计及电转气的综合能源系统低碳经济优化调度方法技术方案

本发明专利技术公开了计及电转气的综合能源系统低碳经济优化调度方法，本发明专利技术针对综合能源系统，研究计及电转气的综合能源系统低碳经济优化调度。通过细化电转气两阶段机理，实现在电转气消纳风电的同时充分发挥其减碳效益，并考虑氢能，构建电

【技术实现步骤摘要】
计及电转气的综合能源系统低碳经济优化调度方法


[0001]本专利技术属于于综合能源系统优化调度
，具体涉及计及电转气的综 合能源系统低碳经济优化调度方法。

技术介绍

[0002]目前，针对计及电转气的综合能源系统优化调度研究，国内外学者展开了 一系列研究。比如：1)针对含大规模分布式风电的综合能源系统，主要研究电 转气消纳风电直接生成天然气，存入天然气网络，并通过电
‑
气综合能源系统协 调运行，提高系统消纳风电能力。2)针对含大规模风电的综合能源系统，探索 风电的经济价值，进行综合能源系统经济调度方面的研究。3)考虑环境影响， 目前研究主要是将碳交易机制引入综合能源系统，但未对碳交易机制原理进行 分析，且主要考虑传统碳交易机制。然而，1)中忽略了高比例风电功率波动对 天然气网络的直接冲击影响，忽略了中间环节氢气的可利用价值，且电直接转 化为天然气过程能量损耗太大。2)多数关注综合能源系统运行经济、安全性， 对能源转化利用过程中带来的环境影响未得到充分考虑；3)鲜有文献将奖惩阶 梯型碳交易机制引入综合能源系统进行优化调度分析。
[0003]
技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供计及电转气的综合能源系统低碳经济优化调度方 法，促进风电资源的消纳同时，提高系统经济性和低碳性。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是：计及电转气的综合能源系统低碳经济优化调 度方法，主要包括从电转气两阶段运行机理入手，挖掘P2G的低碳潜力，并引 入奖惩阶梯型碳交易机制，考虑P2G和燃气轮机参与碳交易市场，从而建立含 分布式风电的电
‑
氢
‑
天然气综合能源系统低碳经济调度模型，最后通过线性化 处理模型后进行求解，具体操作步骤如下:
[0006]步骤1、从电转气两阶段运行机理入手，对系统中电转气精细化建模，在 电转气消纳风电的基础上，挖掘电转气低碳潜力，引入氢能，从而构建电
‑
氢 气
‑
天然气综合能源系统；
[0007]步骤2、通过引入奖惩阶梯型碳交易机制，同时考虑电转气和燃气轮机共 同参与碳交易市场，设计综合能源系统低碳经济的目标函数，构建综合能源系 统中配电网、配气网优化运行模型；
[0008]步骤3、分别采用分段线性化、增量线性化和二阶锥松弛方法，对目标函 数、电网潮流和天然气网络潮流非线性边界做线性化处理，并利用CPLEX求 解器求解该模型。
[0009]本专利技术的特点还在于：
[0010]步骤1具体过程为：
[0011]步骤1.1、所述电转气的运行机理分别为电解水制氢阶段和氢气甲烷化阶 段；
[0012]①
电解槽模型
[0013][0014]式中：V
ECt
为t时段电解槽的产氢量；P
ECt
为t时段电解槽的输入电功率，P
EC
为电解槽输入电功率的额定值；f(P
ECt
/P
EC
)为电解槽的效率函数；a
EC
、b
EC
和c
EC
为效率函数系数；P
ECmax
、P
ECmin
分别为电解槽输入功率上下限；π
EC
为电解槽的 容量；
[0015]②
甲烷反应器模型
[0016][0017]式中：P
MRt
为t时段甲烷反应器生成的天然气功率；V
MRt
为t时段输入甲 烷反应器的氢量；η
m
为甲烷反应器的运行效率；H为天然气高热值；κ为天然 气管道每m3对应的气体质量；E
MR max
、E
MR min
别为甲烷反应器氢气输入的上、下限；
[0018]③
量化电转气减碳能力
[0019]甲烷化反应合成天然气需要CO2为原料，使得电转气在消纳风电的同时具 有减碳的效益，吸收CO2的质量M
MR
为
[0020][0021]式中：为CO2的摩尔质量，为CH4的摩尔体积，V
CH4
为电转气合成 CH4的体积。
[0022]步骤1.2、引入氢能，构建包含电
‑
氢气
‑
天然气混合的综合能源系统。
[0023]步骤2具体过程为：
[0024]步骤2.1、构建奖惩阶梯型碳交易机制模型，考虑电转气和燃气轮机共同参 与碳交易市场，
[0025][0026]式中：C
c
表示碳交易成本；ξ、ΔE分别为碳交易价格与碳排放量增加的区 间大小；E
R
为实际碳排放量；E
q
为碳排放配额；κ为上升单位阶梯碳排放量所 增加的碳交易价格倍
率；
[0027]电转气的碳交易成本可表示为
[0028][0029]式中：e
P2G
为电转气的单位碳消纳因子；P
P2G
为电转气生成甲烷的输出功 率，λ为上升单位阶梯碳消纳量所增加的碳交易价格倍率；
[0030]步骤2.2、构建综合能源系统低碳经济调度模型
[0031]min f＝f1+f2+f3ꢀꢀꢀ
(6)
[0032]①
购能成本f1[0033]f1＝C
buy
ꢀꢀꢀ
(7)
[0034][0035]式中：ρ
e,t
为t时段上级电网单位电价；ρ
g
为天然气单位价格；P
ebuy,t
、P
gbuy,t
分别为t时段从上级主网购买的电量与天然气量；
[0036]②
弃风成本f2[0037][0038]式中：P
wt.cut,t
为时段t的弃风功率，δ
wt.cut
为单位弃风惩罚系数，T是周期，T ＝24；
[0039]③
综合能源系统的碳交易成本f3[0040]整个系统中需考虑的一是由向上级电网购电和燃气轮机发电产生的CO2排 放成本；二是电转气中由H2进一步合成CH4过程中吸收的CO2，实现CO2负 排放的环境效益，
[0041][0042]其中，C
c
是碳交易成本，E
R,t
为综合能源系统中实际碳排放量；E
q,t
为综合 能源系统中碳排放配额。
[0043]步骤3分别采用分段线性化、增量线性化和二阶锥松弛方法，对目标函数、 电网潮流和天然气网络潮流非线性边界做线性化处理，并利用CPLEX求解器 求解线性化处理后的综合能源系统低碳经济调度模型。
[0044]本专利技术的有益效果是：
[0045]1)将P2G过程细分为电解水制氢阶段和氢气甲烷化阶段，考虑P2G在消 纳风电的同时，参与碳交易市场，挖掘氢气甲烷化阶段中P2G减碳潜力；
[0046]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.计及电转气的综合能源系统低碳经济优化调度方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤1、从电转气两阶段运行机理入手，对系统中电转气精细化建模，在电转气消纳风电的基础上，挖掘电转气低碳潜力，引入氢能，从而构建电
‑
氢气
‑
天然气综合能源系统；步骤2、通过引入奖惩阶梯型碳交易机制，同时考虑电转气和燃气轮机共同参与碳交易市场，设计综合能源系统低碳经济的目标函数，构建综合能源系统中配电网、配气网优化运行模型；步骤3、分别采用分段线性化、增量线性化和二阶锥松弛方法，对目标函数、电网潮流和天然气网络潮流非线性边界做线性化处理，并利用CPLEX求解器求解该模型。2.根据权利要求1所述的计及电转气的综合能源系统低碳经济优化调度方法，其特征在于，步骤1具体过程为：步骤1.1、所述电转气的运行机理分别为电解水制氢阶段和氢气甲烷化阶段；
①
电解槽模型式中：V
ECt
为t时段电解槽的产氢量；P
ECt
为t时段电解槽的输入电功率，P
EC
为电解槽输入电功率的额定值；f(P
ECt
/P
EC
)为电解槽的效率函数；a
EC
、b
EC
和c
EC
为效率函数系数；P
ECmax
、P
ECmin
分别为电解槽输入功率上下限；π
EC
为电解槽的容量；
②
甲烷反应器模型式中：P
MRt
为t时段甲烷反应器生成的天然气功率；V
MRt
为t时段输入甲烷反应器的氢量；η
m
为甲烷反应器的运行效率；H为天然气高热值；κ为天然气管道每m3对应的气体质量；E
MRmax
、E
MRmin
别为甲烷反应器氢气输入的上、下限；
③
量化电转气减碳能力甲烷化反应合成天然气需要CO2为原料，使得电转气在消纳风电的同时具有减碳的效益，吸收CO2的质量M
MR
为式中：为CO2的摩尔质量，为CH4的摩尔体积，V
CH4
为电转气合成CH4的体积；步骤1.2、引入氢能，构建包含电
‑
氢气
‑
天然气混合的综合能源系统。3.根据权利要求1所述的计及...

【专利技术属性】
技术研发人员：段建东，程冉，脱利浩，杨瑶，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：