一种多主体互补的多能源系统低碳运行策略的构建方法及系统与流程

1.本发明属于低碳综合能源系统模型构建和优化领域，涉及一种多主体互补的多能源系统低碳运行策略的构建方法及系统。


背景技术：

2.分布式多能源系统集燃煤机组、风电、天然气、热电联产机组于一体，有效丰富了能源综合利用，为随机性强的用户提供了灵活的能源供应。然而，分布式多能源系统中仍然存在大量的碳排放和严重的弃风现象，这使得探索高效的节能减排技术和灵活的能源管理方法成为研究热点。因此，全面探索分布式多能源系统中多个实体参与碳交易市场，共同促进节能减排工作实施和多元化市场的发展和完善是必然的。
3.煤炭作为主要的能源，基于人类就业、社会经济和权力平衡等问题，在短期内几乎不可能完全关闭所有燃煤电厂。因此，将传统的燃煤电厂转变为新型碳捕集电厂，是减少燃煤机组碳排放的有效手段。具有灵活调整特性的碳捕集电厂使传统的燃煤电厂具有更深的调峰特性。近年来，随着分布式多能源市场的不断发展和碳市场的初步建立，由多元化市场驱动多主体参与的需求侧响应技术至关重要，这为节能减排工作的推进提供了更多的灵活性资源。然而，目前在多能源系统中对不同主体的碳减排能力和碳责任承担能力之间的协调互补特性的研究还处于起步阶段。为此，在大规模分布式多能源系统不断并网的背景下，进一步探索供需两侧协调互补的分布式多能源系统低碳运行技术。从而有效降低碳排放，增强可再生能源消纳，并促进碳排放市场交易机制的发展与完善具有重要意义。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种多主体互补的多能源系统低碳运行策略的构建方法及系统，旨在解决现有技术难以将碳捕集电厂模型和用户侧的碳排放责任结合起来，来满足适应多元化市场的需求侧响应的技术问题。
5.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
6.本发明提出的一种多主体互补的多能源系统低碳运行策略的构建方法，包括以下步骤：
7.建立具有存储和调峰特性的碳捕集设备模型，根据具有存储和调峰特性的碳捕集设备模型建立具有多种形式灵活运行特性的碳捕集电厂模型；
8.基于具有多种形式灵活运行的碳捕集电厂模型，获取发电机组中的碳排放配额；
9.根据发电机组中的碳排放配额、具有多种形式灵活运行特性的碳捕集电厂模型和用户侧因用能而承担的碳排放责任，获得用户侧碳排放责任承担模型；
10.在用户侧碳排放责任承担模型的基础上，协同实施基于分时电价和阶梯碳价的电、热负荷需求响应策略，建立基于分时电价的电力需求响应模型和基于阶梯碳价的热负荷需求侧响应模型；
11.根据具有多种形式灵活运行的碳捕集电厂模型、用户侧碳排放责任承担模型、基于分时电价的电力需求响应模型和基于阶梯碳价的热负荷需求侧响应模型，建立多能源系统源荷协调互补的优化运行模型，实现分布式多能源系统多主体协调运行的灵活低碳运行策略。
12.优选地，在多能源系统供能端，应用节能减排改造技术建立具有多种形式灵活运行特性的碳捕集电厂模型，具有多种形式灵活运行特性的碳捕集电厂模型如下：
13.eg(i,t)＝e
p
pg(i,t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0014][0015][0016]ecl
(i,t)＝e
bg
(i,t) e
cg
(i,t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0017][0018][0019]epf
(i,t)＝eg(i,t)-e
cl
(i,t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0020]
其中，pg(i,t)是碳捕集发电厂的总发电功率，e
p
是碳排放强度，eg(i,t)是碳捕集发电厂的碳排放量，β是烟气分流速率，e
co2
(i,t)是进入碳捕集设备的烟气，δ是捕获率，e
bg
(i,t)是二氧化碳实际捕获量，e
cl
(i,t)是二氧化碳总处理量， e
cg
(i,t)是从储液设备流出的二氧化碳，η是碳捕获设备的最大运行条件，e
pf
(i,t)是排放到大气中的二氧化碳，为最大二氧化碳处理量，为最大总发电量。
[0021]
优选地，建立的具有存储和调峰特性的碳捕集设备模型如下：
[0022]ecg
(i,t)＝u1e
cg,dis
(i,t)-u2e
cg,ch
(i,t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0023]
se
cg
(i,t)＝se
cg
(i,t-1) u2e
cg,ch
(i,t)-u1e
cg,dis
(i,t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0024]
0≤u1 u2≤1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0025][0026][0027]
se
cg
(t,t
ini
)＝se
cg
(i,t
fin
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)
[0028]
其中，u1和u2是0-1变量，e
cg,ch
(i,t)是存储罐在t时刻存储的二氧化碳，e
cg,dis
(i,t)是存储罐在t时刻释放的二氧化碳，se
cg
(i,t)是存储罐在t时刻拥有的二氧化碳，se
cg
(i,t-1)是存储罐在t-1时刻拥有的二氧化碳，是存储二氧化碳的最大值，是释放二氧化碳的最大值，是存储罐容纳二氧化碳的最大值，e
cg
(t,t
ini
)和e
cg
(i,t
fin
)代表储液罐中二氧化碳在一个周期内的初始值和最终值；
[0029]
二氧化碳在碳捕集设备模型的存储运行存储过程中以富液和贫液的形式流动，需要考虑到吸收二氧化碳的溶剂体积与二氧化碳质量之间的关系，二氧化碳的溶剂体积与二氧化碳质量的关系如下：
[0030][0031]vcfl
(i,t)＝v
cfl
(i,t-1)-v
ca
(i,t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)
[0032]vcpl
(i,t)＝v
cpl
(i,t-1) v
ca
(i,t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)
[0033][0034]vcfl/cpl
(i,t
ini
)＝v
cfl/cpl
(i,t
fin
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(18)
[0035]
其中，v
ca
(i,t)是储液罐释放二氧化碳所需的溶剂，是二氧化碳的摩尔质量，θ是再生塔中二氧化碳的解析量，μr和σr分别为溶剂浓度和密度，m
mea
是mea摩尔质量，v
cfl
(i,t)和v
cpl
(i,t)分别是富液罐和贫液罐在t时刻的溶剂量， v
cfl
(i,t-1)和v
cpl
(i,t-1)分别是富液罐和贫液罐在t-1时刻的溶剂量， v
cfl/cpl
(i,t)指存储罐中富液或者贫液在t时刻的溶剂量，是溶剂罐的最大容量，v
cfl/cpl
(i,t
ini
)＝v
cfl/cpl
(i,t
fin
)表示储罐的富液和贫液的容量在开始和结束时是恒定的。
[0036]
优选地，获取发电机组中的碳排放配额计算如下：
[0037]etotal
＝p
base
×
p
real
×
f1×ff
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(19)
[0038]
其中，e
total
是发电机组的碳配额，p
base
是单位供电碳排放的基准值，p
real
是单位供电碳排放的实际值，f1是冷却模式的校正系数，水冷却为1，空气冷却为1.05，ff是机组负荷校正系数，机组负载校正系数ff的选取如下：
[0039][0040]
其中，f是机组负载系数。
[0041]
优选地，建立用户侧碳排放责任承担模型如下：
[0042]ftrading
(i,t)＝c
trading
(e
pf
(i,t)-e
total
(i,t))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(21)
[0043][0044]
其中，f
trading
(i,t)是碳交易资金，c
trading
是单位碳交易价格。
[0045]
优选地，建立基于阶梯碳价的热负荷需求侧响应模型如下：
[0046][0047]
[0048]ehpf
(t)＝ehph(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(25)
[0049]
p
hdr
(t)＝ph(t) δp
hdr
(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(26)
[0050]
|δp
hdr
(t)|≤0.1ph(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(27)
[0051][0052]
其中，f
hload
是实施热负荷需求响应的总成本，ph(t)是需求响应前的热负荷，c
em
(t)是考虑阶梯碳价的用户侧碳排放承担成本，c
hdr
是响应单位热负荷的成本系数，δp
hdr
(t)是热负荷响应量，e
hpf
(t)是热负荷的碳排放量，eh是单位热负荷的碳排放强度，p
hdr
(t)是需求响应后的热负荷，t是24个小时，公式(27)-(28)能够确保用户的舒适性和基本热负荷需求。
[0053]
优选地，建立基于分时电价的电力需求响应模型如下：
[0054][0055][0056]
其中，是时间段a和b之间的弹性系数，时间段a和b之间的弹性系数表示负荷变化和价格变化之间的关系，和分别表示负荷与价格的变化量，表示初始负荷，表示初始价格，参与需求响应之后的电负荷表示如下：
[0057][0058][0059]
其中，表示t时刻需求响应后的电负荷，表示t时刻的初始负荷，表示自弹性系数，表示t时刻价格的变化。
[0060]
优选地，考虑到燃煤机组的运行成本f
gop
、热电联产机组的运行成本f
chpop
、弃风成本f
qwind
、以及碳交易成本f
trading
，建立多能源系统源荷协调互补的优化运行模型如下：
[0061]
obj:minf
total
＝min(f
gop
f
chpop
f
qwind
f
trading
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(33)
[0062][0063][0064][0065][0066]
s.t.:
[0067][0068]
其中，f
total
是多能源系统的总运行成本，p
windpre
(t)和p
wind
(t)分别是风电场的预测功率和实际消耗功率，c
qwind
是单位弃风成本，ng为碳捕集电厂发电机组数，ag(i)、bg(i)、cg(i)均为碳捕集电厂机组参数，
nchp
为热电联产机组数，a
chp
(j)、b
chp
(j)、d
chp
(j)、e
chp
(j)、f
chp
(j)、c
chp
(j)为热电联产机组参数，p
chpe
(j,t)为热电联产机组发电功率，p
chph
(j,t)为热电联产发热功率，pg(i,t)为碳捕集电厂发电机组功率，为热电联产机组发电功率小值，为热电联产机组发热功率最小值，为热电联产机组发电功率最大值，为热电联产机组发热功率最大值，为碳捕集电厂发电机组功率最小值，为碳捕集电厂发电机组功率最大值，pe(t)为需求响应后的电负荷，公式(38)的前三个项目分别是电、热负荷的功率平衡约束，以及热电联产机组的运行特性。
[0069]
本发明提出的一种多主体互补的多能源系统低碳运行策略的构建系统，包括：
[0070]
碳捕集电厂模型构建模块，所述碳捕集电厂模型构建模块用于建立具有存储和调峰特性的碳捕集设备模型，根据具有存储和调峰特性的碳捕集设备模型建立具有多种形式灵活运行特性的碳捕集电厂模型；
[0071]
碳排放配额获取模块，所述碳排放配额获取模块用于基于具有多种形式灵活运行的碳捕集电厂模型，获取发电机组中的碳排放配额；
[0072]
用户侧碳排放责任承担模型构建模块，所述用户侧碳排放责任承担模型构建模块用于根据发电机组中的碳排放配额根据发电机组中的碳排放配额、具有多种形式灵活运行特性的碳捕集电厂模型和用户侧因用能而承担的碳排放责任，获得用户侧碳排放责任承担模型；
[0073]
需求侧响应模型搭建模块，所述需求侧响应模型搭建模块用于在用户侧碳排放责任承担模型的基础上，协同实施基于分时电价和阶梯碳价的电、热负荷需求响应策略，建立基于分时电价的电力需求响应模型和基于阶梯碳价的热负荷需求侧响应模型；
[0074]
运行策略获取模块，所述运行策略获取模块用于根据具有多种形式灵活运行的碳捕集电厂模型、用户侧碳排放责任承担模型、基于分时电价的电力需求响应模型和基于阶梯碳价的热负荷需求侧响应模型，建立多能源系统源荷协调互补的优化运行模型，实现分布式多能源系统多主体协调运行的灵活低碳运行策略。
[0075]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0076]
本发明提出了一种多主体互补的多能源系统低碳运行策略的构建方法，相比与传统的碳捕集电厂经济调度问题，本发明更加关注多能源系统内的多主体互补协调的节能减排特性，更能够体现多能源电力系统中不同实体之间的低碳和节能实践的互补效益。建立了具有存储特性和调峰特性的碳捕集设备模型，通过将电厂碳捕集过程中的二氧化碳的吸收与解析过程进行解耦，从而以溶剂罐灵活的存储特性实现发电厂虚拟调峰，提高发电机组运行稳定性；建立多种形式灵活运行特性的碳捕集电厂模型，一方面促进可再生能源的消费，扩大传统燃煤发电厂的备用高峰调峰特征。另一方面，碳捕捉发电厂的碳处理特性减少了燃煤发电厂的碳排放，与碳交易市场的积极互动增加了自身的经济性，促进了碳市场的流动；基于分时电价的电力负荷需求侧响应和基于分级碳价的热负荷需求侧响应的协调实施，有效激发了用户节能减排的潜力，促进了能源市场和碳交易市场的协调运行；通过建立模型获得供能端的碳排放配额，从而以经济性为引导，实现额度内碳配额的一个优化利用与分配，从而减少供能端的碳排放，并提高经济性；根据发电机组的碳排放配额、多种形式灵活运行特性的碳捕集电厂模型和具有存储和调峰特性的碳捕集设备建模，建立用户侧碳排放责任承担模型，实现用户侧的碳信用额度与碳市场之间的灵活交易，从而有效减少了用户侧的碳排放；考虑多能源系统内多主体的运行成本，建立考虑多主体协调互补的分布式多能源系统灵活低碳优化运行模型，有效解决了在新能源短期内无法完全替代传统化石燃料的情况下，对燃煤发电厂进行节能改造来降低碳排放，并通过多元化需求响应策略有效促进了市场多元化。另外，碳排放的用户责任能够成功模拟碳交易市场中供方和需求方之间的联系，从而提高双方的节能减排潜力。
[0077]
进一步地，应用节能减排改造技术建立了多种形式灵活运行的碳捕集电厂模型，对短时间内难以大规模完全关闭的传统燃煤电厂来说，具有良好的经济性与环保性双重效益。
[0078]
进一步地，在碳捕集电厂中，碳捕集设备以二氧化碳吸收剂存储和释放的形式，来改变碳捕集电厂本身消耗的电能，从而实现电厂的灵活调峰特性。
[0079]
进一步地，用户侧通过市场实施的分时电价和阶梯碳价，考虑自身的经济效益与
碳排放特性参与需求响应，有效激发了用户侧的节能减排潜力，并促进了能源电力市场与碳交易市场间的协调运行，为后续的多元化市场的发展与完善具有重要参考意义。
[0080]
进一步地，采将天然气燃烧产生的碳排放量规算至负荷方，用户承担相应的碳排放责任。消费者和供应商分别在碳交易市场上买卖碳信用额度，有效促进了碳市场供需双方的灵活互动。此外，将供应商的碳减排能力与用户的碳责任承担能力相协调，有利于全面探索多能源系统中供应商和需求者的互补低碳运营特征。
[0081]
本发明提出的一种多主体互补的多能源系统低碳运行策略的构建系统，通过将系统划分为碳捕集电厂模型构建模块、碳排放配额获取模块、用户侧碳排放责任承担模型构建模块、需求侧响应模型搭建模块和运行策略获取模块，采用模块化思想使各个模块之间相互独立，方便对各模块进行统一管理。
附图说明
[0082]
为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0083]
图1为本发明多主体互补的多能源系统低碳运行策略的构建方法的流程图。
[0084]
图2为本发明的碳捕获设备运行示意图。
[0085]
图3为本发明的热电联产机组运行示意图。
[0086]
图4为本发明的多能源系统多元化市场运作示意图。
[0087]
图5为本发明不同存储容量的多能源系统的运行特性示意图。
[0088]
图6为本发明二氧化碳处理量及其能耗特性示意图。
[0089]
图7为本发明多主体互补的多能源系统低碳运行策略的构建系统图。
具体实施方式
[0090]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0091]
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0092]
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0093]
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的
限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0094]
此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
[0095]
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0096]
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
[0097]
本发明提出一种多主体互补的多能源系统低碳运行策略的构建方法，通过对碳捕获系统各种灵活互补操作的分析，探索多能系统低碳排放的运行特点。通过计算热电联产系统对负荷侧产生的碳排放量的影响潜力，探索了能源供应商的碳减排能力与需求者碳责任承担能力的协调。同时，提出了一种多元化市场协调运行的多类型需求应对策略，有效激发了用户节能减排潜力，促进了电力市场和碳交易市场的协调运行。不同的模拟案例验证了该方法能有效提高多能系统的低碳性能和经济性，促进未来多元化市场的发展和完善。
[0098]
本发明提出的一种多主体互补的多能源系统低碳运行策略的构建方法，如图1所示，包括如下步骤：
[0099]
建立具有存储和调峰特性的碳捕集设备模型，根据具有存储和调峰特性的碳捕集设备模型建立具有多种形式灵活运行特性的碳捕集电厂模型；
[0100]
基于具有多种形式灵活运行的碳捕集电厂模型，获取发电机组中的碳排放配额；
[0101]
根据发电机组中的碳排放配额、具有多种形式灵活运行特性的碳捕集电厂模型和用户侧因用能而承担的碳排放责任，获得用户侧碳排放责任承担模型；
[0102]
在用户侧碳排放责任承担模型的基础上，协同实施基于分时电价和阶梯碳价的电、热负荷需求响应策略，建立基于分时电价的电力需求响应模型和基于阶梯碳价的热负荷需求侧响应模型；
[0103]
根据具有多种形式灵活运行的碳捕集电厂模型、用户侧碳排放责任承担模型、基于分时电价的电力需求响应模型和基于阶梯碳价的热负荷需求侧响应模型，建立多能源系统源荷协调互补的优化运行模型，实现分布式多能源系统多主体协调运行的灵活低碳运行策略。
[0104]
其中，用户侧因用能而承担的碳排放责任即供能端因满足用户侧的能源需求而产生的大量碳排放，用户侧应当承担一部分的碳排放责任。
[0105]
本发明提出的一种多主体互补的多能源系统低碳运行策略的构建方法，具体包括如下步骤：
[0106]
步骤1、在多能源系统供能端，对传统燃煤发电厂应用一种高效低碳的传统燃煤电厂节能改造技术，建设具有存储特性和调峰特性的碳捕集设备模型，从而建立具有多种形式灵活运行特性的碳捕集电厂模型，有效促进可再生能源的消纳并扩大传统发电厂的备用调峰特性；
[0107]
步骤2、基于具有多种形式灵活运行的碳捕集电厂模型，基于国家标准，获取发电
机组中较为理想的碳排放配额；
[0108]
步骤3、根据发电机组的碳排放配额根据发电机组中的碳排放配额、具有多种形式灵活运行特性的碳捕集电厂模型和用户侧因用能而承担相应的碳排放责任，建立碳交易模型，从而探索供能端的减碳能力与用户侧的碳责任承担减排能力之间的协调特性，并获得用户侧碳排放责任承担模型；
[0109]
步骤4、在用户侧承担碳排放责任的基础上，协同实施基于分时电价和阶梯碳价的电、热负荷需求响应策略，建立基于分时电价的电力需求响应模型和基于阶梯碳价的热负荷需求侧响应模型，从而加强用户侧与供能端之间协调减碳的灵活性；
[0110]
步骤5、根据具有多种形式灵活运行的碳捕集电厂模型、用户侧碳排放责任承担模型、基于分时电价的电力需求响应模型和基于阶梯碳价的热负荷需求侧响应模型，建立多能源系统源荷协调互补的优化运行模型，实现分布式多能源系统多主体协调运行的灵活低碳运行策略。
[0111]
首先是给出了低碳高效碳捕捉发电厂，是指传统燃煤发电厂中碳捕获设备的建设。燃煤烟气被送往碳捕获设备，用于二氧化碳的提取、压缩、储存和运输，从而促进二氧化碳的回收利用，减少其在大气中的排放。碳捕获设备的操作特征，如图2所示。它主要包括两种操作模式：烟气分流模式和溶剂储存模式。前者主要是通过调整烟气分流比系数，实时调整碳捕捉发电厂的净输出功率。后者通过控制储罐中富液的溶剂容量，将二氧化碳吸收过程与提取过程解耦，从而调节碳捕获设备的能耗时间。本文综合考虑了两种模式的合作性和灵活性运行特点，旨在实现碳排放的灵活调整，同时提高燃煤发电厂的调峰深度。
[0112]
具有灵活运行特性的碳捕捉发电厂的模块：碳捕获设备的运行需要消耗功率，具有多种形式灵活运行特性的碳捕集电厂模型如下：
[0113]eg
(i,t)＝e
p
pg(i,t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0114][0115][0116]ecl
(i,t)＝e
bg
(i,t) e
cg
(i,t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0117][0118][0119]epf
(i,t)＝eg(i,t)-e
cl
(i,t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0120]
其中，pg(i,t)是碳捕集发电厂的总发电功率，e
p
是碳排放强度，eg(i,t)是碳捕集发电厂的碳排放量，β是烟气分流速率，是进入碳捕集设备的烟气，δ是捕获率，e
bg
(i,t)是二氧化碳实际捕获量，e
cl
(i,t)是二氧化碳总处理量， e
cg
(i,t)是从储液设备流出的二氧化碳，η是碳捕获设备的最大运行条件， e
pf
(i,t)是排放到大气中的二氧化碳，为最大二氧化碳处理量，为最大总发电量。
[0121]
碳捕获设备具有灵活的存储和峰值调节特性，建立的具有存储和调峰特性的碳捕集设备模型如下：
[0122]ecg
(i,t)＝u1e
cg,dis
(i,t)-u2e
cg,ch
(i,t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0123]
se
cg
(i,t)＝se
cg
(i,t-1) u2e
cg,ch
(i,t)-u1e
cg,dis
(i,t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0124]
0≤u1 u2≤1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0125][0126][0127]
se
cg
(t,t
ini
)＝se
cg
(i,t
fin
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)
[0128]
其中，u1和u2是0-1变量，e
cg,ch
(i,t)是存储罐在t时刻存储的二氧化碳， e
cg,dis
(i,t)是存储罐在t时刻释放的二氧化碳，se
cg
(i,t)是存储罐在t时刻拥有的二氧化碳，se
cg
(i,t-1)是存储罐在t-1时刻拥有的二氧化碳，是存储二氧化碳的最大值，是释放二氧化碳的最大值，是存储罐容纳二氧化碳的最大值，e
cg
(t,t
ini
)和e
cg
(i,t
fin
)代表储液罐中二氧化碳在一个周期内的初始值和最终值；
[0129]
二氧化碳在碳捕集设备的存储运行存储过程中主要以富液和贫液的形式流动，因此，需要考虑到吸收二氧化碳的溶剂的体积与二氧化碳质量之间的关系，二氧化碳的溶剂体积与二氧化碳质量的关系如下：
[0130][0131]vcfl
(i,t)＝v
cfl
(i,t-1)-v
ca
(i,t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)
[0132]vcpl
(i,t)＝v
cpl
(i,t-1) v
ca
(i,t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)
[0133][0134]vcfl/cpl
(i,t
ini
)＝v
cfl/cpl
(i,t
fin
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(18)
[0135]
其中，v
ca
(i,t)是储液罐释放二氧化碳所需的溶剂，是二氧化碳的摩尔质量，θ是再生塔中二氧化碳的解析量，μr和σr分别为溶剂浓度和密度，m
mea
是mea摩尔质量，v
cfl
(i,t)和v
cpl
(i,t)分别是富液罐和贫液罐在t时刻的溶剂量， v
cfl
(i,t-1)和v
cpl
(i,t-1)分别是富液罐和贫液罐在t-1时刻的溶剂量， v
cfl/cpl
(i,t)指存储罐中富液或者贫液在t时刻的溶剂量，是溶剂罐的最大容量，v
cfl/cpl
(i,t
ini
)＝v
cfl/cpl
(i,t
fin
)表示储罐的富液和贫液的容量在开始和结束时是恒定的。公式(14)～公式(18)实现在碳捕集电厂中，碳捕集设备以二氧化碳吸收剂存储和释放的形式，来改变碳捕集电厂本身消耗的电能，从而实现电厂的灵活调峰特性。
[0136]
其探索供能端的减碳能力与用户侧的碳责任承担减排能力之间的协调特性，详细的协调特性示意图如图4所示，建立多主体参与的碳排放交易模型。传统发电机组中的碳排放配额计算如下(通常取实际负荷的70％)：
[0137]etotal
＝p
base
×
p
real
×
f1×ff
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(19)
[0138]
式中，e
total
是发电机组的碳配额，p
base
是单位供电碳排放的基准值，p
real
是单位供电碳排放的实际值，f1是冷却模式的校正系数，水冷却为1，空气冷却为1.05。ff是机组负荷系数的校正系数。根据"gb21258-2017"，常规燃煤纯凝发电机组的负载校正系数选取如下：
[0139][0140]
式中f是单位负载系数。在此基础上，建立用户侧碳排放责任承担模型如下：
[0141]ftrading
(i,t)＝c
trading
(e
pf
(i,t)-e
total
(i,t))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(21)
[0142][0143]
其中，f
trading
(i,t)是碳交易基金。c
trading
是单位碳交易价格。
[0144]
建立基于分层碳价格的热负荷需求侧响应模型。热电联产机组燃烧天然气，主要满足用户的热需求，其运行特性如图3所示。一是天然气的使用与用户密切相关，天然气燃烧的碳排放强度远远低于燃煤。其次，用户与碳交易市场的互动促进了市场主体的多元化。基于这两个原因，我们使用碳排放流理论来计算荷载侧的热电联产机组碳排放量。用户通过在碳交易市场购买碳排放信用额度来对碳排放负责。因此，为了促进多能源系统的最佳能源管理，降低用户的碳排放成本，我们实施基于分时电价的热负荷需求侧响应战略。用户采取节能措施，在不影响舒适性的情况下降低成本。建立基于阶梯碳价的热负荷需求侧响应模型如下：
[0145][0146][0147]ehpf
(t)＝ehph(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(25)
[0148]
p
hdr
(t)＝ph(t) δp
hdr
(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(26)
[0149]
|δp
hdr
(t)|≤0.1ph(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(27)
[0150][0151]
其中，f
hload
是实施热负荷需求响应的总成本，ph(t)是需求响应前的热负荷，c
em
(t)是考虑阶梯碳价的用户侧碳排放承担成本，c
hdr
是响应单位热负荷的成本系数，δp
hdr
(t)是热负荷响应量，e
hpf
(t)是热负荷的碳排放量，eh是单位热负荷的碳排放强度，p
hdr
(t)是需求响应后的热负荷，t是24个小时，公式 (27)-(28)能够确保用户的舒适性和基本热负荷需求。
[0152]
建立基于分时电价的电力需求侧响应模型。具体模型如下：
[0153][0154][0155]
其中，是时间段a和b之间的弹性系数，时间段a和b之间的弹性系数表示负荷变化和价格变化之间的关系，和分别表示负荷与价格的变化量，表示初始负荷，表示初始价格，参与需求响应之后的电负荷表示如下：
[0156][0157][0158]
其中，表示t时刻需求响应后的电负荷，表示t时刻的初始负荷，表示自弹性系数，表示t时刻价格的变化。
[0159]
最终建立的多能源系统的最佳操作模式如下：
[0160]
根据上述模块，考虑到燃煤机组的运行成本f
gop
、热电联产的运行成本 f
chpop
、风废物的成本f
qwind
、以及碳交易成本f
trading
，本文建立了一个多目标、高效率、低碳的多能源系统源荷协调互补的优化运行模型如下：
[0161]
obj:min f
total
＝min(f
gop
f
chpop
f
qwind
f
trading
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(33)
[0162][0163][0164]
[0165][0166]
s.t.:
[0167][0168]
其中，f
total
是多能源系统的总运行成本，p
windpre
(t)和p
wind
(t)分别是风电场的预测功率和实际消耗功率，c
qwind
是单位弃风成本，ng为碳捕集电厂发电机组数，ag(i)、bg(i)、cg(i)均为碳捕集电厂机组参数，
nchp
为热电联产机组数，a
chp
(j)、 b
chp
(j)、d
chp
(j)、e
chp
(j)、f
chp
(j)、c
chp
(j)为热电联产机组参数，p
chpe
(j,t)为热电联产机组发电功率，p
chph
(j,t)为热电联产发热功率，pg(i,t)为碳捕集电厂发电机组功率，为热电联产机组发电功率小值，为热电联产机组发热功率最小值，为热电联产机组发电功率最大值，为热电联产机组发热功率最大值，为碳捕集电厂发电机组功率最小值，为碳捕集电厂发电机组功率最大值，pe(t)为需求响应后的电负荷，公式(38)的前三个项目分别是电、热负荷的功率平衡约束，以及热电联产机组的运行特性。
[0169]
案例分析：
[0170]
为了验证本发明上述方法的适用性和效率，选取一个园区微网多能源系统为研究对象，该系统主要包括分布式风力发电厂、两个改进碳捕集电厂和4个热电联产机组。多能源系统内各种参数具体描述如表1所示。电负荷分时电价及弹性参数如表2所示。整个模型的求解是通过gams软件平台完成的。本专利主要对比分析了四种场景下含碳捕集电厂的多能源系统运行特性，验证了本方法在降低碳排放、促进可再生能源消纳、推动碳交易市场的发展与激发用户侧节能建立方面的有效性与实用价值。系统四种运行情况如下：
[0171]
情况1：不考虑碳捕集运行特性多能源系统；
[0172]
情况2：考虑碳捕集设备烟气分流单运行特性的多能源系统；
[0173]
情况3：考虑碳捕集设备分流与存储协调灵活运行的多能源系统；
[0174]
情况4：在情况3的基础上进一步考虑负荷侧电力市场与碳交易市场协同实施的多元化需求响应策略。
[0175]
通过对优化运行模型进行求解，得到系统在四种不同情况下的优化运行数据，如
表3所示。从情况1到情况4，系统的总运营成本、碳排放总量和风力发电废物均呈下降趋势。从碳交易成本看，燃煤发电厂无法处理情况1中的碳排放，需要从碳交易市场购买碳信用额度，因此碳交易成本为正值。在其他情况下，碳捕捉发电厂可以处理大量的二氧化碳。当二氧化碳处理量超过市场分配的基本碳信用额度时，碳捕捉发电厂可以向碳交易市场出售碳信用额度并获得收益，因此其碳交易成本为负数。因此，成本效益的总体变化趋势有效地验证了对供应商和需求方提出的灵活低碳合作运营方法能够提高系统经济性，减少系统碳排放和风电浪费。
[0176]
通过分析溶剂储罐容量对碳捕捉发电厂的影响，如图5所示，显示了不同储罐容量下的多能源系统的运行特点，随着储罐容量的增加，系统总成本、碳排放量和弃风量均呈现先下降后稳定的趋势。但当容量增大到某一值后，为了保证储液罐的安全可靠性，进一步考虑储液罐本身的投资健身成本及其折旧成本，从而选取了容量为6000m3的储液罐。对4种情况下的溶剂储存分析可以看出，储罐主要在低负荷、高风电时期向解析塔释放丰富的溶剂，从而消耗过剩的风力发电。在高负荷期间，储存在吸收塔中的富液在降低系统运行成本的同时，保证负载的基本能耗得到满足。如图6所示，显示了碳捕捉发电厂在情况 2-4中的二氧化碳处理量及其能耗特征。在情况3下，灵活的溶剂存储特性使得二氧化碳吸收和解析实现解耦。此时，在负荷高峰期，大量二氧化碳的富液不会立即送到解析塔，而是储存在储罐中，以便在低负荷、高风电时期将其输送到解析塔。这实际上实现了碳捕捉发电厂的虚拟峰调节特征，有效减少了峰谷负荷差异。在情况4中，采用多元化市场协调互补的需求侧响应战略，使供需双方都能参与碳交易市场。多样化的需求侧响应技术顺利调整了负荷曲线，有效降低了负荷峰谷差。并且在这项战略的实施下，碳捕获总量、能源消耗和碳排放量都减少了。
[0177]
表1多能源系统的操作参数
[0178][0179]
表2分时电价和需求响应弹性参数
[0180][0181]
表3不同情况下的多能源系统操作的成本效益
[0182][0183]
本发明公开了一种多主体互补的多能源系统低碳运行策略的构建系统，如图7所示，包括：
[0184]
碳捕集电厂模型构建模块，所述碳捕集电厂模型构建模块用于建立具有存储和调峰特性的碳捕集设备模型，根据具有存储和调峰特性的碳捕集设备模型建立具有多种形式灵活运行特性的碳捕集电厂模型；
[0185]
碳排放配额获取模块，所述碳排放配额获取模块用于基于具有多种形式灵活运行的碳捕集电厂模型，获取发电机组中的碳排放配额；
[0186]
用户侧碳排放责任承担模型构建模块，所述用户侧碳排放责任承担模型构建模块用于根据发电机组中的碳排放配额根据发电机组中的碳排放配额、具有多种形式灵活运行特性的碳捕集电厂模型和用户侧因用能而承担的碳排放责任，获得用户侧碳排放责任承担模型；
[0187]
需求侧响应模型搭建模块，所述需求侧响应模型搭建模块用于在用户侧碳排放责任承担模型的基础上，协同实施基于分时电价和阶梯碳价的电、热负荷需求响应策略，建立基于分时电价的电力需求响应模型和基于阶梯碳价的热负荷需求侧响应模型；
[0188]
运行策略获取模块，所述运行策略获取模块用于根据具有多种形式灵活运行的碳捕集电厂模型、用户侧碳排放责任承担模型、基于分时电价的电力需求响应模型和基于阶梯碳价的热负荷需求侧响应模型，建立多能源系统源荷协调互补的优化运行模型，实现分布式多能源系统多主体协调运行的灵活低碳运行策略。
[0189]
综上所述，本发明提出一种多样化实体协调互补的低碳灵活分布式多能源系统的构建方法，通过对碳捕获系统各种灵活互补操作的分析，探索多能系统低碳排放的运行特点。然后，我们计算了热电联产系统对负荷侧产生的碳排放量，探索了能源供应商的碳减排
能力与需求者碳责任的协调。同时，我们出台了多元化市场协调运行的多类型需求应对战略，有效激发了用户节能减排潜力，促进了电力市场和碳交易市场的协调运行。最后，不同的模拟案例验证了该方法能有效提高多能系统的低碳性能和经济性，促进未来多元化市场的发展和完善。
[0190]
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。