計及碳交易的區(qū)域綜合能源不完全信息博弈優(yōu)化調(diào)度

黃 宇， 吳思橙， 徐 璟， 陳江麗， 楊明葉， 謝家樂， 張德利

(1.華北電力大學 控制與計算機工程學院，河北 保定 071003；2.華北電力科學研究院有限責任公司， 北京 100045)

0 引 言

經(jīng)濟發(fā)展和能源消耗給環(huán)境資源帶來了巨大的挑戰(zhàn)[1],以化石能源為主導的能源消費體系導致全球氣候變暖,這嚴重制約了人類的可持續(xù)發(fā)展[2]。綜合能源系統(tǒng)作為能源互聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分[3,4],通過充分發(fā)揮不同能源互補特性,對能源的生產(chǎn)、傳輸與分配、轉(zhuǎn)換、存儲、消費等環(huán)節(jié)進行有機協(xié)調(diào)與優(yōu)化[5,6],在滿足終端用戶多樣化用能的同時,還能結(jié)合碳交易機制和碳捕獲技術(shù)對碳排放量進行約束,是確保實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”的關(guān)鍵一環(huán)。

目前,針對綜合能源系統(tǒng)的低碳經(jīng)濟調(diào)度問題,各國學者已有較多研究。文獻[7]建立基于碳交易的低碳電源規(guī)劃模型,模型以系統(tǒng)綜合成本最小為目標。文獻[8]將碳交易機制引入IES經(jīng)濟運行的決策指標中,對比討論不同碳交易價格對系統(tǒng)的影響。文獻[9] 建立了含廢物處理的綜合能源系統(tǒng)結(jié)構(gòu),提出了一種基于碳交易機制的系統(tǒng)低碳經(jīng)濟運行策略。文獻[10]通過計及電轉(zhuǎn)氣放熱、碳交易等,挖掘了電轉(zhuǎn)氣的盈利空間。值得注意的是,上述研究主要采用碳交易方法實現(xiàn)綜合能源系統(tǒng)的低碳化,并沒有采用技術(shù)手段從產(chǎn)源上解決二氧化碳排放問題。

采用碳捕獲技術(shù)協(xié)調(diào)配合碳交易機制能更好實現(xiàn)綜合能源系統(tǒng)低碳化目標,為此,文獻[11]在傳統(tǒng)火電廠原有發(fā)電設(shè)備的基礎(chǔ)上引入碳捕集系統(tǒng),建立了一種電熱綜合能源系統(tǒng)模型,同時引入碳成本改善模型的經(jīng)濟性。文獻[12]建立電轉(zhuǎn)氣-碳捕集電廠協(xié)調(diào)優(yōu)化模型,以減少了碳排放,提升了碳利用水平以及降低了電轉(zhuǎn)氣運行成本。文獻[13]引入碳捕集系統(tǒng)和電轉(zhuǎn)氣裝置以減少二氧化碳排放,提高風電利用率。文獻[14]提出了一種以儲碳設(shè)備為樞紐連接碳捕集電廠和電轉(zhuǎn)氣設(shè)備的運行模式。上述文獻主要研究碳捕集技術(shù)在電廠中的減碳或在單能源集線器系統(tǒng)中的減碳,針對多能源集線器系統(tǒng)(energy hub system,EHS)研究較少。

隨著能源市場化體系的逐漸完善,區(qū)域綜合能源系統(tǒng)中通常含有多個能源集線器,為此,文獻[15,16]構(gòu)建了一種含多個能源集線器的綜合能源系統(tǒng)模型架構(gòu),但多能源集線器間往往存在復雜的利益交互關(guān)系,博弈論則為解決這一問題提供了較好途經(jīng)。文獻[17]提出一種基于談判博弈的含電能交互的多微網(wǎng)綜合能源系統(tǒng)多目標聯(lián)合優(yōu)化配置策略。文獻[18]建立了基于冷熱電聯(lián)供的多園區(qū)非合作博弈優(yōu)化模型,各園區(qū)以日運轉(zhuǎn)成本最小為目標函數(shù)和其他園區(qū)共同參與博弈。文獻[19]提出一種基于多主體博弈的電力-天然氣綜合能源系統(tǒng)聯(lián)合規(guī)劃方法。文獻[20,21]提出一種基于主從博弈的綜合能源系統(tǒng)分布式協(xié)同優(yōu)化運行策略。因此,引入博弈理論分析多能源集線器綜合能源系統(tǒng)中各個能源集線器主體之間的利益交互關(guān)系是合理可行的。但上述文獻均采用完全信息博弈,基于完全信息的博弈優(yōu)化過于理想,實際系統(tǒng)中的博弈參與者很多信息屬于私有信息,不為其他對手所知。

綜上所述,針對含用戶參與碳交易不完全信息的多能源集線器區(qū)域綜合能源系統(tǒng)的低碳經(jīng)濟調(diào)度問題,首先構(gòu)建了含碳捕集耦合系統(tǒng)和碳交易機制的多能源集線器區(qū)域綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度模型,并引入意愿因子表征用戶參與碳交易行為的多樣性和不確定性,然后利用不完全信息博弈方法解決含用戶參與碳交易不確定性的區(qū)域綜合能源優(yōu)化調(diào)度問題。

1 多能源集線器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

EH是一種描述多能源系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)、負荷、能源之間耦合、交換關(guān)系的輸入-輸出端口模型。為提升碳減排水平,本文對傳統(tǒng)EH進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,構(gòu)建含碳捕集系統(tǒng)、電轉(zhuǎn)氣系統(tǒng)和綜合需求響應(yīng)的電-熱-冷聯(lián)供的EH,其結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

圖1 單個能源集線器結(jié)構(gòu)Fig.1 Single energy hub architecture

能源集線器中設(shè)備主要包括:風機(wind turbine,WT)、光伏電池(photovoltaic,PV)、熱電聯(lián)產(chǎn)機組(combined heat and power,CHP)、燃氣鍋爐(gas boiler, GB)、電轉(zhuǎn)氣、碳捕集、電力變壓器(power transformer)、吸收式制冷機(absorber chiller, AC)、儲熱(cold storage,CS)。

多能源集線器系統(tǒng)由多個能源集線器組成,通過各能源轉(zhuǎn)換設(shè)備、儲能設(shè)備以及各類能源需求側(cè)響應(yīng)的調(diào)節(jié)作用,來滿足輸出端用戶的電-熱-冷負荷需求。其中電網(wǎng)、CHP和可再生能源通過互聯(lián)基礎(chǔ)設(shè)施提供電負荷需求,天然氣網(wǎng)和P2G供給CHP和GB天然氣以滿足系統(tǒng)的熱負荷需求,冷負荷需求可以由AC提供,儲熱可實現(xiàn)能源的儲存和多時段的轉(zhuǎn)移[22]。CHP的加入,加強了電力系統(tǒng)和天然氣系統(tǒng)的耦合,使能源集線器能夠通過改變用戶消耗的能源來源實現(xiàn)經(jīng)濟優(yōu)化。加入CCS捕獲系統(tǒng)排放的二氧化碳,并將捕獲的二氧化碳送入P2G裝置與電解水產(chǎn)生的氫氣合成CH4,而P2G 設(shè)備輸出的CH4氣體供給CHP和燃氣鍋爐,這種技術(shù)的耦合實現(xiàn)碳的動態(tài)利用和非強制排放[23]。

2 低碳經(jīng)濟調(diào)度模型

2.1 P2G模型

P2G的基本思想是利用電能來生產(chǎn)氫氣和甲烷。該過程分為兩個階段,如圖2所示。

圖2 P2G結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of P2G

第一階段,水在電解槽中經(jīng)過電解產(chǎn)生氫氣和氧氣。目前,電解槽的類型主要包括堿性電解槽(alkaline electrolysis cell,AEC)、固體氧化物電化學槽(solid oxide electrochemical cell,SOEC)和質(zhì)子交換膜電解槽(proton exchange membrane electrolysis,PEME)三種類型。AEC是目前最成熟的技術(shù)[23,24],可以應(yīng)用于大型P2G系統(tǒng)。因此,本文采用了AEC。第二階段稱為Sabatier反應(yīng),H2與CO2在Sabatier反應(yīng)器中反應(yīng)生成CH4。Sabatier反應(yīng)可以通過生物或催化方法進行。催化法因其靈活快速,使用較為廣泛。為此,本文選擇催化法,鎳基催化劑在200～550 ℃范圍內(nèi)運行。

2.2 CCS模型

一般來說,Sabatier反應(yīng)器使用的二氧化碳必須從市場或其他來源獲得,這意味著額外的成本。在本文中,Sabatier反應(yīng)器使用的二氧化碳可以由碳捕獲系統(tǒng)提供,以降低系統(tǒng)運行成本。碳捕獲和存儲是當前CCS技術(shù)的兩個主要階段,其簡化結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 CCS結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of CCS

由圖3知,系統(tǒng)產(chǎn)生的煙氣首先被送入胺溶劑吸收器,然后含有CO2的混合溶劑被泵送至汽提塔,CO2在汽提塔中分離出來,由壓縮器進行壓縮,然后運輸?shù)胶线m的地方儲存。分離出的溶劑由再沸器加熱,被泵送至交換器。目前,CO2運輸和管道建設(shè)成本高昂。此外,能夠儲存大量二氧化碳的合適場所也很有限。本文將捕獲的CO2送入P2G裝置合成CH4,為循環(huán)利用CO2提供了一種新的思路。

2.3 CCS及P2G耦合模型

本文對傳統(tǒng)綜合能源系統(tǒng)進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,構(gòu)建含CCS和P2G的多能源集線器系統(tǒng)。CCS將純化后的二氧化碳送至P2G,P2G利用電能產(chǎn)生CH4。P2G裝置在t時段消耗單位電能可生產(chǎn)的CH4為

(1)

式中:QCH4,t為P2G裝置在t時段消耗單位電能可生產(chǎn)的CH4的量;pP2G,t為P2G所消耗的電能;t=1,2,3…,T為IES 運行優(yōu)化時段,此處T取值為24;ηP2G為P2G設(shè)備的穩(wěn)定生產(chǎn)效率;LCH4[25]為天然氣的燃燒熱值,通常取36 MJ/m3;ρCH4為CH4的密度。

碳捕集系統(tǒng)的功率為

(2)

(3)

(4)

考慮到系統(tǒng)主要存在兩個碳排放源,分別為熱電聯(lián)產(chǎn)以及燃氣鍋爐,而二氧化碳排放量隨系統(tǒng)負荷的變化而變化,所以可以用多項式函數(shù)擬合系統(tǒng)實際碳排放量。

HCO2,t=ηccsHl,t

(5)

(6)

pz,t=ηgteGchp,t+ηgthGchp,t+ηgbGgb,t

(7)

式中:Hl,t為碳捕獲前系統(tǒng)的碳排放總量;ηccs為碳捕獲效率;a1,b1,c1為熱電聯(lián)產(chǎn)與鍋爐的碳排放系數(shù);pz,t為熱電聯(lián)產(chǎn)和鍋爐的總功率;ηgte為熱電聯(lián)產(chǎn)氣轉(zhuǎn)電效率;Gchp,t為注入熱電聯(lián)產(chǎn)的天然氣總量;ηgth為熱電聯(lián)產(chǎn)氣轉(zhuǎn)熱效率;ηgb為鍋爐氣轉(zhuǎn)熱效率;Ggb,t為注入鍋爐的天然氣總量。捕獲的二氧化碳能產(chǎn)生的CH4的體積與二氧化碳的體積相同[26],所以CH4的質(zhì)量為

QCH4,t=QCO2,tρCH4

(8)

式中:QCO2,t為捕獲的二氧化碳的體積。

2.4 碳交易

我國目前主要采用基于碳配額的碳交易機制。發(fā)電企業(yè)免費獲得一定碳配額,若實際碳排放量高于碳配額則需要購買超額部分,若實際碳排放量低于碳配額則可以將剩余碳配額賣出獲得收益。本系統(tǒng)的免費碳配額由電網(wǎng)外購電力和熱電聯(lián)產(chǎn)的發(fā)電量確定。

(9)

由于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)碳交易的用戶體驗感欠佳,本文引入碳交易斷意愿因子參與調(diào)度,充分尊重用戶參與意愿,調(diào)動用戶參與積極性,碳交易的成本模型為

(10)

(11)

2.5 目標函數(shù)

本文以總成本最小為目標,綜合考慮各種成本,構(gòu)建多能源集線器系統(tǒng)的低碳經(jīng)濟優(yōu)化調(diào)度模型,目標函數(shù)為

(12)

(13)

2.5.1 購電、氣成本

(1)動態(tài)電價模型

本文采用動態(tài)電價機制實現(xiàn)多能源系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度。購電價格與系統(tǒng)總購電量有關(guān),根據(jù)系統(tǒng)實時購買的電力進行定價,優(yōu)化各時段的購電量,減少電費支出,詳細的動態(tài)電價模型如下。

(14)

(2)購電、氣成本模型

(15)

(16)

2.5.2 綜合需求響應(yīng)成本

由于傳統(tǒng)電力需求響應(yīng)技術(shù)的用戶體驗感欠佳,本文引入用戶負荷中斷意愿因子參與調(diào)度,對參與綜合需求響應(yīng)的用戶給予一定經(jīng)濟補償,充分調(diào)動用戶參與積極性[29],綜合需求響應(yīng)的成本模型為

(17)

2.5.3 電能傳輸成本

能源集線器i將多余電能賣給電網(wǎng)時,需借助互聯(lián)基礎(chǔ)設(shè)施進行傳輸,所以能源集線器需要向電網(wǎng)繳納一定傳輸成本,模型為

(18)

式中:π為電能傳輸成本系數(shù)。

2.5.4 旋轉(zhuǎn)備用容量成本

為應(yīng)對風力發(fā)電的實際出力與預測出力不符問題,本文引入正負旋轉(zhuǎn)備用容量,當實際發(fā)電大于預測發(fā)電時需支付資源浪費成本,當實際發(fā)電小于預測發(fā)電時,需要提供正旋轉(zhuǎn)備用,即增加電網(wǎng)購買電量以保證系統(tǒng)平衡,所以需要增加正旋轉(zhuǎn)備用費用。其成本如下式所示。

(19)

2.5.5 碳捕集成本

(20)

2.6 系統(tǒng)運行約束

2.6.1 平衡約束

(1)電能、天然氣平衡

(21)

(22)

(2)冷熱平衡

(23)

(24)

2.6.2 不平衡約束

(25)

基于優(yōu)化調(diào)度模型,本系統(tǒng)采用動態(tài)電價機制,即購電價格與綜合能源系統(tǒng)的總購電量有關(guān),因此各能源集線器優(yōu)化決策時相互影響和制約,即每個能源集線器在追求自身支付最低的同時,又受到其他能源集線器的影響和制約,所以各能源集線器參與的能源購置策略優(yōu)化過程存在博弈。此外在博弈過程中存在含有關(guān)于用戶參與碳交易的不完全信息,即每個能源集線器都知道自己的類型,但不完全了解其他能源集線器的類型。所以本文采用不完全信息博弈解決綜合能源系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度問題。

3 基于不完全信息博弈的綜合能源系統(tǒng)的低碳調(diào)度方法

描述對不完全信息的博弈,需要涉及以下幾個要素:

參與者:在博弈中參與者是指做出決策的實體,本系統(tǒng)的參與者為N個能源集線器,可以表示為:N={n1,n2,n3,…,ni,…,nN}。

類型:在博弈論中用類型來定義參與者的私有信息,在不完全信息博弈中,每個參與者可能具有一種或多種類型,而類型的差異將對參與者的決策產(chǎn)生影響。本文根據(jù)用戶參與碳交易意愿因子的不同對系統(tǒng)進行劃分。

信念:信念是指各個參與者在共有信息的基礎(chǔ)上形成對其他參與者實際類型概率的判斷,即參與者i在知道自己類型為θi的情況下對其他參與者類型的條件概率分布p(θ-i|θi)的推斷。信念p(θ-i|θi)描述了參與者i對其他n-1個參與者的不確定性的判斷,其滿足Bayes法則:

(26)

策略:能源樞紐i對每個可能的類型θi∈Θi制定一個策略si∈Si,Si為能源樞紐i每個類型策略的集合。則各參與者的策略組合Ωi可表示為:Ωi=(Si,S-i(θ-i)),S-i(θ-i)表示除能源樞紐i以外的所有參與者對自己每個可能的類型制定的策略集合。本文中各能源集線器因購電價格產(chǎn)生博弈,而購電與購氣相互影響和制約,因此各EH參與博弈的策略為購電量和購氣量。

支付:能源集線器i在知道自己類型的情況下,不完全了解其他參與者的類型組合θ-i情況,需要綜合考慮對方所有的可能類型組合,通過制定策略使自己的總成本期望值最小,根據(jù)上述分析可知,類型為θi的能源集線器t參與博弈的支付函數(shù)應(yīng)為其期望成本最小。

(27)

不完全信息博弈最優(yōu)調(diào)度模型的求解步驟如下所示。

第三步:基于其他能源集線器的最優(yōu)策略,能源集線器i優(yōu)化自身策略,使成本最小。

重復第二步和第三步直到均衡。

利用圖4所示的求解流程求解基于不完全信息博弈的多能源集線器優(yōu)化調(diào)度模型。

圖4 不完全信息博弈流程圖Fig.4 Flow chart of incomplete information game

4 算例分析

以含3個能源集線器的區(qū)域綜合能源系統(tǒng)為例。各能源集線器以自身總成本最低為目標改變能源分配策略,由于電價動態(tài)機制的影響又受到另外兩個能源集線器調(diào)度需求的制約,此外在調(diào)度過程中含有關(guān)于用戶參與碳交易的不完全信息,從而形成三個集線器含有不完全信息的相互博弈的格局,然后利用迭代搜索法和混合整數(shù)非線性模型求解器求解多能量樞紐系統(tǒng)的最優(yōu)調(diào)度模型。通過3個對比方案來驗證所提優(yōu)化調(diào)度策略能滿足和協(xié)調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟性和低碳性要求。

4.1 參數(shù)配置

根據(jù)參與碳交易意愿因子,各能源集線器的綜合需求響應(yīng)可分為兩類。假設(shè)參加碳交易意愿因子為1,該能源集線器用戶的類型為1型;參加碳交易意愿因子為0,該能源集線器用戶的類型為2型。聯(lián)合概率分布如表1所示。

表1 碳交易類型的聯(lián)合概率分布

功率消耗系數(shù)λCO2取0.000 7 kW/m3,碳捕獲效率ηccs取0.6,碳交易λcjy價格取100元/t,碳配額Hp取0.798,電價參數(shù)為a=0.2,b=20,c=0,天然氣價格為2元/ m3,碳捕獲裝置單位功率的成本rccs取0.01元/kW·h,負荷中斷意愿因子σi取0.65。正、負旋轉(zhuǎn)備用容量的置信水平為0.95其他參數(shù)見附錄。

4.2 算例結(jié)果分析

根據(jù)上述數(shù)據(jù),利用非完全信息博弈和混合整數(shù)非線性模型求解器,求解多能源集線系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度結(jié)果。為說明所建優(yōu)化調(diào)度模型的合理性,本文將對比分析三種模型的調(diào)度結(jié)果:情形一:不考慮碳交易的綜合能源系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度。情形二:加入碳交易且考慮用戶參與碳交易不完全信息的綜合能源系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度。情形三:在情形二的基礎(chǔ)上考慮電轉(zhuǎn)氣技術(shù)和碳捕集電廠的綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度。以每個能源集線器類型都為一時為例進行分析,調(diào)度結(jié)果如下所示:

由表2知,情形二相對于情形一,系統(tǒng)總成本增加4 128.5元,碳排放量下降4.7 t,即下降3.8%,所以,綜合能源系統(tǒng)引入碳交易后,系統(tǒng)碳排放量得到了相應(yīng)約束,但系統(tǒng)犧牲部分經(jīng)濟效益。情形三相對于情形二,系統(tǒng)總成本下降1 712.1元,同時排碳量下降8 t,即下降6.4%。即加入CCS和P2G后,系統(tǒng)尋求低碳化的同時,保證了經(jīng)濟效益。這是因為系統(tǒng)碳排放相比于情形二繼續(xù)減少,剩余排碳額參與碳交易給系統(tǒng)帶來經(jīng)濟效益。

表2 三種情形的調(diào)度結(jié)果

由表3知,情形二相對于情形一,外購電能減少7.174 MW·h,外購天然氣增加17.314 m3,即加入碳交易后,系統(tǒng)外購能源由電力轉(zhuǎn)向天然氣,以減少碳排放。情形三相比于情形二,外購電能增加62.933 MW·h,外購天然氣減少62.358 m3,加入CCS和P2G后系統(tǒng)耗電增加,P2G將捕獲所得二氧化碳轉(zhuǎn)化為天然氣供給系統(tǒng),所以系統(tǒng)外購天然氣減少。

表3 三種情形的外購能源

由圖5～7知,情形一的熱電聯(lián)產(chǎn)只有在負荷需求較大的08∶00-22∶00時間段才有明顯出力。相對于情形一,情形二的熱電聯(lián)產(chǎn)出力增大,外購電能減小。這是因為計及碳交易成本后,熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電成本低于火電機組,因此熱電聯(lián)產(chǎn)出力增加,相應(yīng)的火電機組出力減小。相比于情形二,情形三外購電能增加,賣給電網(wǎng)的電能減小。這是因為引入CCS和P2G后,系統(tǒng)電負荷需求增加。此外,系統(tǒng)的棄風棄光主要用于P2G和CCS供能,所以賣給電網(wǎng)的電能減小。

圖6 情形二電平衡Fig.6 Electric equilibrium in case two

圖7 情形三電平衡Fig.7 Electric equilibrium in case three

由圖8～9知,01∶00-06∶00時間段內(nèi),天然氣價格明顯高于動態(tài)電價,且此時間斷系統(tǒng)總負荷偏小,所以這段時間系統(tǒng)外購天然氣較少。08∶00-22∶00時間段內(nèi),動態(tài)電價明顯高于天然氣價格,且此時間段內(nèi)系統(tǒng)負荷需求較大,所以外購天然氣總量較大。

圖8 三種情形的外購能源價格情況Fig.8 Price of purchased energy in three scenarios

由圖9～10知,當考慮碳交易后,系統(tǒng)熱電聯(lián)產(chǎn)出力明顯增大,燃氣鍋爐出力明顯減小,這是因為計及碳排放成本后,熱電聯(lián)產(chǎn)的產(chǎn)熱成本低于鍋爐,所以系統(tǒng)增加熱電聯(lián)產(chǎn)出力以滿足熱負荷需求,而鍋爐只有在負荷需求較大的11∶00-23∶00時間段才有明顯出力。由圖10～11知,當系統(tǒng)加入CCS和P2G耦合模型后,P2G將生產(chǎn)的CH4供給系統(tǒng),所以情形三外購天然氣減小。此外,由于鍋爐排放的二氧化碳排放大部分都能被CCS吸收利用,碳懲罰成本下降,所以鍋爐出力增加。

圖9 情形一氣平衡Fig.9 Gas equilibrium in case one

圖10 情形二氣平衡Fig.10 Gas equilibrium in case two

圖11 情形三氣平衡Fig.11 Gas equilibrium in case three

由圖12～13知,當碳配額高于碳排放量時,系統(tǒng)將多余碳配額向外售賣獲利,系統(tǒng)總成本隨之減少。而碳配額低于碳排放量時,系統(tǒng)需要對多出免費碳配額部分的二氧化碳排放量繳納懲罰成本,系統(tǒng)總成本隨之增加。相比于情形二,情形三加入碳捕獲后系統(tǒng)碳排放量下降,此外由于外購電能增加,系統(tǒng)免費碳配額隨之增加,所以大部分時間系統(tǒng)碳配額明顯高于碳排放量,系統(tǒng)將多余碳配額向外售賣獲利,總成本隨之減小。

圖12 情形二碳交易情況Fig.12 Carbon trading in scenario two

4.3 碳交易價格對碳排放量和總成本的影響

由圖14～15知,情形一不考慮碳交易,所以碳交易價格對系統(tǒng)的排碳情況和總成本都沒有影響。對于情形二,隨著碳交易價格增加,系統(tǒng)碳排放量與免費碳配額之間的差額逐漸減小,系統(tǒng)約束碳排放效果明顯,但碳排放量始終大于免費碳配額,系統(tǒng)需要為多出免費碳配額部分繳納罰款,所以情形二總成本始終大于情形一。對于情形三,隨著碳交易價格變化,碳排放與碳配額之間的差值緩慢減小,且系統(tǒng)碳排放量始終小于碳配額,即系統(tǒng)可以將多余碳配額賣出盈利,所以總成本呈下降趨勢。

圖15 碳交易價格對總成本的影響Fig.15 Impact of carbon trading price on cost

5 結(jié) 論

本文針對多能源集線器區(qū)域綜合能源系統(tǒng),提出一種考慮用戶參與碳交易不完全信息的優(yōu)化調(diào)度策略,構(gòu)建了兼顧系統(tǒng)經(jīng)濟性與低碳性的多目標優(yōu)化調(diào)度模型。利用非完全信息博弈和混合整數(shù)非線性模型求解器,進行求解和決策。最后,通過算例仿真模擬驗證所述模型的有效性。主要得到以下結(jié)論:

經(jīng)過三種模型分析對比,加入碳交易的優(yōu)化調(diào)度模型犧牲部分經(jīng)濟效益以換取對碳排放的約束。當系統(tǒng)引入P2G和CCS耦合模型后,系統(tǒng)保證經(jīng)濟效益的同時,約束了系統(tǒng)排碳量。此外,優(yōu)化調(diào)度模型對碳交易價格變化反應(yīng)敏銳,可根據(jù)碳交易價格協(xié)調(diào)系統(tǒng)的排碳量情況以及成本。