【论文集锦】碳电市场协同优化


【论文集锦】碳电市场协同优化

《电网技术》,值得信赖的电力学术期刊

编者按:

在“双碳”目标全面深化新时代,“电-碳-绿证”多维价值约束正深刻影响着电力系统的运行与规划。面对碳排放权、绿证与电力现货市场的加速交融,如何构建多市场间的协同机制并引导多元主体科学博弈竞价,成为推动能源互联网绿色转型的关键课题。随着虚拟电厂、多元负荷聚合商及多能耦合技术的发展,碳电协同正发挥出绿色资源配置的核心功能。本期精选了近两年本刊在该领域发表的前沿论文,内容涵盖电-碳-绿证多市场耦合博弈、碳排放强度机理分析,以及虚拟电厂低碳调度、高载能企业与电动汽车参与联合市场的决策策略,欢迎品读。

01

《考虑绿证-碳排联合交易的电解铝企业参与电-碳市场决策方法》

作者:贾宏杰, 徐畅, 靳小龙, 穆云飞, 余晓丹, 杨家全, 唐万鑫

单位:1. 储能科学与工程研究院(天津大学);2. 智能配用电装备与系统全国重点实验室(天津大学);3. 智能电网教育部重点实验室(天津大学);4. 云南电网有限责任公司电力科学研究院

摘要:随着全球气候问题的日益严重,减少碳排放量已成为全球各国的共同目标。电解铝企业作为能源消耗大户,其碳排放占比很高,亟需在不影响电解铝生产的前提下降低其碳排放。绿证-碳排联合交易作为一种新型的市场化减排手段,为电解铝企业参与电-碳市场提供了新的机遇。为此,该文将探讨电解铝企业如何在参与需求响应的情况下,利用绿证-碳排联合交易这种新型市场机制进行决策,从而同时提升其经济效益和环境效益。首先介绍电解铝的生产流程及其参与需求响应的模型和收益模型;其次,研究阶梯式碳交易和绿色证书交易市场原理,重点介绍绿色证书碳减排机理,提出绿证-阶梯碳交互机制,通过绿色证书联动碳交易与绿证交易,实现碳交易与绿色证书交易联动的电解铝企业节能减碳目的;最后,以电解铝企业总收入最大为目标,构建考虑碳交易与绿色证书交易交互的电解铝企业参与电-碳市场模型。算例结果表明,该方法有效降低了电解铝企业的碳排放成本,增加了企业的总收入。

02

《电-气耦合能源系统负荷承载碳排放强度及其极限机理研究》

作者:张帅, 王丹, 刘浩, 贾宏杰, 周天烁, 窦真兰, 陈洪银

单位:1. 智能电网教育部重点实验室(天津大学);2. 天津市智慧能源与信息技术重点实验室(天津大学);3. 国网上海市电力公司;4. 中国电力科学研究院有限公司

摘要:能源系统的安全、高效、清洁是当今研究领域关注的重点,传统考虑安全约束的能源系统分析多从能量流的角度开展研究。众所周知,能量流与碳排放流密切相关,以碳排放流的视角对系统的安全监视是一种全新的尝试。鉴于碳流分摊的复杂性,将负荷分摊或承载的碳排放量作为安全监视的重点。考虑到能源系统安全分析中不能仅关注碳排放量或者能量变化,两者的结合研究是非常有必要的。上述研究前提需要了解能源系统负荷承载碳排放强度(total  load-side carbon emission  intensity,TLCE)及其极限的变化规律和内在机理。该文以电-气耦合能源系统为研究对象,首先,建立电-气耦合能源系统能流及碳流模型,明确TLCE计算原则;然后,提出系统TLCE及TLCE极限的概念,在系统安全约束下建立了系统TLCE极限模型与计算方法;之后,为完整刻画系统TLCE的变化情况,建立了TLCE曲线模型;最后,设置算例进行仿真分析,验证了所提模型和方法的有效性,并结合算例提出了低碳供能能力、高供能负荷承担碳排放强度的概念与计算模型。

03

《电-碳-绿证耦合市场下多主体演化博弈竞价分析》

作者:孙惠娟, 方欣, 周斌, 彭春华

单位:华东交通大学电气与自动化工程学院

摘要:当前,碳排放交易市场和绿色证书交易市场已成为促进电力行业碳减排和激励新能源发电上网的重要机制,同时与电力市场形成了密切耦合的市场环境。在这种电-碳-绿证耦合市场环境下,如何分析各市场主体的竞价行为及市场综合运行效率是一个重要的研究课题。为此,该文提出了一种基于多智能体深度强化学习的电-碳-绿证耦合市场多主体演化博弈竞价模型。首先,根据各市场的特点构建电-碳-绿证耦合市场交易模型;其次,基于演化博弈理论建立电-碳-绿证耦合市场下多主体演化博弈竞价模型,并采用多智能体交叉熵-孪生延迟确定性策略算法对模型进行高效求解,以模拟多市场主体的策略学习与动态调整过程;最后,通过算例仿真深入分析了耦合市场因素对多主体竞价行为和均衡结果的影响,验证了所提模型的有效性及算法的优越性。

04

基于条件风险价值的负荷聚合商参与电能量-备用-碳市场的交易策略》

作者:王日俊, 刘铖, 蔡国伟, 顾兵, 孙正龙, 姜超, 曹志冲

单位:现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室(东北电力大学)

摘要:随着电力市场和碳市场的不断发展,负荷聚合商已经成为重要的新型经营主体。大规模新能源并网对新型电力系统灵活调节能力提出了更高的要求,亟需挖掘负荷侧资源的调节潜力。为充分发挥负荷聚合商的灵活性价值,考虑市场价格和聚合辖区内可控负荷资源的不确定性,构建了负荷聚合商参与电能量-备用-碳市场的双层交易决策模型,上层基于条件风险价值理论建立了负荷聚合商参与电能量-备用-碳市场的投标决策模型,下层实现电能量、备用辅助服务和碳市场的联合出清。然后,利用KKT   (Karush-Kuhn-Tucker)条件和对偶理论将双层模型转化为混合整数线性规划问题。算例结果验证了所提模型的合理性和有效性,表明负荷聚合商在电-碳市场中,通过优化交易策略可以规避潜在风险并增加自身收益。

05

《基于CCER规则的煤电机组掺氨碳减排计算方法及发展前景分析》

作者:吉平, 易俊, 林伟芳, 陈文静, 魏春霞, 丁保迪, 潘蓉

单位:中国电力科学研究院有限公司

摘要:绿氨掺烧是降低煤电碳排放的有效路径之一,但行业内对科学确定煤电掺氨碳减排效益并纳入碳交易市场实现效益传导尚未形成统一认识。基于国家核证自愿减排(China  certified emission  reduction,CCER)方法学确定减排量的基本思路,构建了煤电掺氨碳减排计算模型,明确了项目减排量的主要影响因素及其发展趋势,以实际项目为算例量化分析各掺氨发电项目的碳减排量,并深入研究了煤电掺氨项目获得减排效益的决定因素及发展前景,为确定煤电掺氨项目碳减排量、减排经济效益及优化布局提供了科学方法。结论表明,区域电网基准线排放因子和机组供电煤耗率是煤电掺氨项目能否获得减排效益的重要影响因素,也是确定项目获得减排效益临界掺氨比例的关键要素,基于目前的排放因子水平和掺氨发电技术水平,煤电掺氨项目可优先选择西北、华北、东北和华中电网的低煤耗机组。

06

考虑“燃煤+”耦合发电与电-碳-氢-化工耦合的综合能源虚拟电厂随机低碳调度》

作者:崔杨, 孙喜斌, 程丁然, 徐扬, 朱晗, 赵钰婷

单位:现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室(东北电力大学)

摘要:双碳”目标下,为促进火电机组低碳发展,同时实现大规模新能源的开发和利用,综合能源系统低碳转型迫在眉睫。对此,该文集成生物质耦合发电、碳捕集以及电化工等低碳技术,提出考虑“燃煤+”耦合发电与电-碳-氢-化工耦合的综合能源虚拟电厂(integrated  energy virtual power  plant,IEVPP)随机低碳调度策略,降低系统碳排放并提升系统经济性。首先,考虑“燃煤+”耦合发电与碳捕集技术,将火电机组改造为生物质混燃碳捕集电厂,分析其低碳特性;其次,考虑电-碳-氢-化工耦合过程,引入低碳化工生产单元并分析其能量流动关系,通过化工生产促进风光消纳;再次,考虑风光不确定性对系统的影响,以能源耦合、设备运行等约束构建IEVPP随机低碳调度模型;最后,以系统收益期望最大为目标,通过算例仿真验证该文所提调度策略可实现IEVPP的协调运行,提升系统经济性与低碳性。

07

基于电-碳点对点交易的虚拟电厂联盟与配电网协同低碳运行策略研究》

作者:钟荣豪, 张亚超, 朱蜀, 谢仕炜

单位1. 福州大学电气工程与自动化学院;2. 国网湖南省电力有限公司调度控制中心

摘要:虚拟电厂(virtual power  plant,VPP)可以通过先进的控制技术对海量分散的分布式能源进行有效聚合,为实现低碳发展提供了有效途径。为促进VPP在碳减排方面的积极作用,提出了一种VPP联盟和配电网多主体协同优化框架。首先,基于碳排放流理论制定了电-碳综合定价方法,激励VPP低碳运行。其次,考虑多个VPP之间采用合作联盟的形式进行共享交易,构建一种基于纳什议价理论的多VPP电碳点对点(peer-to-peer,P2P)交易机制模型,实现资源共享的同时兼顾个体利益和联盟效益。在此基础上,建立一种基于电-碳综合价格引导VPP间电碳P2P交易的VPP联盟-配电网协同优化双层模型。上层模型是多VPP之间电碳P2P最优交易问题,采用自适应步长交替方向乘子法实现多VPP间的分布式求解。下层模型则是配电网的最优经济调度问题。最后,通过算例验证了所提模型和方法的有效性。

08

电-碳-绿证交易耦合下新能源发电商参与投标竞争的多市场博弈分析》

作者:王晛, 王胜彩, 张少华

单位:上海大学机电工程与自动化学院

摘要:引入碳市场和绿证市场有助于通过市场机制提高新能源的市场竞争力,进而促进新能源发展和实现电力行业低碳运行。在电力、碳和绿证交易耦合的多市场环境下,如何研究新能源发电商的策略性竞争行为及其影响是一个重要的理论课题。为此,该文建立了一个计入新能源出力不确定性且考虑电-碳-绿证交易耦合的多市场博弈均衡模型,其中考虑了新能源发电商和传统发电商在电-碳-绿证3个市场中的博弈行为,并引入偏差惩罚机制对新能源发电商的投标偏差进行处理,采用非线性互补方法求得该均衡模型的解。最后,通过算例仿真验证了所提理论模型的合理性和有效性,结果表明:与单独引入碳市场或绿证市场相比,同时引入碳市场和绿证市场更能增强新能源的市场竞争力,降低碳排放量。

09

电-碳联合市场下发电商激励性竞价策略》

作者:陈赟, 周敏, 赵文恺, 王佳裕, 彭佳雯, 韩冬

单位:1. 国网上海浦东供电公司总师室(数字化办公室);2. 上海理工大学机械工程学院

摘要:为在电力市场、碳市场和绿证市场下优化发电商的竞价策略,该文提出了一种电-碳联合市场下发电商竞价模型。首先,建立了发电商电-碳交易成本函数,实现对电-碳联合市场成本传导的量化分析。其次,以发电商自身综合收益最大化为目标函数,并考虑电量、碳配额和绿证3类交易产品的耦合约束,建立了电-碳联合市场下发电商竞价模型,并提出模型的线性化重构和求解方法。此外,引入Vickrey-Clarke-Groves(VCG)机制设计理论,提出适用于电-碳联合市场的发电商激励性竞价策略,抑制发电商恶意虚假报价。通过对上海某地区进行算例分析,验证了所提模型能提高发电商收益及促进碳减排,为电-碳联合市场下的发电商组合交易提供参考。

10

计及电-碳交易与综合贡献率的多微网合作运行优化策略》

作者:张忠会, 熊骁跃, 万昶, 阙晓宇, 段苏东, 王昭军

单位:1. 南昌大学信息工程学院;2. 国网江西省电力有限公司南昌供电分公司

摘要:多微网协同互联能够提高系统运行的稳定性与可靠性。针对多微网(multi-microgrids,MMG)系统合作运行过程中由于各微网分属于不同的利益主体而产生的微电网之间的电能交易问题、碳交易问题与利益分配问题,提出一种计及电-碳交易与综合贡献率的多微网合作运行优化策略。首先,分析了含点对点(peer-to-peer,P2P)电-碳交易的多微网合作运行架构,并引入碳捕集系统(carbon  capture system,CCS)与电转气(power to  gas,P2G)装置,建立了微电网系统及设备模型。其次,在单微网模型构建之后,基于纳什议价理论,构建了含P2P电-碳交易的多微网系统合作运行模型,并将非凸非线性的纳什议价问题转化为易于求解的MMG合作成本最小化与支付收益最大化两个子问题。然后,在合作后的利益分配过程中,量化各微电网对MMG的综合贡献程度并计算出各自的综合贡献率,通过综合贡献率来分配各微网的收益。最后,采用交替方向乘子法(alternating  direction multiplier  method,ADMM)求解,有效保护了各微网隐私。算例分析与方案对比结果表明,所提策略能够实现微网间的P2P电-碳交易,有效降低MMG总运行成本,减少系统的碳排放量,并且采用的利益分配策略公平合理,能够有效提升各微网参与合作运行的积极性。

11

基于电-碳联合机制的电动汽车共享充电两阶段博弈协同调度策略》

作者:陈颉, 张晓东, 李隆意, 张鸿伟, 潘瑞, 苏永新

单位:1. 湘潭大学自动化与电子信息学院;2. 国网湖南省电力公司岳阳供电分公司

摘要:针对电力需求响应机制下电动汽车(electric  vehicle,EV)共享充电调度场景中多元主体决策间的复杂博弈关系,该文提出了一种基于电-碳联合机制的EV共享充电两阶段博弈协同调度策略。首先,依据电-碳联合市场交易利润导向,构建第一阶段完全信息动态博弈的电-碳联合竞价策略;其次,依据电-碳联合市场分配导向,构建第二阶段序贯博弈的电-碳联合分配策略。该两阶段策略分别采用交替方向乘子(alternating  direction method of  multipliers,ADMM)和最优响应算法进行优化,确保多主体共享充电最优均衡。算例分析表明,该策略可促进各主体参与电-碳联合市场交易,在确保自身利益最大化的前提下,实现EV充电负荷和共享充电设施合理匹配,降低充电成本,优化EV共享充电期间的碳排放量,其对“碳达峰、碳中和”政策实施意义重大。

制作:毛   馨

责任编辑:宋钰龙

审核:李兰欣

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