阶梯式碳交易与电制氢优化综合能源系统的研究

资源摘要信息: "考虑阶梯式碳交易机制与电制氢的综合能源系统热电优化" 在"双碳"（即碳达峰和碳中和）目标的背景下，研究者提出了一种旨在提高能源利用率、优化设备运行灵活性，并降低综合能源系统（Integrated Energy System, IES）碳排放水平的低碳经济运行策略。该策略的核心在于将IES与碳交易市场相结合，并引入阶梯式碳交易机制来引导IES控制碳排放。同时，对电转气（Power to Gas, P2G）技术的两阶段运行过程进行细化，并使用电解槽、甲烷反应器、氢燃料电池（Hydrogen Fuel Cell, HFC）等技术替代传统P2G技术，以研究氢能的多方面效益。 研究中提出了一个热电比可调的热电联产运行策略和HFC运行策略，这些策略旨在进一步提高IES的低碳性与经济性。基于所构建的低碳经济运行目标，即购能成本、碳排放成本、弃风成本最小化，将原问题转化为混合整数线性问题，并采用CPLEX商业求解器进行求解。通过设置多个运行情景，对比验证了所提策略的有效性。 关键词涉及的领域包括氢能、阶梯式碳交易机制、热电比可调、综合能源系统以及低碳经济。这些关键词揭示了研究的核心议题和相关的技术方向。 知识点详细说明： 1. 双碳目标：指中国提出的碳达峰（即二氧化碳排放达到峰值）和碳中和（即通过种植森林、节能减排等手段，实现吸收的二氧化碳与排放的二氧化碳达到平衡）目标，这要求各行业必须采取行动，减少温室气体排放。 2. 阶梯式碳交易机制：这是一种市场化的碳排放管理手段，通过设定不同级别的碳排放限额和相应价格，激励企业减少碳排放。在该机制中，排放量越高，需要支付的碳税或碳交易费用也越高，从而推动企业优化生产过程，减少能耗和排放。 3. 电转气（P2G）技术：P2G是一种将多余的电力转化为气体能源（如氢气或甲烷）的技术，可以用来存储或输送能源。通过这种方式，可以有效平衡电网负荷，提高可再生能源利用率。 4. 氢能：氢能作为一种清洁能源，其燃烧或通过燃料电池发电时只产生水和热，几乎无碳排放。氢燃料电池（HFC）是一种高效清洁的电化学能量转换装置，可以将氢气和氧气直接转化为电能和水。 5. 热电比可调的热电联产：热电联产是一种利用同一能源同时产生电能和热能的系统。热电比可调意味着该系统可以灵活调节热能和电能的产量比例，以适应不同的能源需求和运行条件，提高系统整体效率。 6. 混合整数线性问题（MILP）：一种数学优化问题，通常用于建模和解决工业和商业中的优化问题。在本研究中，将IES的低碳经济运行目标转化为MILP问题，以寻找最优的运行策略。 7. CPLEX商业求解器：一种高效的数学规划求解器，广泛应用于工业界和学术界，能够处理线性规划、整数规划以及混合整数规划问题。通过使用CPLEX，可以对上述MILP问题进行有效求解。 8. 购能成本、碳排放成本、弃风成本：购能成本指购买电力资源的费用，碳排放成本指因碳排放而产生的环境成本，而弃风成本是指由于风能等可再生能源发电能力过剩而无法并网，导致能源浪费的经济损失。降低这些成本是优化IES运行策略的关键因素。 研究的背景和目的清楚地指向了实现低碳经济和提高能源效率的方向，将理论与实践相结合，提出了创新性的技术策略和优化方法，对于综合能源系统的未来发展具有重要的指导意义。