摘要
气候变化和资源紧缺已成为人类面临的全球性挑战，推动能源清洁低碳高效利用是实现“双碳”目标的重要抓手。综合能源系统通过整合多个异构能源子系统满足多元化用能需求，能有效提升能源利用效率和碳减排量，是未来能源改革与发展的重要方向。本研究针对现有综合能源系统在碳排放量计算中未能充分考虑碳排放因子随时间和空间动态变化的问题，提出将碳排放流分析方法应用于综合能源系统之中。本文旨在探索该方法的适用性，并建立考虑多能源种类和多时间尺度的碳排放分析模型，对综合能源系统进行既考虑经济性、能效，又兼顾环境性的多目标优化，为更精确测算系统各环节碳排放量、明晰碳排放责任及实现多主体能源高效互补出力提供重要借鉴。此外，通过仿真模拟验证了模型的有效性。本研究主要内容如下: (1)提出多种能源协同交互的碳排放流分析模型。将电力系统碳排放流分析方法引入综合能源系统，建立以多种能源功率追踪为基础的碳排放虚拟等效网络流,有效追溯系统碳排放责任至负荷侧;考虑到不同能源设施的爬坡效率特性，利用电、热、冷的储能设备及购气策略以补偿或储存功率误差，提出多种能源协同交互的碳排放流分析模型。这一模型旨在更精确地计算综合能源系统的碳排放量，以及合理分摊碳排放责任，为综合能源系统多目标优化提供碳排放的基础计量数据。 (2)构建基于碳排放流分析的综合能源系统多目标运行优化模型及求解算法。首先，分析综合能源系统内部各异构能源子系统协同运行的约束条件，明确以能源枢纽为中心的能源供需实时平衡约束方程;其次，以综合能源系统碳排放流分析为基础，构建综合考虑经济、能源?效率及环境效益的多目标优化模型;然后，通过对多目标粒子群优化算法中的惯性权重与学习因子进行动态调控，增加扰动项等操作，提出旨在提高搜索效率和收敛速度的求解算法;最后，通过测试函数运行效果对比，验证所提算法在能源设备运行调度与决策优化方面的优越性能。 (3)通过多场景仿真模拟和对比分析，验证所提改进模型及算法的有效性和优越性。对所研究综合能源系统的机组参数及其运行场景进行设定，经过三种场景仿真结果对比分析，结果表明基于多能源协同交互碳排放流分析模型的综合能源系统相较基于碳排放流分析模型的综合能源系统在运行成本上降低2.15％，整体?效率提升0.67％，碳排放总量减少2.19％,碳交易成本降低5.14％;相较传统综合能源系统在运行成本上降低0.58％,整体?效率提升4.09％,碳排放总量减少21.73％,碳交易成本降低26.24％,验证了所提改进模型在保证系统的运行经济性下有效促进整体碳减排和能源高效利用。
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