行业排放的二氧化碳占全国排放总量的50％左右，具有较大的碳减排潜力。电力系统和天然气系统的耦合日益加深，传统的电力系统与天然气系统独立规划的模式已经不能满足电气综合能源系统的需要。碳交易机制被认为是可兼顾电力经济性和低碳环保性的有效手段。2017年12月19日，随着国家发改委印发《全国碳排放权交易市场建设方案(发电行业)》，我国统一碳排放交易体系完成了总体设计并正式启动，标志着我国成为全球最大的碳排放权交易市场。因此开展考虑碳交易机制的电气综合能源系统规划的研究，有助于提高整体能源利用效率和对间歇性可再生能源发电出力的消纳能力，兼顾系统的低碳性和经济性。

电-气综合能源系统通过能源耦合单元将电力系统与天然气系统紧密联系起来在耦合单元中，热电联产(combined heat and power,CHP)机组具有高效、反映快、建设时间短等优点，已经得到广泛应用。电转气(power to gas,P2G)设备可将电力系统中富裕的电力转化为天然气，促进电-气综合能源系统闭环运行。

电-气综合能源协同规划问题近来受到国内外专家学者的广泛关注，文献(M.Salimi,H.Ghasemi,M.Adelpour and S.Vaez-ZAdeh.Optimal planning of energyhubs in interconnected energy systems:a case study for natural gas andelectricity[J].IET Generation,Transmission&Distribution,2015,9(8):695-707.)考虑了天然气系统和电力系统的物理约束，提出了一个能够对互联的能源中心进行优化设计的方法框架，可对CHP机组、为用户供热的燃气锅炉等选址和定容。文献(X.Zhang,M.Shahidehpour,A.Alabdulwahab and A.Abusorrah.Optimal Expansion Planning ofEnergy Hub With Multiple Energy Infrastructures[J].IEEE Transactions on SmartGrid,2015,6(5):2302-2311.)提出了能源中心的扩展规划模型，用于优化输电线路、燃气锅炉和CHP机组的选址和定容。文献(黄国日,刘伟佳,文福拴,董朝阳,郑宇,张睿.具有电转气装置的电-气混联综合能源系统的协同规划[J].电力建设,2016,37(09):1-13.)综合考虑热电联产机组和P2G设备，建立了以综合成本最小为优化目标的电-气混联综合能源系统的选址定容优化模型。文献(王一家,董朝阳,徐岩,马进,郑宇.利用电转气技术实现可再生能源的大规模存储与传输(英文)[J].中国电机工程学报,2015,35(14):3586-3595.)建立了多阶段电-气协同规划模型，利用P2G技术将多余的可再生能源发电转化为天然气以进行大规模存储或传输。文献(高滢,王芃,薛友,文福拴,张利军,孙可,徐晨博.计及需求侧管理的电—气集成能源系统协同规划[J].电力系统自动化,2018,42(13):3-11.)考虑了需求侧管理，建立了电-气集成能源系统中NGFP和P2G设备、输电线路和天然气管道选址规划的混合整数非线性模型。现有的综合能源系统规划模型忽略了碳排放带来的环境成本。