[发明专利]含CCUS-P2G-CHP的综合能源系统低碳经济调度方法

说明书

本发明公开了一种含CCUS‑P2G‑CHP的综合能源系统低碳经济调度方法，属于可再生能源研究技术领域；具体包括以下步骤：S1）分析CCUS的运行过程并对其建模，S2）以电解槽、甲烷转换器及氢燃料电池替换传统的P2G，S3）建立含阶梯式碳交易机制的CCUS‑P2G‑CHP模型，研究其运行特性，S4）以IES运行总成本最优为目标，确立优化调度策略，S5）仿真分析验证；本发明基于阶梯式碳交易机制，建立了CCUS‑P2G‑CHP模型，并将其应用于IES的低碳经济调度，有效缓解了新能源发展快速与消纳困难之间的矛盾，提高了系统的经济效益和环境效益。

技术领域

本发明含CCUS-P2G-CHP的综合能源系统低碳经济调度方法属于可再生能源研究技术领域。

背景技术

综合能源系统(Integrated Energy System，IES)将多种能源进行统一调度，实现了不同能源间的耦合与互补，为电网低碳化运行提供了新的思路，现已成为研究的热门领域。

能源改革的深入与热电联产(Combined Heatand Power,CHP)机组“以热定电”运行模式的约束，导致可再生能源发展迅速与消纳问题之间的矛盾不断加剧。相关研究如下：1、从目标函数、网络约束、CHP建模、优化算法等方面研究了CHP在IES中的应用；2、引入光热电站充当CHP机组，并结合P2G等能量转换设备，满足了低碳背景下的多元化负荷需求；3、通过储能设备和电加热器解耦CHP机组的热电特性，提高了CHP的灵活性及能源消纳能力，但储能过程中的能源传输导致了能量损失。

电转气(Power-to-Gas,P2G)可将富余电能转化为天然气，其独特的能量转换特性为新能源消纳提供了有效途径。将P2G技术引入IES，提高了系统的经济性及消纳能力。然而，现有文献对P2G的研究大多以甲烷化过程为重点，忽略电制氢环节。氢能作为一种清洁、高效、安全、可持续的新能源，具有零污染、零碳排等优点，与天然气相比，燃烧效率更高。有相关研究将P2G两阶段运行过程细化，研究氢能的多方面效益，实现了制氢环节中氢能的高效、清洁利用，但甲烷化环节所需CO₂增加了系统的运行成本，且天然气在燃烧时释放的CO₂降低了系统的环保性。

碳捕集与封存(Carbon Capture and Storage，CCS)技术的快速发展为IES的低碳运行提供了契机。现有文献相关研究如下：1、引入CCS，以电负荷的形式消耗CHP的电能，并捕集CHP机组产生的CO₂，提高了IES的环境效益及新能源消纳能力；2、将CCS技术应用于IES的低碳经济调度中，降低了系统的碳排放量及运行成本；3、研究电价型需求侧响应配合CCS设备的低碳原理，构建了IES低碳经济调度模型；4、基于碳交易机制，分析P2G及CCS的协调配合对电–气IES运行经济性及低碳性的影响。然而，CCS存储捕获到的CO₂，并将其长距离运输给P2G，增加了系统运行成本。有文献公开将CCS、P2G及CHP作为一个整体进行研究，把CCS捕集到的CO₂作为碳源提供给P2G，避免了CO₂的存储及长距离运输。但在实际应用过程中，CCS的运行成本大、能耗高，难以大范围推广和应用。

碳捕集、利用与封存(Carbon Capture,Utilization and Storage,CCUS)技术在CCS的基础上，增加了CO₂利用环节，更具有应用潜力，是未来应对气候变化、实现“碳中和、碳达峰”的重要减排技术。有学者研究分析了CCUS技术在各国的发展规划及趋势、CCUS技术各环节的发展现状，为CCUS的工业化应用提供了参考。

随着低碳理念的深入，碳交易机制逐渐成熟，现已成为IES低碳减排的重要措施。相关研究如下：1、建立了含传统碳交易机制的IES调度模型；2、将碳交易机制引入含富氧燃烧技术的IES，降低了系统的碳排放。为进一步挖掘系统的低碳特性，阶梯式碳交易机制应运而生，构建了阶梯碳交易机制下的碳交易费用计算模型。基于燃气掺氢的虚拟电厂，采用阶梯式碳交易机制，实现系统的低碳化及经济性运行。