考慮階梯式碳交易機(jī)制的電化學(xué)儲(chǔ)能與抽水蓄能協(xié)同調(diào)度優(yōu)化

佟 曦, 陳 衡, 茍凱杰, 徐 鋼, 劉文毅, 張國(guó)強(qiáng)

(華北電力大學(xué) 能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院, 北京 102206)

隨著我國(guó)“雙碳”目標(biāo)的提出,各行各業(yè)都在積極開(kāi)展碳減排工作。電力行業(yè)的碳排放量約占我國(guó)能源活動(dòng)二氧化碳量的40%,減排潛力巨大,其低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展對(duì)于我國(guó)實(shí)現(xiàn)“碳中和”戰(zhàn)略目標(biāo)至關(guān)重要。為實(shí)現(xiàn)該戰(zhàn)略目標(biāo),我國(guó)電力行業(yè)一方面進(jìn)行火電機(jī)組的靈活性改造,提高機(jī)組調(diào)峰能力[1];另一方面大力發(fā)展風(fēng)能、光伏等新能源發(fā)電技術(shù),并且大規(guī)模接入電網(wǎng),以減少化石能源等消耗[2-5]。由于風(fēng)能、光伏等新能源具有出力不確定性,以及發(fā)電的間歇性和波動(dòng)性,其大規(guī)模接入電網(wǎng)后,給電網(wǎng)的電壓水平、運(yùn)行控制等帶來(lái)巨大困擾[6-10]。儲(chǔ)能設(shè)備可以在時(shí)間和空間的尺度上快速進(jìn)行能量調(diào)度,解決調(diào)峰難的問(wèn)題,從而維持系統(tǒng)的穩(wěn)定性,因此近年來(lái)備受關(guān)注和使用[11-12]。

研究碳交易機(jī)制對(duì)新能源電力系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化的影響至關(guān)重要,陳錦鵬等[13]構(gòu)建了綜合能源系統(tǒng)(IES)模型,并且引入階梯式碳交易機(jī)制,構(gòu)建以購(gòu)能成本、碳排放成本、棄風(fēng)成本最小的低碳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化求解,驗(yàn)證了所提策略的有效性。陳彥奇等[14]提出了計(jì)及階梯型碳交易機(jī)制的綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化模型,以系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)成本和碳交易成本之和最小為目標(biāo),分析典型日下不同基準(zhǔn)碳價(jià)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行方式和經(jīng)濟(jì)性的影響。王俐英等[15]將需求響應(yīng)和碳交易機(jī)制引入綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度中,并基于信息間隙決策理論(IGDT)構(gòu)建了考慮階梯式碳交易機(jī)制以及需求響應(yīng)的綜合能源系統(tǒng)雙層隨機(jī)優(yōu)化調(diào)度模型,最后通過(guò)求解證明了所提系統(tǒng)的低碳環(huán)保。Cao等[16]提出了面向運(yùn)營(yíng)商和多個(gè)虛擬電廠(MVPP)的Stackelberg博弈策略,考慮階梯式碳價(jià)格機(jī)制和雙補(bǔ)償需求響應(yīng)機(jī)制,采用克里金元模型擬合虛擬電廠(VPP)的能量調(diào)度模型,最后分析了多個(gè)算例,驗(yàn)證了所提策略能夠有效促進(jìn)MVPP的能量互補(bǔ)和碳減排。

平準(zhǔn)化度電成本(LCOE),也叫電力平均化成本,是用于衡量發(fā)電項(xiàng)目在其整個(gè)生命周期內(nèi)每單位電力產(chǎn)生的平均成本,在研究系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性中起到了至關(guān)重要的作用。劉漂[17]從全生命周期角度研究了風(fēng)電成本的構(gòu)成,并針對(duì)現(xiàn)有LCOE模型提出了改進(jìn)的LCOE分析計(jì)算模型,通過(guò)物理建模驗(yàn)證了所提出的LCOE模型的有效性。Mostafa等[18]建立了電池儲(chǔ)能成本模型,并考慮了長(zhǎng)期、中期和短期應(yīng)用以及技術(shù)特征,使用儲(chǔ)能平準(zhǔn)化度電成本(LCCOS)和LCOE進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)估,此外,還對(duì)影響存儲(chǔ)成本的控制因素進(jìn)行了敏感性分析。Li等[19]建立了實(shí)現(xiàn)碳捕集與封存(CCS)一體化氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)建模、預(yù)測(cè)和優(yōu)化的計(jì)算方法,選擇碳捕集率(CCR)和LCOE作為優(yōu)化目標(biāo),評(píng)估了多目標(biāo)優(yōu)化的最優(yōu)解集和碳交易市場(chǎng)的效果。

當(dāng)前大多數(shù)研究只考慮單一儲(chǔ)能系統(tǒng)接入電網(wǎng)的運(yùn)行優(yōu)化及配置優(yōu)化,考慮儲(chǔ)能系統(tǒng)LCOE的運(yùn)營(yíng)策略研究很少。因此,筆者構(gòu)建了含火力發(fā)電、新能源(風(fēng)能、光伏)發(fā)電,以及抽水蓄能和電化學(xué)儲(chǔ)能的多能互補(bǔ)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型;同時(shí),考慮LCOE及碳排放成本,引入階梯式碳交易機(jī)制,以總成本之和最小為優(yōu)化目標(biāo),利用MATLAB的Cplex求解器進(jìn)行優(yōu)化求解,并且設(shè)置不同場(chǎng)景及不同碳交易機(jī)制,以比較不同調(diào)度方式的優(yōu)劣,最終提出成本最低、碳排放最少、收益最大化的電力系統(tǒng)下電化學(xué)儲(chǔ)能及抽水蓄能的協(xié)同優(yōu)化調(diào)度策略,為新型電力系統(tǒng)的儲(chǔ)能規(guī)劃提供參考,助力電網(wǎng)高效清潔化及經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化的發(fā)展。

1 階梯式碳交易機(jī)制模型

階梯式碳交易是在碳市場(chǎng)中設(shè)立多個(gè)不同層級(jí)的碳排放配額,每個(gè)層級(jí)對(duì)應(yīng)不同的行業(yè)或行業(yè)細(xì)分。不同行業(yè)的企業(yè)擁有不同數(shù)量的碳排放配額,企業(yè)在交易市場(chǎng)上可以自由買(mǎi)賣(mài)碳排放配額。與普通碳交易模式相比,階梯式碳交易模式的優(yōu)勢(shì)在于更精準(zhǔn)地針對(duì)不同行業(yè)的減排需求,可以更有效地推動(dòng)高排放行業(yè)的減排工作[20]。階梯式碳交易機(jī)制模型主要包含無(wú)償碳排放配額模型、實(shí)際碳排放模型和階梯式碳交易模型[21]。

1.1 碳排放配額模型

所構(gòu)建的系統(tǒng)中,碳排放源有燃煤機(jī)組及系統(tǒng)外購(gòu)電力。所構(gòu)建系統(tǒng)的碳排放配額為

ECEQ=ECFP+ESOP

(1)

式中:ECEQ為系統(tǒng)碳排放配額,t;ECFP為燃煤機(jī)組碳排放配額,t;ESOP為系統(tǒng)外購(gòu)電力碳排放配額,t。

燃煤機(jī)組碳排放配額為

(2)

式中:Ee(t)為t時(shí)刻機(jī)組供電CO2配額,t;Eh(t)為t時(shí)刻機(jī)組供熱CO2配額,t;T為周期;Δt為時(shí)間長(zhǎng)度,h。

其中,t時(shí)刻機(jī)組供電CO2配額為

Ee(t)=Qe(t)×Be×F1×Fr×Ff

(3)

式中:Qe(t)為t時(shí)刻機(jī)組供電量,MW;Be為機(jī)組所屬類別的供電基準(zhǔn),t/MW;F1為機(jī)組冷卻方式修正系數(shù);Fr為機(jī)組供熱量修正系數(shù),燃煤機(jī)組供熱量修正系數(shù)為1-0.22×供熱比;Ff為機(jī)組負(fù)荷修正系數(shù)。

t時(shí)刻機(jī)組供熱CO2配額為

Eh(t)=Qh(t)×Bh

(4)

式中:Qh(t)為t時(shí)刻機(jī)組供熱量,GJ;Bh為機(jī)組所屬類別的供熱基準(zhǔn),t/GJ。

系統(tǒng)外購(gòu)電力碳排放配額為

(5)

式中:ηe為單位電量碳排放配額系數(shù);Pbuy(t)為t時(shí)刻系統(tǒng)外購(gòu)電量,MW。

1.2 實(shí)際碳排放模型

燃煤機(jī)組的碳排放量為

(6)

式中:EACE為燃煤機(jī)組的碳排放量,t;βe為燃煤機(jī)組單位電量碳排放系數(shù),t/MW。

系統(tǒng)外購(gòu)電力碳排放量為

(7)

式中:EPCE為系統(tǒng)外購(gòu)電力碳排放量,t;βs為系統(tǒng)外購(gòu)電力單位電量碳排放系數(shù),t/MW。

不考慮新能源(風(fēng)能、光伏)發(fā)電及各類型儲(chǔ)能放電時(shí)的碳排放量,認(rèn)為其碳排放量為0,則當(dāng)其出力時(shí),相當(dāng)于給系統(tǒng)減少碳排放量。減少的碳排放量為

(8)

因此,系統(tǒng)的實(shí)際碳排放量EACT為

EACT=EACE+EPCE-ERCE

(9)

1.3 階梯式碳交易模型

實(shí)際參與碳交易市場(chǎng)的碳交易額ECET為

ECET=EACT-ECEQ

(10)

當(dāng)ECET大于0時(shí),表示主體當(dāng)前碳排放量高于碳排放配額,需要到碳市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)碳排放配額;當(dāng)ECET小于0時(shí),表示主體當(dāng)前碳排放量低于碳排放配額,可以將剩余碳排放配額拿到碳市場(chǎng)進(jìn)行出售[22-23]?？紤]經(jīng)濟(jì)效益最大化以及提高電力企業(yè)減排的積極性,構(gòu)建階梯式碳交易計(jì)算模型,即

(11)

式中:Ccar為系統(tǒng)的碳交易成本;c為市場(chǎng)的碳交易基準(zhǔn)價(jià)格;d為碳排放區(qū)間長(zhǎng)度;α為碳交易價(jià)格增長(zhǎng)幅度。

傳統(tǒng)碳交易機(jī)制下,其碳交易模型為

(12)

2 協(xié)同調(diào)度優(yōu)化模型

2.1 LCOE模型

LCOE和全生命周期成本(LCC)都是在能源經(jīng)濟(jì)學(xué)和工程經(jīng)濟(jì)學(xué)中常用的概念,LCOE是衡量發(fā)電項(xiàng)目在其整個(gè)生命周期內(nèi)每單位電力產(chǎn)生的平均成本[24],而LCC是衡量整個(gè)項(xiàng)目或設(shè)備在其壽命周期內(nèi)的總成本。LCOE通常用于比較不同類型發(fā)電項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性,而LCC用于做出長(zhǎng)期投資決策,確保項(xiàng)目或設(shè)備的經(jīng)濟(jì)可行性。較低的LCOE意味著單位電力成本更低,使得該發(fā)電項(xiàng)目在市場(chǎng)上更具競(jìng)爭(zhēng)力。在發(fā)電產(chǎn)業(yè)中,LCOE的下降通常與技術(shù)進(jìn)步、規(guī)模效應(yīng)和政策支持等因素有關(guān)。因此,LCOE被廣泛用于評(píng)估各種發(fā)電技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性,例如光伏、風(fēng)能、煤炭、天然氣等,以確定最具成本效益的能源解決方案。

LCOE的計(jì)算考慮了項(xiàng)目的總成本,包括建設(shè)、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)、折舊成本等,以及項(xiàng)目預(yù)期的發(fā)電量[25-26]。這些成本在項(xiàng)目的壽命周期內(nèi)被折算,然后除以預(yù)期的發(fā)電量,從而得到每單位電力的平均成本。

LCOE可以表示為

(13)

式中:CLCOE為L(zhǎng)COE成本,元;I為初始投資,包括項(xiàng)目前期規(guī)劃建設(shè)以及設(shè)備購(gòu)置安裝等費(fèi)用,元;On為第n年的運(yùn)行成本,包括在使用階段產(chǎn)生的費(fèi)用,如能源消耗、人工勞動(dòng)力、原材料等,元;Mn為第n年的維護(hù)成本,包括在使用過(guò)程中確保設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)和良好狀態(tài)的費(fèi)用以及設(shè)備發(fā)生故障或損壞時(shí)所需的修理和維修費(fèi)用,元;Gn為第n年的設(shè)備發(fā)電量,MW;N為年數(shù)。

考慮折現(xiàn)率時(shí),LCOE的表達(dá)式為

(14)

式中:rLCOE為考慮折現(xiàn)率時(shí)的LCOE,元;r為折現(xiàn)率。

2.2 目標(biāo)函數(shù)

本文調(diào)度優(yōu)化以系統(tǒng)購(gòu)能成本CB、CLCOE、碳排放成本CC以及棄風(fēng)棄光成本CWP之和C最小為目標(biāo)函數(shù),其數(shù)學(xué)表達(dá)式為

minC=CB+CLCOE+CC+CWP

(15)

系統(tǒng)購(gòu)能成本CB主要包括外購(gòu)電力成本、風(fēng)光儲(chǔ)的上網(wǎng)成本,以及火電上網(wǎng)成本,其表達(dá)式為

(16)

式中:Pg(t)為t時(shí)刻燃煤機(jī)組出力,MW;Cbuy(t)、Cpv、Cwt、Cs,dis,i(t)、Cs,cha,i(t)和Cg分別為t時(shí)刻系統(tǒng)購(gòu)電價(jià)格、光伏上網(wǎng)電價(jià)、風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)、儲(chǔ)能上網(wǎng)電價(jià)、儲(chǔ)能充電電價(jià)以及燃煤機(jī)組上網(wǎng)電價(jià),元/(kW·h)。

LCOE包括火電、風(fēng)電、光伏以及儲(chǔ)能的單位標(biāo)準(zhǔn)度電成本之和,其表達(dá)式為

(17)

碳排放成本主要包括系統(tǒng)外購(gòu)電力碳排放成本和燃煤機(jī)組碳排放成本。階梯式碳交易下的碳排放計(jì)算公式參考式(11);傳統(tǒng)碳交易下的碳排放的計(jì)算公式參考式(12)。

棄風(fēng)棄光成本主要為風(fēng)能及光伏所產(chǎn)生的電能不能被完全利用的部分,其成本公式為

(18)

式中:a為風(fēng)光懲罰系數(shù),元/(kW·h);Ppv,max(t)為t時(shí)刻光伏最大出力,MW;Pwt,max(t)為t時(shí)刻風(fēng)能最大出力,MW。

2.3 約束條件

燃煤電廠發(fā)電功率約束為

0.3Pg,max≤Pg(t)≤0.8Pg,max

(19)

式中:Pg,max為火電機(jī)組額定出力,MW。

光伏發(fā)電出力約束為

0≤Ppv(t)≤Ppv,max(t)

(20)

風(fēng)力發(fā)電出力約束為

0≤Pwt(t)≤Pwt,max(t)

(21)

抽水蓄能系統(tǒng)約束為

應(yīng)該說(shuō)，“首都餐飲業(yè)品質(zhì)提升工作”是北京市餐飲業(yè)以習(xí)近平總書(shū)記關(guān)于食品安全系列講話精神為指導(dǎo)，全面實(shí)施國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)管總局提出的《餐飲服務(wù)食品安全操作規(guī)范》的自律表現(xiàn)，是繼北京餐飲業(yè)實(shí)現(xiàn)“明廚亮灶”、“陽(yáng)光餐飲”后的一次全面提升，是為迎接2022年冬奧會(huì)打造餐飲業(yè)的首都標(biāo)準(zhǔn)、北京品牌，使北京餐飲業(yè)成為彰顯首都文化魅力、良好生態(tài)環(huán)境、和諧文明社會(huì)、安定富裕生活的載體，成為體現(xiàn)首都城市內(nèi)在品質(zhì)的亮麗名片，在全國(guó)餐飲行業(yè)中做出了表率。下一步，中國(guó)烹飪協(xié)會(huì)將在北京市市場(chǎng)監(jiān)督管理局的指導(dǎo)下，繼續(xù)深入落實(shí)“首都餐飲業(yè)品質(zhì)提升工作”，力爭(zhēng)取得更大的成效，惠及更多的企業(yè)和消費(fèi)者。

(22)

Pp,min

(23)

式中:Et為上水庫(kù)初始能量,MW·h;Emin為上水庫(kù)最小能量,MW·h;ηh為發(fā)電轉(zhuǎn)化效率;Ph(t)為t時(shí)刻抽水蓄能系統(tǒng)發(fā)電功率,MW;Ph,min為抽水蓄能系統(tǒng)發(fā)電功率最小值,MW;Ph,max為抽水蓄能發(fā)電功率最大值,MW;Pp(t)為t時(shí)刻水泵抽水功率,MW;Pp,min為水泵抽水功率最小值,MW;Pp,max為水泵抽水功率最大值,MW。

Eu,min

(24)

Ed,min

(25)

式中:Eu為上水庫(kù)儲(chǔ)存能量,MW·h;Eu,min為上水庫(kù)儲(chǔ)存能量最小值,MW·h;Eu,max為上水庫(kù)儲(chǔ)存能量最大值,MW·h;Ed為下水庫(kù)儲(chǔ)存能量,MW·h;Ed,min為下水庫(kù)儲(chǔ)存能量最小值,MW·h;Ed,max為下水庫(kù)儲(chǔ)存能量最大值,MW·h。

電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)約束為

Pcha,min≤Pcha(t)≤Pcha,max

(26)

Pdis,min≤Pdis(t)≤Pdis,max

(27)

式中:Pcha,max、Pcha,min分別為儲(chǔ)能電池充電功率上、下限,MW;Pdis,max、Pdis,min分別為儲(chǔ)能電池放電功率上、下限,MW;Pcha(t)、Pdis(t)分別為t時(shí)刻儲(chǔ)能電池充放電功率,MW。

考慮到儲(chǔ)能系統(tǒng)的壽命問(wèn)題,在儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電過(guò)程中,儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池荷電狀態(tài)(SOC)不能超過(guò)設(shè)定的上下限,即

RS,min≤RSOC≤RS,max

(28)

式中:RS,min為最小荷電狀態(tài),取0.2;RS,max為最大荷電狀態(tài),取0.9;RSOC為儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池SOC。

系統(tǒng)外購(gòu)電力約束為

0≤Pbuy(t)≤Pbuy,max

(29)

式中:Pbuy,max為系統(tǒng)最大外購(gòu)電量,MW。

功率平衡約束為

(30)

式中:Pload(t)為t時(shí)刻系統(tǒng)負(fù)荷,MW。

3 算例分析

采用MATLAB Yalmip工具箱的Cplex優(yōu)化求解器進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度求解。選取24 h為1個(gè)周期,電力負(fù)荷及風(fēng)光出力數(shù)據(jù)參考我國(guó)西北某區(qū)域電網(wǎng)夏季典型日的實(shí)際數(shù)據(jù)。其中,火電裝機(jī)3 000 MW、風(fēng)電裝機(jī)1 500 MW、光伏裝機(jī)1 000 MW、抽水蓄能裝機(jī)1 000 MW,電化學(xué)儲(chǔ)能的功率/容量為200 MW/500 MW·h。根據(jù)2021年、2022年度全國(guó)碳排放權(quán)交易配額總量設(shè)定與分配實(shí)施方案,各參數(shù)取值為:Be=0.815 9,Fr=0.934,F1=1,Ff=1.087,Bh=0.110 4,ηe=0.728,βe=0.8,βs=1.08,c=0.25,α=0.25,d=5 000,a=0.3。該區(qū)域的電力負(fù)荷及風(fēng)光出力數(shù)據(jù)如圖1所示。

圖1 負(fù)荷出力曲線

系統(tǒng)外購(gòu)電力價(jià)格按照當(dāng)?shù)叵募痉謺r(shí)電價(jià)并且執(zhí)行尖峰電價(jià)機(jī)制,分時(shí)電價(jià)曲線如圖2所示。火電上網(wǎng)電價(jià)為0.25元/(kW·h),風(fēng)光上網(wǎng)電價(jià)為0.262元/(kW·h)。電化學(xué)儲(chǔ)能充放電價(jià)按照分時(shí)電價(jià)執(zhí)行,根據(jù)最新的儲(chǔ)能政策,補(bǔ)貼設(shè)置為:棄風(fēng)棄光段(00:00:00—05:00:00、13:00:00—18:00:00)充電補(bǔ)貼0.55元/(kW·h),放電補(bǔ)貼0.25元/(kW·h);平段充放電均為0.2元/(kW·h)。抽水蓄能上網(wǎng)電價(jià)與燃煤機(jī)組上網(wǎng)電價(jià)相等,抽水電價(jià)為燃煤機(jī)組上網(wǎng)電價(jià)的75%。考慮折現(xiàn)率及機(jī)組壽命,計(jì)算得出各類型能源的LCOE為:燃煤機(jī)組的單位度電成本為0.15元/(kW·h)、光伏機(jī)組的單位度電成本為0.18元/(kW·h)、風(fēng)電機(jī)組的單位度電成本為0.16元/(kW·h)、抽水蓄能系統(tǒng)的單位度電成本為0.25元/(kW·h)、電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的單位度電成本為0.65元/(kW·h)。

圖2 夏季電網(wǎng)分時(shí)電價(jià)

為比較不同碳交易機(jī)制不同儲(chǔ)能參與下的系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度情況以及碳排放情況,提出6種場(chǎng)景,具體場(chǎng)景情況見(jiàn)表1。

表1 場(chǎng)景設(shè)置

按照所構(gòu)建的6種場(chǎng)景及所給定的參數(shù),以系統(tǒng)總成本最小為目標(biāo),進(jìn)行調(diào)度優(yōu)化計(jì)算,得出的優(yōu)化調(diào)度結(jié)果如圖3～圖8所示。

圖3 場(chǎng)景一

圖4 場(chǎng)景二

圖5 場(chǎng)景三

圖6 場(chǎng)景四

圖7 場(chǎng)景五

圖8 場(chǎng)景六

不同場(chǎng)景下的碳排放情況見(jiàn)表2。比較不同碳交易機(jī)制下的碳排放情況,場(chǎng)景四相較于場(chǎng)景一,碳排放量減少1 502.65 t;場(chǎng)景五相較于場(chǎng)景二,碳排放量減少1 288.47 t;場(chǎng)景六相較于場(chǎng)景三,碳排放量減少1 634.68 t?？梢钥闯?階梯式碳交易機(jī)制下,其碳排放量小于傳統(tǒng)碳交易機(jī)制下的碳排放量,證明了階梯式碳交易的優(yōu)勢(shì)。比較不同儲(chǔ)能配置方法調(diào)度優(yōu)化后的碳排放情況,可以看出抽水蓄能與電化學(xué)儲(chǔ)能協(xié)同調(diào)度下的碳排放量低于抽水蓄能和電化學(xué)儲(chǔ)能單獨(dú)調(diào)度下的碳排放量,證明了電化學(xué)儲(chǔ)能與抽水蓄能協(xié)同調(diào)度下參與碳市場(chǎng)的可行性。

表2 不同場(chǎng)景下的碳排放情況

為驗(yàn)證不同碳交易機(jī)制下不同儲(chǔ)能配置方式的經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)勢(shì),計(jì)算其電力市場(chǎng)以及碳市場(chǎng)的收益情況,結(jié)果匯總于表3。其中,電力市場(chǎng)收益的計(jì)算公式為:負(fù)荷×分時(shí)電價(jià)-購(gòu)能成本-LCOE。由于本系統(tǒng)新能源比例較高,因此最終的碳排放配額高于實(shí)際碳排放量,二者之差即為可以進(jìn)行售賣(mài)的碳配額量,其收益計(jì)算公式參考式(11)和式(12)。

由表3可以得出,傳統(tǒng)碳市場(chǎng)交易機(jī)制下的售碳收益低于階梯式碳市場(chǎng)交易機(jī)制下的售碳收益,這將更有利于鼓勵(lì)高碳排企業(yè)進(jìn)行低碳轉(zhuǎn)型,從而售賣(mài)多余碳排放配額獲得更高收益;抽水蓄能與電化學(xué)儲(chǔ)能協(xié)同調(diào)度下的電力市場(chǎng)收益和碳市場(chǎng)收益均高于抽水蓄能和電化學(xué)儲(chǔ)能單獨(dú)調(diào)度下的電力市場(chǎng)收益和碳市場(chǎng)收益,進(jìn)一步證明了階梯式碳交易機(jī)制下電化學(xué)儲(chǔ)能與抽水蓄能協(xié)同調(diào)度下參與電力市場(chǎng)及碳市場(chǎng)的可行性。

4 結(jié)論

(1) 各時(shí)段各類型能源的配置情況為:抽水蓄能主要通過(guò)谷時(shí)蓄能、峰時(shí)放能來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的調(diào)峰,并且獲得收益;電化學(xué)儲(chǔ)能主要通過(guò)峰谷分時(shí)電價(jià)實(shí)現(xiàn)高低電價(jià)間套利,以及通過(guò)容量成本回收機(jī)制獲得補(bǔ)償收益。二者協(xié)同發(fā)展的經(jīng)營(yíng)模式,有利于維護(hù)電網(wǎng)的穩(wěn)定,并且提高系統(tǒng)整體收益。

(2) 傳統(tǒng)碳排放機(jī)制下,系統(tǒng)的整體碳減排積極性難以調(diào)動(dòng),引入階梯式碳交易機(jī)制后,系統(tǒng)的碳減排積極性有明顯的提高。傳統(tǒng)碳市場(chǎng)交易機(jī)制下的售碳收益低于階梯式碳市場(chǎng)交易機(jī)制下的售碳收益,這將更有利于鼓勵(lì)高碳排企業(yè)進(jìn)行低碳轉(zhuǎn)型。

(3) 抽水蓄能與電化學(xué)儲(chǔ)能協(xié)同調(diào)度優(yōu)化下的碳排放量低于抽水蓄能和電化學(xué)儲(chǔ)能單獨(dú)調(diào)度下的碳排放量,證明了抽水蓄能與電化學(xué)儲(chǔ)能協(xié)同調(diào)度下參與碳市場(chǎng)的可行性;抽水蓄能與電化學(xué)儲(chǔ)能協(xié)同調(diào)度下的電力市場(chǎng)收益高于抽水蓄能和電化學(xué)儲(chǔ)能單獨(dú)調(diào)度下的電力市場(chǎng)收益,證明了電化學(xué)儲(chǔ)能與抽水蓄能協(xié)同調(diào)度下參與電力市場(chǎng)的可行性。所提出的電化學(xué)儲(chǔ)能與抽水蓄能協(xié)同參與電力市場(chǎng)與碳市場(chǎng)的配置方案,驗(yàn)證了電化學(xué)儲(chǔ)能與抽水蓄能同時(shí)接入電網(wǎng)后進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)度優(yōu)化的可行性。