计及电转气的综合能源系统低碳经济优化调度方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114595924A(43)申请公布日2022.06.07(21)申请号202210041991.2(22)申请日2022.01.13(71)申请人西安理工大学地址710048陕西省西安市碑林区金花南路5号(72)发明人段建东程冉脱利浩杨瑶(74)专利代理机构西安弘理专利事务所61214专利代理师王奇(51)Int.Cl.G06Q10/06(2012.01)G06Q50/06(2012.01)G06F30/20(2020.01)权利要求书3页说明书6页附图3页(54)发明名称计及电转气的综合能源系统低碳经济优化调度方法(57)摘要本发明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‑氢‑天然气综合能源系统。在此基础上，建立奖惩阶梯型碳交易机制模型，考虑P2G和燃气轮机共同参与碳交易市场，通过对系统各单元的协调调度，实现保证系统调度经济性的同时减少碳排放量。CN114595924ACN114595924A权利要求书1/3页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：VECt为t时段电解槽的产氢量；PECt为t时段电解槽的输入电功率，PEC为电解槽输入电功率的额定值；f(PECt/PEC)为电解槽的效率函数；aEC、bEC和cEC为效率函数系数；PECmax、PECmin分别为电解槽输入功率上下限；πEC为电解槽的容量；②甲烷反应器模型式中：PMRt为t时段甲烷反应器生成的天然气功率；VMRt为t时段输入甲烷反应器的氢量；3ηm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m对应的气体质量；EMRmax、EMRmin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MMR为式中：为CO2的摩尔质量，为CH4的摩尔体积，VCH4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2具体过程为：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，2CN114595924A权利要求书2/3页式中：Cc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；ER为实际碳排放量；Eq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；电转气的碳交易成本可表示为式中：eP2G为电转气的单位碳消纳因子；PP2G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；步骤2.2、构建综合能源系统低碳经济调度模型minf＝f1+f2+f3(6)其中，f1为购能成本，f2为弃风成本，f3为综合能源系统的碳交易成本。4.根据权利要求3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2.2所述购能成本、弃风成本以及弃风成本具体如下：①购能成本f1f1＝Cbuy(7)式中：ρe,t为t时段上级电网单位电价；ρg为天然气单位价格；Pebuy,t、Pgbuy,t分别为t时段从上级主网购买的电量与天然气量；②弃风成本f2式中：Pwt.cut,t为时段t的弃风功率，δwt.cut为单位弃风惩罚系数，T是周期，T＝24；③综合能源系统的碳交易成本f3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，3CN114595924A权利要求书3/3页其中，Cc是碳交易成本，ER,t为综合能源系统中碳排放量；Eq,t为综合能源系统中碳排放配额。