綠碳綜合能源系統(tǒng)主從博弈智能定價(jià)策略與優(yōu)化方法-武漢理工 侯慧

■mmmmm■Power&Ener2023年會(huì)■“綠碳”綜合能源系統(tǒng)主從博弈智能定價(jià)策略與優(yōu)化方法Anintegratedenergysystem'green-carbon'off侯慧1研究背景及意義4求解方法5算例分析6總結(jié)與展望研究背景及意義●理論基礎(chǔ)●研究背景●貢獻(xiàn)與創(chuàng)新蘇州太倉3.2蘇州太倉3.2MW分布式光伏項(xiàng)目No2Solar②近冊(cè)綠色電力證書什么是綠證?理論基礎(chǔ)什么是綠證?口是國家/國際組織對(duì)發(fā)電企業(yè)每兆瓦時(shí)非水可再生能源上網(wǎng)電量頒發(fā)的具有獨(dú)特標(biāo)識(shí)代碼的電子證書，是消費(fèi)綠色電力的唯一憑證?？诿總€(gè)綠證對(duì)應(yīng)1MWh(1000度電)結(jié)算電量?？诰G證制度的初衷是為了替代政府補(bǔ)貼。配額制度(RPS)履約●RE100有條件認(rèn)可●僅限于集中式風(fēng)電或光伏項(xiàng)目。有無補(bǔ)貼均可120-800元/MWh50元/MWh●非盈利組織APX創(chuàng)建，總部位于美國●RE100認(rèn)可的國際綠證●僅限于無補(bǔ)貼可再生能30元/MWh●非盈利基金會(huì)I-REC創(chuàng)建總部位于荷蘭●RE100認(rèn)可的國際綠證●2021年6月15日前，僅限國有企業(yè)項(xiàng)目.2021年6月15日后，國有企業(yè)和理論基礎(chǔ)什么是碳交易?理論基礎(chǔ)破排放配額口碳交易又稱為“碳排放權(quán)交易”,通常由破排放配額政府確定一個(gè)碳排放總額，并將碳排放配額分配至企業(yè)。如果企業(yè)實(shí)際排放高于配額，需要到市場上購買配額?？谌珖寂欧艡?quán)交易機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)組織開展全國碳排放權(quán)集中統(tǒng)一交易。重慶、廣東、湖北、深圳等7地開展了碳排放權(quán)交易試點(diǎn)工作；2020年，中國已成長為配額成交量規(guī)模全球第二的碳市場。研究背景W*58A*485EBHX1ARE@7a研究背景一□《加快建設(shè)全國統(tǒng)一電力市場體系的指導(dǎo)意見》做好綠色電力交易與綠證交易、碳排放權(quán)交易的有效銜接。中共中央國務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見m研究背景二口《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作m*a*iEa*-RE*RP的意見》完善價(jià)格政策持續(xù)提升能源利用效率。a5.**A**)研究意義口推動(dòng)低碳能源轉(zhuǎn)型與促進(jìn)可再生能源高效發(fā)展需要?jiǎng)?chuàng)新的市場機(jī)制與口碳排放交易和綠證交易機(jī)制是實(shí)現(xiàn)碳減排、激勵(lì)清潔能源開發(fā)利用的口綜合能源系統(tǒng)能夠打破單一能源供應(yīng)的技術(shù)壁壘，實(shí)現(xiàn)多能互補(bǔ)互濟(jì)口博弈理論是促進(jìn)源荷交互、解決能源市場定價(jià)與競爭策略研究的有效口設(shè)計(jì)了一種“綠碳”抵消機(jī)制，考慮3個(gè)強(qiáng)關(guān)聯(lián)指標(biāo)，可實(shí)現(xiàn)從綠證到碳排放權(quán)的轉(zhuǎn)換以抵智能定價(jià)策略和系統(tǒng)管理模型，考慮“綠碳”需求，激勵(lì)I(lǐng)ES減少碳排放，同時(shí)有效增加雙本研究的主要貢獻(xiàn)“綠碳”綜合能源系統(tǒng)框架systemresiliencehasbecomeimperative.Thispaperproposesatwo-stagestochasticpro-ratewindspeedpredictions.Simuncertaintyoflinedamage,repaircrewsandmobileemergencygeneratorsnetworkreconfiguration,disutilizingdatafromthe2018supertenhancingtheresilienceofdistributionsystems.distributionsystem,windfieldmodel,transportationnetworPromotionalArticdleaddedbytheECE,notincludedintheoriginalslides3GuangdongKeyLaboratoTyphoondita.geographicdata.distritnfusPot-disasterrestoraionsche“綠碳”綜合能源系統(tǒng)框架*GREEN-CARBON*INTEGRATEDENERGYSYSTEM建立了一種4層“綠碳”(integratedIES可基于綠證需求與碳排放需求參與口能源輸入層口能源轉(zhuǎn)化與存儲(chǔ)層口能源輸出層“綠碳”“綠碳”交易層能源轉(zhuǎn)化與存儲(chǔ)層能源輸入層能源輸出層實(shí)際碳排放實(shí)際碳排放氣自愿購售”價(jià)格監(jiān)控“強(qiáng)制配額市場監(jiān)管g實(shí)際碳排放實(shí)際碳排放氣自愿購售”價(jià)格監(jiān)控“強(qiáng)制配額市場監(jiān)管g 實(shí)際碳排放額Q實(shí).際排放@g額Qg始“強(qiáng)制配額自愿購售”實(shí)際綠證量G實(shí)際綠證量G配額認(rèn)證實(shí)際綠證量口實(shí)際綠證量口mm碳配額實(shí)下實(shí)際綠證出售綠證購買綠證“綠碳”綜合能源系統(tǒng)框架“綠碳”綜合能源系統(tǒng)框架□階梯式碳交易(carbonemissiontrading,CET)機(jī)制實(shí)際碳排放實(shí)際碳排放額e實(shí)實(shí)際碳排放。碳價(jià)c*GREEN-CARBON"INTEGRATEDENERGYS購買綠證綠證折算購買綠證綠證折算實(shí)'際證量綠證折算碳配綠證配綠證配綠證折算碳配實(shí)際綠證量證購買綠證出售綠證綠證配“綠碳”交易層“綠碳”交易層□“綠碳”交易機(jī)制為激勵(lì)I(lǐng)ES運(yùn)營商提高新能源出力占比，減少碳排放，考慮新能源出力減排效益、新能源出力占比以及實(shí)際碳排放與配額占比共3個(gè)強(qiáng)相關(guān)性指標(biāo)，設(shè)計(jì)了一種“綠碳”抵消機(jī)制。IES可利用盈余綠證換取碳配額以抵消系統(tǒng)碳排放。利用綠證換取的碳排放權(quán)被定義為“綠碳”,即Qgreen。Cr=QcPer=(Q-Q.-Q)P購買碳配額購買碳配額出售碳配額出售碳配額綠證折算盈余綠證折算為碳配額可再生能源出力及實(shí)際Q初始實(shí)際碳排放初始碳初始碳“綠碳”綜合能源系統(tǒng)框架*GREEN-CARBON*INTEGRATEDENERGY口冷熱電聯(lián)產(chǎn)模型(CCHP)能源轉(zhuǎn)化與存儲(chǔ)層□電冷水機(jī)模型(EC)口電轉(zhuǎn)氣模型(P2G)P=np“綠碳”綜合能源系統(tǒng)框架*GREEN-CARBON*INTEGRATEDENERGY口能源存儲(chǔ)系統(tǒng)(ESS)考慮蓄電池、儲(chǔ)熱罐、儲(chǔ)氫罐3種能源存儲(chǔ)裝置，并采用燃燒后捕集系統(tǒng)，用于捕集CCHP系統(tǒng)和GB中天然氣燃燒所產(chǎn)生的CO?。所捕集的CO?一部分輸送至Q?=μHQ?=μH能源輸出層能源輸出層*GREEN-CARBON*INTEGRATEDENERGY能源輸出層中，用戶能耗受IES運(yùn)營商制定的能源價(jià)格影響，形成價(jià)格型綜合需求響應(yīng)。口彈性負(fù)荷□可中斷負(fù)荷UniversityofHongKong,Shenzhen,China2ShenzhenResearchInstituteofBigDat3SchoolofElectricalandEleNanyangTechnologicalUniversity,Singapore,*ShenzhenInstituteofArtificRobotiesforSociety,Shecostsandreducepowersystemeontheaccuracyofthecarboearfunctionoftheoutputpower.However,thereisasignificantdeviationbetweentheandfocusesontheunit-levelDEF(UDEF).Thepiecewisenon-linearUDEF(P-UDEF)modelisthenproposed,whThenanaccuratepiecewiselinearcostapproximationmeththesegmentpointsandextremepointsofbothP-UDEFandgeneratinomicemissiondispatch(CEED),andthereductionpotentiemissionsbyconsiderinemissionestimation,thermalgeneratingunits●●交易框架●能源用戶效益分析博弈的IES交易方法●案例綜合能源運(yùn)營商效益分析●約束條件能源價(jià)格能源消耗能源價(jià)格能源消耗口定價(jià)階段口定量階段需求需求領(lǐng)導(dǎo)者：綜合能源系統(tǒng)運(yùn)營商博弈跟隨者：能源用戶IESIES運(yùn)營商效益模型*GREEN-CARBON*INTEGRATEDENERGYIES運(yùn)營商作為Stackelberg博弈的領(lǐng)導(dǎo)者，具有優(yōu)先定價(jià)權(quán)，能夠基于用戶能耗及綠證、碳排放需求制定合理的能源價(jià)格，以獲得最大系統(tǒng)收益，主要包括供能收益、外部電網(wǎng)及天然氣網(wǎng)交易成本、運(yùn)維成本、碳交易成本、綠證交易收益?？贗ES運(yùn)營商目標(biāo)函數(shù)I?=Lc;+Lc?+LcE2+L;c;●外部電網(wǎng)及天然氣網(wǎng)交易成本“綠碳”綜合能源系統(tǒng)框架“綠碳”綜合能源系統(tǒng)框架用戶效益模型用戶效益模型*GREEN-CARBON*INTEGRATEDENERGYSYSTEM能源用戶作為Stackelberg博弈的跟隨者，能夠基于IES運(yùn)營商制定的能源價(jià)格優(yōu)化自身的能耗功率，其目的是最大化消費(fèi)者剩余，即消費(fèi)者的意愿消費(fèi)價(jià)格與實(shí)際消費(fèi)成消費(fèi)者剩余越大，表示用戶能耗滿意度越高，這里采用消費(fèi)效用函數(shù)和能耗成本口能源用戶目標(biāo)函數(shù)●能源用戶消費(fèi)效用函數(shù)“綠碳”綜合能源系統(tǒng)框架“綠碳”綜合能源系統(tǒng)框架其他約束條件其他約束條件*GREEN-CARBON"INTEGRATEDENERGYS口定價(jià)約束口交換功率約束口能源供需平衡約束口天然氣流平衡約束口碳排放流平衡約束。其他約束條件其他約束條件*GREEN-CARBON*INTEGRATEDENERGY口HFC運(yùn)行功率約束口ESS荷電狀態(tài)約束其中，k是充放能狀態(tài)標(biāo)記系數(shù)，為0-1變量，取1時(shí)為充能，0時(shí)為放能。由于ESS充放能不能同時(shí)進(jìn)行，APSS≤PS-P■■■求解方法該方法可自主設(shè)置求解流程，但求解過程復(fù)雜，迭代次數(shù)多，求解時(shí)間較長?！窭肒KT條件變換或?qū)ε祭碚搶?fù)雜的多目標(biāo)問題轉(zhuǎn)換為易于求解的單目標(biāo)問題該方法用戶的效益成為了次要目標(biāo)，脫離了交互博弈的本質(zhì)。該方法能夠加快迭代收斂速度，但容易陷入局部最優(yōu)解。該方可以擺脫傳統(tǒng)優(yōu)化模型線性化的復(fù)雜操作，既能有效簡化計(jì)算，縮短求解時(shí)間，又能避免陷入局部最優(yōu)的問題。======================================本文提出一種改進(jìn)自適應(yīng)災(zāi)變遺傳算法(adaptivecatastrophic領(lǐng)導(dǎo)者模型為非線性優(yōu)化問題，采用ACGA求解。通過引入災(zāi)變算子，可有效避免傳統(tǒng)遺傳算法發(fā)生早熟陷入局部最優(yōu)解的問題，設(shè)置自適應(yīng)災(zāi)變規(guī)模可有效降低求解復(fù)雜度，減少求解迭代次數(shù)。跟隨者模型為混合整數(shù)二次規(guī)劃(MIQP)問題，采用CPLEX求解。證解求約京條件者例苔UU1區(qū)選置院智格定價(jià)疏出代化接周素優(yōu)“珠稱”克操量能康用戶意優(yōu)能料通用戶消費(fèi)春劑余兼大化能稅政本風(fēng)光出力E5營度收查票大化防排板算求參意設(shè)置優(yōu)化制事參數(shù)輸入圖5Stackelberg博弈優(yōu)化流程圖PromotionalArticleaddedbytheECE,notincludedAccepted:23January2國網(wǎng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院有限公司ORIGINALRESEARCH1SchoolofAutomation,HangzhoDenmark,Kgs,Lyngby,DeUniversity,Perth,AustrFlexiblecombinedcooling,heating,andpower(CCHP)systemsareeffectiveandheating,andalsoprovidecoolingduringexpansionundercertainTheAA-CAESsystemisinfuencesthecoolingsupply.Subsequently,thecooling,heating,anumericalresultsdemonstratethattheparticipationofAA-CAESinCCHPdispatchcancurtailWPGandreduceoperationcosts.Theeconomicsofthedifferenadvancedadiabaticcompressedairenergystintegratedenergysystem,win■■算例分析●參數(shù)設(shè)置●仿真結(jié)果分析算例分析算例分析算例分析分時(shí)電價(jià)(元/kW)上網(wǎng)電價(jià)(元/kW)(元/m3)階梯碳價(jià)c=0.2元/kg成本系數(shù)k?=0.0207元/kg仿真分析仿真分析時(shí)#()口IES運(yùn)營商智能定價(jià)策略分析●電價(jià)在18:00-20:00負(fù)荷“峰值”●在10:00-14:00負(fù)荷“峰值”時(shí)，光伏發(fā)電量大、能源供應(yīng)充足，用戶需求響應(yīng)“削峰”效果明顯，同時(shí)有盈余電能向外部電網(wǎng)出售，因此該時(shí)段峰時(shí)電價(jià)明●在3:00-7:00時(shí)段受熱負(fù)荷供應(yīng)及CCHP出力影響，使該時(shí)段電價(jià)●由于夏季電負(fù)荷略高于溫和季、冬季電負(fù)荷略低于溫和季，故夏季的平均電價(jià)略高于溫和季，冬算例分析算例分析線主要呈現(xiàn)“削峰填谷”的●在IDR前后，負(fù)荷曲線趨勢電●在負(fù)荷峰值時(shí)大量彈性負(fù)荷轉(zhuǎn)移至谷時(shí)，多個(gè)時(shí)段存在可中斷負(fù)荷的削減，致使電圖8能源用戶需求響應(yīng)情況算例分析算例分析表4不同案例設(shè)置1√√√√√√2x√√√√√3√X√√√√4√√X√√√5√√√××x6xxxxxx●Case2未考慮IDR,假設(shè)能源用戶均不隨能●Case3未考慮IES運(yùn)營商與能源用戶間的Stackelberg博弈，IES無法智能定價(jià)，能源用●Case5未考慮CET、GCT市場以及“綠碳”算例分析圖9電負(fù)荷供需情況●從整體來看，電能主要由光伏、風(fēng)電及CCHP系統(tǒng)供應(yīng)，外部電網(wǎng)、HFC以及蓄電池主要起輔助供應(yīng)作用?！裼捎跉湄?fù)荷及HFC的氫能供應(yīng)主要由P2G設(shè)備提供，因此電能的消耗主要為P2G設(shè)備，EC和CCUS設(shè)備的運(yùn)行僅消耗少量的電能。算例分析圖10熱負(fù)荷供需情況●熱能主要由CCHP、GB及HFC供應(yīng)，雖然GB和HFC的制熱效率更高，但為滿足電能供應(yīng)，減少外部電網(wǎng)購電成本，故CCHP的供熱占比更高。HFC的運(yùn)行受P2G氫能供應(yīng)的影響，導(dǎo)致HFC供熱占比較低于CCHP和GB。Received:5May2022|Revised:28January2023Accepted:hhsngfahWILEY1MINESParis-PSL,Centre2HES-SOValais-Wallisfortheoperationalconstraintsofthedistributransformers'ratings)andtherechargingtimesoftheEVs.I仿真分析仿真分析●結(jié)合圖11可知，氫負(fù)荷均由P2G出力相對(duì)較高。儲(chǔ)氫罐同樣通過“低充高放”調(diào)節(jié)各時(shí)冷效率高于AC,因此冷負(fù)荷主算例分析算例分析電價(jià)電價(jià)MccccCmlCm2CmlCm2]Cma3Cna4CansCaia6N00圖16IES運(yùn)營商經(jīng)濟(jì)效益圖17能源用戶的消費(fèi)者剩余本文所提出的方法能夠顯著降低購氣n00算例分析備圖20不同基礎(chǔ)綠證交易價(jià)格和基礎(chǔ)碳交易價(jià)格下IES的碳交易成本圖21不同基礎(chǔ)綠證交易價(jià)格和基礎(chǔ)碳交易價(jià)格下IES的綠證交易收益■■■■■總結(jié)總結(jié)與展望總結(jié)□“綠碳”抵消機(jī)制可以有效降低系統(tǒng)排放成本。如果IES同時(shí)參與CET、GCT市場和綠碳抵消機(jī)制，碳排放成本將降低48.40%,GCT的收入僅減少7.25%?？赟tackelberg博弈和IDR機(jī)制可實(shí)現(xiàn)IES運(yùn)營商的利益和用戶用能滿意度之間的平衡，可以激勵(lì)運(yùn)營商管理能源供應(yīng)，并通過動(dòng)態(tài)定價(jià)改變能源用戶的消費(fèi)行為?？诨贑CUS技術(shù)和P2G設(shè)備，可以捕獲二氧化碳并將其轉(zhuǎn)化為CH?,大大減少了IES的碳排放。更多的TGC可以被出售，而不是用于抵消系統(tǒng)的碳排放?？诜治隽恕熬G碳”抵消機(jī)制的關(guān)鍵參數(shù)。如果CET和GCT的價(jià)格過高或過低，系統(tǒng)的碳排放量均無法有效減少。展望總結(jié)與展望展望能源共享、碳轉(zhuǎn)移、綠證市場等新型IES運(yùn)行模型是未來可考慮關(guān)鍵市場機(jī)制?？诙嗑W(wǎng)耦合方面：電網(wǎng)、天然氣網(wǎng)等能源網(wǎng)絡(luò)與交通網(wǎng)耦合是未來的發(fā)展趨勢。結(jié)合實(shí)際交通網(wǎng)對(duì)綜合能源汽車等綜合能源進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度，有利于能源網(wǎng)絡(luò)間的協(xié)