摘要
发展并高效利用清洁能源是实现“双碳”战略目标、解决能源危机和环境污染问题的关键途径。以风能为代表的新能源发展规模不断扩大，加速了能源的绿色低碳转型。新能源替代常规能源过程中，涉及不同能源协调运行。综合能源系统可实现各类能源的梯级利用，具有广阔的应用前景。 风机出力固有的随机性与反调峰特性导致其无法被完全消纳。将电制氢技术应用于综合能源系统是缓解弃风问题的有效手段。在低碳发展需求趋势下，氢能的广泛使用可以提高新能源的利用率，减少对化石能源的依赖。基于上述背景，本文以含电制氢的综合能源系统为研究对象，考虑氢能的多模式利用，兼顾系统的运行经济性和环境友好性，研究综合能源系统的优化调度策略，并分析阶梯式碳交易机制、多重不确定性对综合能源系统调度的影响。主要研究内容如下： 首先，设计了含电制氢的综合能源系统框架。从发电子系统、供热子系统、制冷子系统和储能子系统入手，采用母线式建模理论，建立了风机、燃气轮机、燃气锅炉等各个设备的数学模型，详细阐述了氢能利用的3种具体模式，即储氢、氢气甲烷化以及氢燃料电池热电联产，明确了氢、电、热、气四种能源耦合路线，建立了考虑电制氢多模式利用的综合能源系统优化调度模型。仿真结果表明，与传统优化调度模型相比，系统能源利用率提高了13.7%，为后续研究综合能源系统的调度奠定了基础。 然后，引入了阶梯式碳交易机制，提出了兼顾能源消纳、低碳、经济的含电制氢综合能源系统优化调度模型。考虑到碳交易机制可激发能源企业自主减排，建立阶梯式碳交易机制模型，分析了碳交易基价、阶梯区间长度和价格增长幅度对系统碳交易成本和碳排放的影响。考虑阶梯式碳交易机制的综合能源系统优化调度模型算例分析结果显示，系统碳排放量减少了74.7kg，且设置合理的碳交易基价、区间长度和价格增长率能够充分发挥阶梯式碳交易机制的作用，达到减排目的。 最后，计及风电、各类负荷出力以及碳交易基价的不确定性，提出了基于模糊机会约束的综合能源系统优化调度方法。将三个不确定因素视为模糊变量，采用鲸鱼算法优化后的三角形模糊隶属度函数来表示，再将模糊机会约束通过清晰等价类形式的处理方法转换成等效的确定性模型，从而求解多重不确定性下的综合能源系统优化调度策略。算例仿真结果表明，不确定因素给系统运行带来了负面影响，系统的能源利用率下降了12.1%，碳排放量增长了85.6%。日前调度与中期调度相比，调度时间尺度的延长可以有效降低负面影响。另外，设置合适的置信水平可以实现系统运行经济性、风险和碳排放之间的权衡。
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