低碳经济

双碳目标下，多能耦合协同运行的虚拟电厂（virtual power plant，VPP）能够有效提升系统经济效益。为降低VPP碳排放量，同时挖掘其需求侧可调节潜力，提出一种考虑阶梯碳交易及综合需求响应的虚拟电厂优化调度模型。首先，基于阶梯式碳交易机制，考虑虚拟电厂各组成元件约束，建立参与碳交易市场的虚拟电厂模型；其次，将需求响应分为价格型需求响应和替代性需求响应，分别构建响应模型；最后，考虑购能成本、系统运营成本和阶梯式碳交易成本，以VPP在调度周期内收益最大为目标函数建立虚拟电厂低碳经济运行模型，并通过算例仿真验证所提模型的有效性。

围绕“碳达峰、碳中和”目标，能源电力系统“源-网-荷-储”全环节低碳化面临新的要求和挑战，高比例可再生能源发电已成为必然趋势。考虑可再生能源发电的不确定性对电力系统安全稳定运行的影响，利用具备多能互补特性的虚拟电厂(virtual power plant，VPP)是改善该问题的有效途径。为此，提出一种多能互补虚拟电厂优化调度策略。首先，充分考虑多种能源之间的耦合关系，构建计及“源-网-荷-储”全环节的虚拟电厂运行机制；其次，根据所提运行机制，提出以低碳经济为目标的多能互补优化调度模型，通过对各类型装置进行协调调度，促进可再生能源的消纳；最后，以某地区含可再生能源发电在内的多能互补虚拟电厂为参考案例进行仿真分析，验证所提策略的有效性。

国家能源集团当前存在较多问题，具有极大智能化、低碳绿色建设需求。会议室使用不规范；视频监控系统较为陈旧，部分仍为模拟信号摄像头，且在线率不高，视频实时调取速度较慢；门禁系统、停车场管理、及在用信息系统存在较多问题，功能性低；工程管理及设备巡查消耗大量人力物力，仍存在部分安全隐患等，智能化程度低，建设迫在眉睫，为达成“一集中、三提升”的管理建设目标，实现绿色低碳产业发展，我司为集团北京昌平中心打造智能化管理的后勤服务建设，以实现能源、人力等有效利用，实现绿色低碳经济体系。项目将智慧后勤服务集中运营管控中心作为业务的发起点和核心，数字融合平台和N个应用为技术支撑，建立智慧后勤服务体系，以智慧信息部为集中运营管控中心的运营和维护部门，实现由线下到线上的业务、运营模式的改变、人员配置的改变、无纸化的业务流程的改变，达到管理扁平化、高效化以及减员增效资源合理配置的目标，从根本上优化组织架构，提升园区运营服务品质，实现后勤智慧化管理的转型升级。

针对气电综合能源系统低碳调度问题，气网混氢、碳捕集、电转气均是有效的技术手段，同时碳交易机制也是控制碳排放的有效经济手段。因此，本文构建了含富液罐和贫液罐的碳捕集电厂模型，结合电转甲烷技术模型，灵活回收利用系统中的CO2；同时，构建了气网混氢技术模型提高能效，并考虑气网混氢时节点热值变化约束，以奖励式碳交易成本和运行成本之和为目标函数；最后基于改进的比利时20节点天然气系统和IEEE 39节点电力系统模型开展算例测试，结果显示综合考虑碳捕集、气网混氢和奖励式碳交易机制能提高系统低碳经济调度水平，同时调节碳价和奖励系数能灵活调节系统碳排放水平。

随着可再生能源渗透率的提升，其不确定性给综合能源系统(integrated energy system, IES)的经济性和鲁棒性带来了极大挑战。为了促进可再生能源消纳以及降低碳排放量，提出了一种基于数据驱动的分布鲁棒优化(distributionally robust optimization, DRO)调度策略。首先，构建了由有机朗肯循环(organic Rankine cycle, ORC)、氢燃料电池和电动汽车等构成的供需灵活响应模型，并引入阶梯碳交易机制来约束系统碳排放量。其次，为了能获取最恶劣情况下的场景概率分布，采用综合范数对风电输出场景的概率分布置信集合进行约束。然后，以在最恶劣场景概率分布下综合能源系统运行总成本最低为目标建立两阶段鲁棒优化模型，并通过列和约束生成(column and constraint generation, CCG)算法对模型进行迭代求解。最后，算例仿真结果表明了所提模型和求解方法的有效性，并分析了阶梯碳交易机制和供需灵活响应模型对提高系统灵活性和低碳经济性的影响。

本项目属于电力系统运行与控制领域，涉及电力系统、计算机和通信等专业，由科研、制造、运行等单位联合参与攻关。 依托系列科技项目，历时7年，产学研协同攻关，以提升高密度负荷城市电网低碳经济性安全稳定运行为目标，从低碳经济调度、在线预警与辅助决策、安全稳定所需精准负荷控制等方面开展了输-配-用协同优化控制研究，研发系统和设备均实际工程应用。主要创新点: ①提出了覆盖发-输-配-用的城市电网碳-能复合流最优潮流模型及均衡迁移学习求解方法，实现了计及多类柔性负荷参与输-配-用的多时间尺度协同调度决策。②提出了基于多源数据智能挖掘技术的细分行业负荷调节特性在线识别方法，实现了稳控系统运行状态快速分析统计和电网安全稳定在线预警分析与辅助决策，研发了计及智能负载的多维度精准负荷控制技术。③提出了基于异构多模实时通信网络的输-配-用协同控制系统架构，研发了覆盖输-配-用异速多类型通信接口的自适应保全映射技术，开发了电网输-配-用协同优化控制成套装备和系统。 授权专利20项、软著10项，实审专利6项，发表论文73篇(英文SCI 期刊35篇，中文EI 期刊24篇)。项目成果有效促进清洁能源全额消纳、经济调度效益明显，有效降低电网侧日均碳排放，降低发用电企业成本；有效提升了电网安全稳定运行水平，助力深圳供电局成为南网连续多年唯一未发生电力安全三级及以上事件省级公司，有力促进供电可靠性大幅提升；大幅提升安全稳定控制精准度和响应速度。鉴定委员会一致认为该成果整体处于国际领先水平，有效促进了高密度负荷城市电网输-配-用系统调控技术发展，具有广阔的推广应用前景。

当前，全球正面临以变暖为主要特征的气候变化，这已是世界各国共同面临的危机和挑战。在全球气候变化的背景下，低污染、低能耗的低碳经济转型已经成为世界经济发展的趋势。2020年9月，第75届联合国大会的召开，各国领导人在共同应对全球气候变化愈发严峻的情况下形成了统一战线。国家主席习近平在大会上也做出明确的阐述，中国作为最大的发展中国家，将会极力推动绿色低碳产业的大力发展，以提高国家的自主贡献率，争取2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和的长远战略发展目标。目前各国将低碳行动集中在城市，忽视了乡村的减排。相比于城市，乡村拥有更为广阔的增加碳汇、减少碳排放的空间。因此，从乡村入手，使其走上低碳发展之路，不仅是应对气候变化的一种行之有效的方案，更是构建低碳社会的战略举措。考虑到不同地区的资源禀赋、农村用能方式、经济发展水平、可再生能源推广基础等影响因素，本项目围绕农村能源消费，根据我国气候地理条件，从全国不同地区选取具有代表性的十个村庄进行调查研究，研究提出低碳村庄指标体系，并利用该体系对村庄试点建设效果展开评价并进行分析总结。关注新型能源的引入给村庄带来的变化，结合当下社会各界对低碳生活方式的呼吁，对乡村适宜的低碳化路径进行思考和总结，提出经验模式，这将对推进我国低碳村庄的发展具有极大的现实意义。

针对煤矿开采过程中碳排放量高以及乏风、瓦斯、矿井涌水等伴生能源得不到及时有效利用的问题，提出一种低碳经济运行的矿区综合能源系统(coal mine integrated energy system, CMIES)。首先，为使矿区伴生能源得到充分利用，搭建了一个包含燃气轮机、乏风氧化发电单元、水源热泵等设备的CMIES模型。其次，为降低矿区碳排放量，在CMIES中加入光伏、风电、电转气与氢燃料电池等设备。同时，引入阶梯式碳交易机制与绿色证书交易机制(green certificate trading, GCT)，通过“双机制”模型来约束系统碳排放、激励新能源设备出力。最后，调用CPLEX商业求解器，以购能成本、新能源设备运行成本、碳排放成本最小为目标函数进行求解。结果表明：优化后的CMIES碳排放量显著降低，运行成本大幅减少。

为提升综合能源系统（integrated energy system，IES）的可再生能源消纳以及低碳经济效益，提出含电转气（power-to-gas，P2G）和碳捕集（carbon capture system，CCS）耦合的综合能源系统多时间尺度优化调度模型。首先，建立基于阶梯型碳交易机制的含P2G和CCS耦合模型，并构建多能量转换设备和储能设备组成的电-热-冷综合能源系统；其次，基于多时间尺度的优化调度策略，以购能成本、运维成本、碳交易成本、弃风光成本为目标函数建立日前-日内滚动-实时调整3个阶段的优化调度模型；最后，以四川某工业园区为例进行仿真，结果证明本文提出的模型有效提高了综合能源系统的低碳经济效益、能源利用率和系统稳定性。

随着配电网拓扑结构的复杂程度提高，针对高比例可再生能源出力预测误差会导致配电网优化调度决策的准确性下降的问题，提出考虑分级重构方法的配电网安全低碳两阶段优化方法。首先，分析了配电网两类分级开关的影响程度和两阶段运行优化框架。其次，提出了配电网日前-日内两阶段优化方法，通过协调分级开关动作、储能系统、工业负荷需求响应等手段实现配电网最优化运行。然后，考虑到光伏出力在不同时间尺度上预测误差，分别构建了以低碳性为目标的日前全局低碳经济调度模型及以安全性为目标的日内滚动安全经济调度模型。最后，算例验证了所提模型能够在光伏高比例渗透背景下，有效支撑复杂配电网安全低碳运行。