考虑碳交易与绿证交易的电-热耦合园区低碳规划

doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2023.02.003

综合智慧能源 ›› 2023, Vol. 45 ›› Issue (2): 22-29.doi: 10.3969/j.issn.2097-0706.2023.02.003

考虑碳交易与绿证交易的电-热耦合园区低碳规划

曾慧¹(), 杜源²^,³(), 李涛¹(), 薛屹洵²^,³^,^*(), 孙开元¹(), 夏天²(), 孙宏斌²^,³()

1.广东电网有限责任公司广州供电局，广州 510620
2.清华大学电机工程与应用电子技术系，北京 100084
3.太原理工大学电气与动力工程学院，太原 030024

收稿日期:2022-07-30 修回日期:2022-10-08 出版日期:2023-02-25
通讯作者: *薛屹洵（1993），男，副教授，博士，从事多能流系统的全评估与分布式优化等方面的研究， xueyixun@tyut.edu.cnn。
作者简介:曾慧（1994），女，助理工程师，从事智能电网规划、建设管理等方面的研究，282783073@qq.com；
杜源（1996），男，在读博士研究生，从事综合能源系统优化研究，duyuan9603@163.com；
李涛（1979），男，在读硕士研究生，从事能源互联网和智能电网规划、建设管理等方面的研究，litym@163.com；
孙开元（1991），男，在读硕士研究生，从事电力系统规划研究，skysunkaiyuan@foxmail.com；
夏天（1981），男，高级工程师，硕士，从事电力系统分析研究， summersummer@tsinghua.edu.cn；
孙宏斌（1969），男，教授，博士生导师，博士，IEEE Fellow，教育部长江学者，从事多能流系统的综合能量管理、电力系统信息论和无功电压优化控制等方面的研究， shb@tsinghua.edu.cn。
基金资助:
国家自然科学基金项目(U2066206)

Low-carbon planning of a park-level integrated electric and heating system considering carbon trading and green certificate trading

ZENG Hui¹(), DU Yuan²^,³(), LI Tao¹(), XUE Yixun²^,³^,^*(), SUN Kaiyuan¹(), XIA Tian²(), SUN Hongbin²^,³()

1. Guangzhou Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Company Limited， Guangzhou 510620， China
2. Department of Electrical Engineering， Tsinghua University， Beijing 100084， China
3. College of Electrical Engineering， Taiyuan University of Technology， Taiyuan 030024， China

Received:2022-07-30 Revised:2022-10-08 Published:2023-02-25
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(U2066206)

摘要/Abstract

摘要：

电-热耦合系统是综合能源系统的典型形式，对其进行合理规划是推动“双碳”目标下园区低碳转型的现实需求。结合碳交易及绿证交易机制，将园区参与碳排放权交易及绿色证书交易的成本引入优化目标，提出了计及分布式光伏接入的电-热耦合园区综合能源系统低碳规划模型。该模型综合考虑了电、热异质能流的耦合特性及分布式光伏、储能设备的运行特性。在P6H10系统上设立3个场景对所提模型进行仿真验证，结果表明在规划模型中考虑碳排放权交易机制和绿色证书交易机制可有效促进园区内分布式光伏和热电联产机组等低碳设备的规划，从而促进园区的低碳转型。在此基础上，对碳交易价格和绿证交易价格进行了灵敏度分析，表明制定合理的碳交易价格和绿证交易价格可有效降低园区总的成本。

关键词: “双碳”目标, 综合能源系统, 电-热耦合系统, 光伏, 储能, 热电联产, 碳排放权交易, 绿色证书交易, 低碳园区

Abstract:

As a typical form of integrated energy systems，electro-thermal coupling systems have to be comprehensively and rationally planned， in order to meet the low-carbon transformation demands under the "dual carbon" target. Thus， a low-carbon planning model of a park-level integrated electric and heating system （PIEHS） with photovoltaic system is formulated which takes the carbon emission trading and green certificate trading costs as the optimization objectives. The model comprehensively considers the coupling characteristics of electric and thermal heterogeneous energy flows and the operating characteristics of distributed photovoltaic and energy storage devices. A P6H10 system is utilized to simulate and verify the proposed model in 3 scenarios. The results demonstrate that the carbon trading and green certificate trading mechanisms can effectively promote the planning of low-carbon devices such as distributed photovoltaic， energy storage， and CHP units， which facilitates the low-carbon transformation of the PIEHS. Finally， a sensitivity analysis is carried out on the carbon trading price and green certificate trading price， and the results show that the reasonable prices will reduce the total cost of the PIEHS.

Key words: "dual carbon" target, integrated energy system, combined heat and power system, photovoltaic, energy storage, CHP, carbon emission trading, green certificate trading, low-carbon park

中图分类号:

TK019

曾慧, 杜源, 李涛, 薛屹洵, 孙开元, 夏天, 孙宏斌. 考虑碳交易与绿证交易的电-热耦合园区低碳规划[J]. 综合智慧能源, 2023, 45(2): 22-29.

ZENG Hui, DU Yuan, LI Tao, XUE Yixun, SUN Kaiyuan, XIA Tian, SUN Hongbin. Low-carbon planning of a park-level integrated electric and heating system considering carbon trading and green certificate trading[J]. Integrated Intelligent Energy, 2023, 45(2): 22-29.

图/表 7

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表1

表2

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参考文献 20

[1]	吕佳炜, 张沈习, 程浩忠, 等. 考虑互联互动的区域综合能源系统规划研究综述[J]. 中国电机工程学报, 2021, 41(12): 4001-4021.
	LV Jiawei, ZHANG Shenxi, CHENG Haozhong, et al. Review on district-level integrated energy system planning considering interconnection and interaction[J]. Proceedings of the CSEE, 2021, 41(12): 4001-4021.
[2]	朱海东, 郝浩, 郑剑, 等. 基于冷热电多能互补的园区综合能源系统设计[J]. 华电技术, 2021, 43(4): 34-38.
	ZHU Haidong, HAO Hao, ZHENG Jian, et al. Design of integrated energy system for parks based on complementation of cold, heat and electricity[J]. Huadian Technology, 2021, 43(4): 34-38.
[3]	曹严, 穆云飞, 贾宏杰, 等. 考虑建设时序的园区综合能源系统多阶段规划[J]. 中国电机工程学报, 2020, 40(21): 6815-6828.
	CAO Yan, MU Yunfei, JIA Hongjie, et al. Multi-stage planning of park-level integrated energy system considering construction time sequence[J]. Proceedings of the CSEE, 2020, 40(21): 6815-6828.
[4]	LI C, LI P, YU H, et al. Optimal planning of community integrated energy station considering frequency regulation service[J]. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy, 2021, 9(2): 264-273. doi: 10.35833/MPCE.2019.000056
[5]	YANG W, LIU W, CHI Y C, et al. Coordinated planning strategy for integrated energy systems in a district energy sector[J]. IEEE Transactions on Sustainable Energy, 2020, 11(3): 1807-1819. doi: 10.1109/TSTE.5165391
[6]	魏震波, 郭毅, 魏平桉, 等. 基于IGDT的电-气互联综合能源系统多目标扩展规划模型[J]. 高电压技术, 2022, 48(2): 526-537.
	WEI Zhenbo, GUO Yi, WEI Ping'an, et al. IGDT-based multi-objective expansion planning model for integrated natural gas and electric power systems[J]. High Voltage Engineering, 2022, 48(2): 526-537.
[7]	赵瑾, 雍静, 郇嘉嘉, 等. 基于长时间尺度的园区综合能源系统随机规划[J]. 电力自动化设备, 2020, 40(3): 62-67.
	ZHAO Jin, YONG Jing, HUAN Jiajia, et al. Stochastic planning of park-level integrated energy system based on long time-scale[J]. Electric Power Automation Equipment, 2020, 40(3): 62-67.
[8]	卫志农, 张思德, 孙国强, 等. 基于碳交易机制的电-气互联综合能源系统低碳经济运行[J]. 电力系统自动化, 2016, 40(15): 9-16.
	WEI Zhinong, ZHANG Side, SUN Guoqiang, et al. Carbon trading based low-carbon economic operation for integrated electricity and natural gas energy system[J]. Automation of Electric Power Systems, 2016, 40(15): 9-16.
[9]	何清素, 韩庆芝, 刘志远, 等. 区块链技术在碳交易中的应用研究[J]. 华电技术, 2022, 44(3):23-28.
	HE Qingsu, HAN Qingzhi, LIU Zhiyuan, et al. Applications of blockchain technology in carbon trading[J]. Huadian Technology, 2022, 44(3):23-28.
[10]	秦婷, 刘怀东, 王锦桥, 等. 基于碳交易的电-热-气综合能源系统低碳经济调度[J]. 电力系统自动化, 2018, 42(14): 8-13,22.
	QIN Ting, LIU Huaidong, WANG Jinqiao, et al. Carbon trading based low-carbon economic dispatch for integrated electricity-heat-gas energy system[J]. Automation of Electric Power Systems, 2018, 42(14): 8-13,22.
[11]	陈登勇, 刘方, 刘帅. 基于阶梯碳交易的含P2G-CCS耦合和燃气掺氢的虚拟电厂优化调度[J]. 电网技术, 2022, 46(6): 2042-2054.
	CHEN Dengyong, LIU Fang, LIU Shuai. Optimization of virtual power plant scheduling coupling with P2G-CCS and doped with gas hydrogen based on stepped carbon trading[J]. Power System Technology, 2022, 46(6): 2042-2054.
[12]	瞿凯平, 黄琳妮, 余涛, 等. 碳交易机制下多区域综合能源系统的分散调度[J]. 中国电机工程学报, 2018, 38(3): 697-707.
	QU Kaiping, HUANG Linni, YU Tao, et al. Decentralized dispatch of multi-area integrated energy systems with carbon trading[J]. Proceedings of the CSEE, 2018, 38(3): 697-707.
[13]	彭谦, 周晓洁, 杨睿. 国家绿色电力证书交易市场与省级日前电力市场协调均衡机制设计[J]. 电网技术, 2020, 44(7): 2565-2571.
	PENG Qian, ZHOU Xiaojie, YANG Rui. Design of coordination and balance mechanism between national green power certificate trading market and provincial day-ahead power market[J]. Power System Technology, 2020, 44(7): 2565-2571.
[14]	骆钊, 秦景辉, 梁俊宇, 等. 含绿色证书跨链交易的综合能源系统运行优化[J]. 电网技术, 2021, 45(4): 1311-1320.
	LUO Zhao, QIN Jinghui, LIANG Junyu, et al. Operation optimization of integrated energy system with green certificate cross-chain transaction[J]. Power System Technology, 2021, 45(4): 1311-1320.
[15]	袁桂丽, 刘培德, 唐福斌, 等. 计及绿色电力证书与碳交易制度的“源-荷”协调优化调度[J]. 太阳能学报, 2022, 43(6): 190-195.
	YUAN Guili, LIU Peide, TANG Fubin, et al. Source-load coordination optimal scheduling considering green power certificate and carbon trading mechanisms[J]. Acta Energiae Solaris Sinica, 2022, 43(6): 190-195.
[16]	张家瑞, 余朋军, 许忠义, 等. 基于绿证-碳交易机制的含风电电力系统动态环境经济调度[J]. 华电技术, 2021, 43(9):69-77.
	ZHANG Jiarui, YU Pengjun, XU Zhongyi, et al. Environmental economic dispatch considering wind power systems based on green certificate-carbon trading mechanism[J]. Huadian Technology, 2021, 43(9):69-77.
[17]	崔杨, 沈卓, 王铮, 等. 考虑绿证-碳排等价交互机制的区域综合能源系统绿色调度[J]. 中国电机工程学报, 2022. DOI:10.13334/j.0258-8013.pcsee.213299. doi: 10.13334/j.0258-8013.pcsee.213299
	CUI Yang, SHEN Zhuo, WANG Zheng, et al. Green dispatch of regional integrated energy system considering green certificate-carbon emission equivalent interaction mechanism[J]. Proceedings of the CSEE, 2022.DOI:10.13334/j.0258-8013.pcsee.213299. doi: 10.13334/j.0258-8013.pcsee.213299
[18]	丁曦, 张笑演, 王胜寒, 等. 双碳目标下考虑最优建设时序的区域综合能源系统低碳规划[J]. 高电压技术, 2022, 48(7):2584-2596.
	DING Xi, ZHANG Xiaoyan, WANG Shenghan, et al. Low carbon planning of community integrated energy system considering optimal construction timing under dual carbon target[J]. High Voltage Engineering, 2022, 48(7): 2584-2596.
[19]	LI Z, WU W, SHAHIDEHPOUR M, et al. Combined heat and power dispatch considering pipeline energy storage of district heating network[J]. IEEE Transactions on Sustainable Energy, 2016, 7(1): 12-22. doi: 10.1109/TSTE.2015.2467383
[20]	赵波, 包侃侃, 徐志成, 等. 考虑需求侧响应的光储并网型微电网优化配置[J]. 中国电机工程学报, 2015, 35(21): 5465-5474.
	ZHAO Bo, BAO Kankan, XU Zhicheng, et al. Optimal sizing for grid-connected PV-and-storage microgrid considering demand response[J]. Proceedings of the CSEE, 2015, 35(21): 5465-5474.

设备	安装位置	容量/kW	单位运行成本/ [元·(kW·h)^-1]	单位投资成本/(元·kW^-1)
G1	B1	500	0.30	6 000
G2	B5	1 000	0.30	6 000
C1	B3	500	0.25	8 000
C2	B6	1 000	0.25	8 000
PV1	B2	500		9 000
PV2	B4	1 000		9 000
ES	B2	500		780

场景	G1	G2	C1	PV1	ES
1	第1年	第7年	第11年		第6年
2	第1年	第7年	第6年		第1年
3	第1年	第8年	第7年	第1年	第1年

项目		场景1	场景2	场景3
投资成本		889.92	989.33	1 391.16
运行成本	机组燃料成本	4 674.74	4 601.24	4 355.93
	购电成本	574.73	550.10	506.69
	弃光成本	0	0	0
	碳交易成本	70.22	5.49	-15.48
	绿证交易成本	363.23	363.23	216.48
设备残值		119.27	84.20	110.67
总成本		6 453.57	6 425.19	6 344.11

考虑碳交易与绿证交易的电-热耦合园区低碳规划

Low-carbon planning of a park-level integrated electric and heating system considering carbon trading and green certificate trading

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[1]	李菲菲, 徐绘薇, 崔金栋. 基于STIRPAT模型的吉林省石化行业碳排放影响因素研究[J]. 综合智慧能源, 2024, 46(8): 12-19.
[2]	李菲菲, 王舒泓, 崔金栋. 全生命周期视角下汽车产业碳排放影响因素的研究——以吉林省为例[J]. 综合智慧能源, 2024, 46(8): 20-27.
[3]	邓振宇, 汪茹康, 徐钢, 云昆, 王颖. 综合能源系统中热电联产机组故障预警现状[J]. 综合智慧能源, 2024, 46(8): 67-76.
[4]	何方波, 裴力耕, 郑睿, 范康健, 张晓曼, 李更丰. “源网荷储”协同助力陕西省新型电力系统建设[J]. 综合智慧能源, 2024, 46(7): 40-46.
[5]	徐智帆, 李华森, 李文院, 余凯. 基于递归小脑模型神经网络和卡尔曼滤波器的锂电池荷电状态预测[J]. 综合智慧能源, 2024, 46(7): 81-86.
[6]	王俊, 田浩, 赵二岗, 舒展, 万子镜. 计及电动汽车共享储能特性的园区柔性资源低碳运行控制方法[J]. 综合智慧能源, 2024, 46(6): 16-26.
[7]	王林, 孔小民, 周忠玉, 刘建平, 王晓东, 张宁. 云储能模式下的配电网分布式光伏-储能无功优化方法[J]. 综合智慧能源, 2024, 46(6): 44-53.
[8]	张勋祥, 吴杰康, 孙烨桦, 彭其坚. 平抑海上风电波动的混合储能系统容量优化配置[J]. 综合智慧能源, 2024, 46(6): 54-65.
[9]	李一诺, 刘玮, 魏兴慎, 王琦. 网络攻击场景下含分布式光伏配电网的脆弱性研究[J]. 综合智慧能源, 2024, 46(5): 50-57.
[10]	龚钢军, 王路遥, 常卓越, 柳旭, 邢汇笛. 基于能源枢纽的综合能源信息物理系统安全防护架构研究[J]. 综合智慧能源, 2024, 46(5): 65-72.
[11]	柳旭, 陆俊, 龚钢军, 侯昝宇, 张春萌, 刘博. 面向光伏数据采集与存储的安全防护方法[J]. 综合智慧能源, 2024, 46(5): 73-80.
[12]	李云, 周世杰, 胡哲千, 梁均原, 肖雷鸣. 基于NSGA-Ⅱ-WPA的综合能源系统多目标优化调度[J]. 综合智慧能源, 2024, 46(4): 1-9.
[13]	史明明, 朱睿, 刘瑞煌. 交直流电力系统与供热系统联合经济调度[J]. 综合智慧能源, 2024, 46(4): 10-16.
[14]	董强, 徐君, 方东平, 方丽娟, 陈妍琼. 基于光伏出力特性的分布式光储系统优化调度策略[J]. 综合智慧能源, 2024, 46(4): 17-23.
[15]	陈勇, 肖雷鸣, 王井南, 吴健. 基于场景扩充的低碳综合能源系统高可靠性容量规划方法[J]. 综合智慧能源, 2024, 46(4): 24-33.