翁格平，任嬌蓉，姚 艷，王 亮，黃 芳

（國網(wǎng)浙江省電力有限公司寧波供電公司，浙江 寧波 315100）

0 引言

在全球環(huán)境變暖及能源危機(jī)日益嚴(yán)重的背景下，我國于2020年9月提出“2030碳達(dá)峰、2060碳中和”的雙碳目標(biāo)［1-2］。目前我國能源結(jié)構(gòu)仍以化石能源為主導(dǎo)，風(fēng)電光伏等新能源占比較小，能源行業(yè)碳排放占我國總體碳排放量比重較大。因此充分挖掘能源行業(yè)的碳減排能力，對于我國雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有重要意義。

具有多能耦合互補(bǔ)、能源轉(zhuǎn)換形式多樣等優(yōu)勢的綜合能源系統(tǒng)是能源行業(yè)低碳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要解決方案之一［3-5］?，F(xiàn)有綜合能源系統(tǒng)低碳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的研究，大多是從提高新能源消納水平［6-7］、高碳機(jī)組低碳化改造［8］、碳交易市場與能量市場的交互［9-10］等角度出發(fā)的。

從提高新能源消納水平角度出發(fā)，降低火電機(jī)組與高碳機(jī)組出力，從而可達(dá)到低碳運(yùn)行的目標(biāo)。文獻(xiàn)［11］以碳排放最少、風(fēng)電消納水平最高、系統(tǒng)運(yùn)行成本最低為目標(biāo)，采用蓄熱式電采暖消納富余風(fēng)電，有效降低了系統(tǒng)碳排放總量。文獻(xiàn)［12］考慮了機(jī)組層面碳排放約束對綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化，研究結(jié)果表明考慮碳排放約束與需求響應(yīng)能夠在一定程度上改善風(fēng)電棄風(fēng)現(xiàn)象，并有效降低系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的二氧化碳。文獻(xiàn)［13］在某區(qū)域綜合能源系統(tǒng)中引入地源熱泵與需求響應(yīng)，對綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行成本及環(huán)境成本等目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，在提高風(fēng)電消納水平的同時(shí)，降低了系統(tǒng)二氧化碳、二氧化硫等污染物排放量。

上述研究中，機(jī)組層面的碳排放特性被建模為定值［14］，實(shí)際上機(jī)組碳排放量會因機(jī)組運(yùn)行工況、能源占比的不同而變化。所采用的度電碳排放因子應(yīng)是時(shí)變曲線，反應(yīng)能源占比的變化以及運(yùn)行工況的變化［15］。此外，上述研究只考慮了常規(guī)發(fā)電機(jī)組如火電、熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組在發(fā)電過程中的碳排放，沒有考慮到聯(lián)絡(luò)線功能及儲能裝置在充放電過程中的等效碳排放。

從高碳機(jī)組低碳化改造的角度出發(fā)，對高碳機(jī)組以及火電機(jī)組裝設(shè)碳捕集裝置，減少直接排放到空氣中的二氧化碳量。文獻(xiàn)［16］構(gòu)建靈活捕獲運(yùn)行模式調(diào)節(jié)的碳捕集電廠與需求響應(yīng)協(xié)同優(yōu)化模型，利用碳捕集設(shè)備捕碳能力的同時(shí)，采用需求響應(yīng)改善了用能曲線。文獻(xiàn)［17］采用碳捕集技術(shù)中的富養(yǎng)燃燒技術(shù)對燃煤機(jī)組進(jìn)行低碳化改造，仿真結(jié)果表明，富氧燃燒技術(shù)減碳能力優(yōu)于傳統(tǒng)燃燒后捕集的碳捕集電廠。文獻(xiàn)［18］提出一種計(jì)及儲熱裝置與碳捕集電廠的電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度模型，仿真結(jié)果表明碳捕集裝置在大幅降低碳排放的同時(shí)犧牲了一定的經(jīng)濟(jì)性。

上述研究需要在機(jī)組層面進(jìn)行設(shè)備改造，但碳捕集設(shè)備的投資改造及維修費(fèi)用較大，其在運(yùn)行過程中的能耗也相對較高，目前經(jīng)濟(jì)性較差。

從碳交易市場與能量市場交互的角度出發(fā)，可利用固定碳交易價(jià)格、階梯型碳交易機(jī)制來約束高碳機(jī)組出力，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)低碳運(yùn)行的目標(biāo)。文獻(xiàn)［19］構(gòu)建了碳交易機(jī)制下的多主體均衡競價(jià)策略模型，在充分調(diào)動供能主體供能可靠性與積極性的同時(shí)，控制各供能主體的碳排放水平。文獻(xiàn)［20］分析電力、天然氣與碳排放市場的交互作用，通過市場手段調(diào)控不同能源交易方式，從而達(dá)到碳減排效果。文獻(xiàn)［21］為應(yīng)對城市碳排放量與廢物處理的需求，提出了基于階梯碳交易機(jī)制的含廢物處理的城市綜合能源系統(tǒng)低碳經(jīng)濟(jì)模型。

上述研究從市場角度出發(fā)對源側(cè)機(jī)組層面的碳排放特性進(jìn)行優(yōu)化，并沒有考慮到荷側(cè)可調(diào)度資源的低碳特性。荷側(cè)可調(diào)度資源在電碳因子曲線的引導(dǎo)下同樣可以響應(yīng)調(diào)度需求，能夠?qū)崿F(xiàn)綜合能源系統(tǒng)低碳與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的協(xié)調(diào)優(yōu)化［22］。

綜上，本文提出一種考慮時(shí)變電碳因子的園區(qū)綜合能源系統(tǒng)低碳經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型。首先，在時(shí)變電碳因子曲線的基礎(chǔ)上，對源側(cè)機(jī)組、儲能裝置、聯(lián)絡(luò)線碳排特性進(jìn)行建模；荷側(cè)利用可調(diào)度資源的削減轉(zhuǎn)移用能，構(gòu)建低碳環(huán)境下需求響應(yīng)模型。最后，構(gòu)建考慮時(shí)變電碳因子的綜合能源系統(tǒng)低碳經(jīng)濟(jì)模型，在減少碳排放的同時(shí)，提高園區(qū)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

1 低碳環(huán)境下綜合能源系統(tǒng)架構(gòu)

本節(jié)以浙江地區(qū)某園區(qū)型綜合能源系統(tǒng)為例進(jìn)行分析，系統(tǒng)架構(gòu)如圖1 所示，其中CHP 為熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組。能源供給機(jī)組包括分布式風(fēng)電、分布式光伏、聯(lián)絡(luò)線輸送功率以及本地火電機(jī)組；多能耦合機(jī)組包括電轉(zhuǎn)氣、電制冷機(jī)、熱電聯(lián)供等機(jī)組；負(fù)荷側(cè)以園區(qū)內(nèi)部企業(yè)負(fù)荷為主。碳能流線條的粗細(xì)代表了能源在生產(chǎn)轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生的二氧化碳的數(shù)量多少。

1.1 電碳因子曲線

目前電力系統(tǒng)全環(huán)節(jié)碳排放計(jì)量與分析的現(xiàn)狀為主要關(guān)注與發(fā)電側(cè)碳計(jì)量，且是簡單的非時(shí)變的固定碳排放系數(shù)。但發(fā)電側(cè)各類發(fā)電機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行工況并非時(shí)時(shí)處于額定運(yùn)行狀態(tài)，因此每一時(shí)段產(chǎn)生的二氧化碳量應(yīng)是時(shí)變曲線，傳統(tǒng)的平均電碳因子無法滿足降碳新要求，且無法體現(xiàn)時(shí)空特性。同時(shí)，上級電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率中的碳計(jì)量應(yīng)考慮在低碳模型中。園區(qū)時(shí)變電碳因子則是在聯(lián)絡(luò)線中火電占比及相應(yīng)碳排放數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)而耦合園區(qū)內(nèi)發(fā)電機(jī)組出力得到的。

園區(qū)時(shí)變電碳因子數(shù)值的高低表征火電出力占比，當(dāng)火電占比較高時(shí)，產(chǎn)生較多的二氧化碳，對應(yīng)電碳因子數(shù)值較高。因此，本文構(gòu)建了考慮聯(lián)絡(luò)線碳排放的園區(qū)內(nèi)時(shí)變電碳因子曲線模型如圖2所示。

圖2 時(shí)變電碳因子曲線

1.2 計(jì)及碳排放特性的熱電聯(lián)供建模

本文所采用的熱電聯(lián)供由燃?xì)廨啓C(jī)及余熱鍋爐組成，計(jì)及其碳排放特性的熱電聯(lián)供模型可表示為：

式中：FCHP，CO2（t）為熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組碳排放量；PGT，e（t）和PGT，h（t）分別為t時(shí)段燃?xì)廨啓C(jī)電、熱出力；PCHP，h（t）為t時(shí)段熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組熱出力；ηGT、ηloss、ηrec、ηh分別為燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電效率、熱損失參數(shù)、余熱鍋爐熱回收效率、產(chǎn)熱效率；為t時(shí)段熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組等效單位碳排放數(shù)據(jù)。

1.3 電池儲能裝置碳排放模型

電池儲能裝置的能量流動如圖3所示。本文認(rèn)為電池儲能裝置在充放電過程中會產(chǎn)生一定的二氧化碳，且由分布式風(fēng)電及光伏給儲能充電時(shí)，由于新能源的零碳、清潔能源特性并不會產(chǎn)生二氧化碳的排放，因此儲能裝置的碳排放特性僅需要計(jì)及聯(lián)絡(luò)線充能及熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組充能帶來的等效碳排放量。電池儲能裝置碳排放模型如式（5）—（7）所示［23］。

圖3 電池儲能充放電碳流示意圖

式中：Sess（t）和Sess（t-1）為t與t-1時(shí)段電池儲能設(shè)備的能量狀態(tài)；ηess為電池儲能裝置的自損率；Pess，cha（t-1）、Pess，dis（t-1）、ηess，cha、ηess，dis為t-1 時(shí)段電池儲能裝置的充、放電功率及充、放電效率；為儲能裝置的等效碳排放量；Pwvess（t）為t時(shí)段由新能源供給電池儲能的充電功率；A和B為儲能充、放電標(biāo)志，充電時(shí)A=1，放電時(shí)B=1。

2 綜合需求響應(yīng)低碳特性

2.1 激勵(lì)型需求響應(yīng)低碳特性

激勵(lì)型需求響應(yīng)通過對負(fù)荷側(cè)可調(diào)度資源進(jìn)行調(diào)度的同時(shí)，對調(diào)度量進(jìn)行補(bǔ)償，從而引導(dǎo)用戶改變用能曲線，響應(yīng)系統(tǒng)調(diào)度需求。低碳環(huán)境下的激勵(lì)型需求響應(yīng)具有較大的低碳潛力。本文擬對園區(qū)內(nèi)部高耗能產(chǎn)業(yè)進(jìn)行激勵(lì)型需求響應(yīng)。

在高電碳因子時(shí)段發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電時(shí)產(chǎn)生的二氧化碳遠(yuǎn)高于低電碳因子時(shí)段的二氧化碳排放量，因此可通過價(jià)格補(bǔ)償手段激勵(lì)用戶削減用能，在挖掘荷側(cè)可調(diào)度資源低碳屬性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。激勵(lì)型需求響應(yīng)低碳特性建模如下：

式中：Pcut（t）為t時(shí)段可削減負(fù)荷削減量；Pcut，max（t）和Pcut，min（t）分別為t時(shí)段可削減負(fù)荷削減量的上、下限；xt為t時(shí)段可削減負(fù)荷是否削減的0-1變量；FIDR，cut為可削減負(fù)荷調(diào)用費(fèi)用；δcut為單位可削減負(fù)荷激勵(lì)補(bǔ)償價(jià)格。

2.2 價(jià)格型需求響應(yīng)低碳特性

激勵(lì)型需求響應(yīng)是在價(jià)格補(bǔ)償引導(dǎo)下響應(yīng)低碳運(yùn)行指標(biāo)，而價(jià)格型需求響應(yīng)低碳特性則是在分時(shí)電價(jià)以及時(shí)變電碳因子的雙重激勵(lì)引導(dǎo)下進(jìn)行的響應(yīng)系統(tǒng)低碳運(yùn)行項(xiàng)目，雙重激勵(lì)引導(dǎo)作用如圖4所示。本文擬對園區(qū)內(nèi)部高耗能產(chǎn)業(yè)以及汽車制造業(yè)采取價(jià)格型需求響應(yīng)項(xiàng)目。

圖4 雙重激勵(lì)下價(jià)格型需求響應(yīng)特性

負(fù)荷側(cè)部分可調(diào)度資源具有轉(zhuǎn)移用能潛力，既可以在高電碳因子時(shí)段減少用能、在低電碳因子時(shí)段增加用能，也可以在價(jià)格信號引導(dǎo)下在電價(jià)較高時(shí)段減少用能、在電價(jià)較低時(shí)段增加用能。

式中：Fmov，co2為可轉(zhuǎn)移負(fù)荷需求響應(yīng)二氧化碳減少量；FIDR，mov為可轉(zhuǎn)移負(fù)荷調(diào)用費(fèi)用；δmov為單位可轉(zhuǎn)移負(fù)荷調(diào)用價(jià)格；Pmov（t）為t時(shí)段可轉(zhuǎn)移負(fù)荷轉(zhuǎn)移量；ΔPmov，max（t）和ΔPmov，min（t）為t時(shí)段可轉(zhuǎn)移負(fù)荷轉(zhuǎn)移量上、下限；yt為t時(shí)段可轉(zhuǎn)移負(fù)荷是否轉(zhuǎn)移的0-1 變量；可轉(zhuǎn)移負(fù)荷需要保證在調(diào)度周期內(nèi)用戶的用能總量保持不變。

3 低碳經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型

3.1 目標(biāo)函數(shù)

本文所提綜合能源系統(tǒng)低碳經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型是基于時(shí)變電碳因子的以系統(tǒng)運(yùn)行總成本和二氧化碳排放最少的多目標(biāo)最優(yōu)模型，運(yùn)行總成本包括機(jī)組運(yùn)維成本、購能成本以及需求響應(yīng)調(diào)用費(fèi)用。

式中：FIES為園區(qū)綜合能源系統(tǒng)總目標(biāo)函數(shù)；Feco和為經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)與低碳性指標(biāo)；α1和α2分別為經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)與低碳指標(biāo)對應(yīng)的權(quán)重系數(shù)，由模糊層次分析法得到［24］。

式中：FIDR、Fbuy、Fmc分別為園區(qū)綜合能源系統(tǒng)調(diào)度周期內(nèi)的需求響應(yīng)調(diào)用費(fèi)用、購能成本、運(yùn)維費(fèi)用；Pbuyg（t）為t時(shí)段購氣量；δg和δe分別為相應(yīng)的購氣、購電單價(jià)；Pi（t）和δi為第i類機(jī)組出力和運(yùn)維單價(jià)。

3.2 約束條件

1）功率平衡約束

式中：Pel（t）、Pgl（t）、Phl（t）、Pcol（t）分別為t時(shí)段電、氣、熱、冷負(fù)荷；Phd（t）、Pwl（t）、Pvl（t）、PCHP，el（t）分別為t時(shí)段火電出力、風(fēng)電供給負(fù)荷量、光伏供給負(fù)荷量、熱電聯(lián)產(chǎn)供給負(fù)荷量；Pe，co（t）為t時(shí)段電制冷機(jī)出力；Pbuygl（t）和Pp2g（t）分別為t時(shí)段購氣供給負(fù)荷量、電轉(zhuǎn)氣裝置出力；ηp2g為電轉(zhuǎn)氣運(yùn)行效率。

2）聯(lián)絡(luò)線購能約束

式中：Psell（t）為t時(shí)段售電功率；Pbuyg，max（t）、Pbuyg，min（t）、Pbuy，max（t）、Pbuy，min（t）、Psell，max（t）、Psell，min（t）分別為t時(shí)段購氣功率上、下限，購電功率上、下限以及售電功率上、下限。

3）多能耦合機(jī)組運(yùn)行約束

式中：Pw（t）、Pv（t）、PCHP，e（t）分別為t時(shí)段風(fēng)電、光伏、熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組電出力；Phd，max（t）、Phd，min（t）、Pw，max（t）、Pw，min（t）、Pv，max（t）、Pv，min（t）、PCHPe，max（t）、PCHPe，min（t）、Pp2g，max（t）、Pp2g，min（t）、Sess，max（t）、Sess，min（t）分別為t時(shí)段火電機(jī)組、風(fēng)電、光伏、熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組、電轉(zhuǎn)氣裝置出力的上限和下限，儲能荷電狀態(tài)上、下限。

4）荷側(cè)可調(diào)度資源響應(yīng)約束

荷側(cè)可調(diào)度資源在響應(yīng)系統(tǒng)調(diào)度指令時(shí)，需要滿足一定的約束條件，如調(diào)度次數(shù)限制、調(diào)度時(shí)間段限制等?？烧{(diào)度資源轉(zhuǎn)移時(shí)間約束為：

式中：ymax和ymin分別為轉(zhuǎn)移時(shí)間上、下限約束；λmov為t時(shí)段可調(diào)度資源占比，由負(fù)荷側(cè)上傳可調(diào)度資源占比。

可調(diào)度資源削減時(shí)間約束為：

式中：xmax和xmin分別為可削減負(fù)荷削減次數(shù)上、下限約束。

4 算例分析

4.1 算例系統(tǒng)架構(gòu)及參數(shù)

本文以浙江地區(qū)某園區(qū)型綜合能源系統(tǒng)為研究對象，其架構(gòu)如圖1所示。園區(qū)內(nèi)部多能負(fù)荷預(yù)測曲線、分布式風(fēng)光出力預(yù)測曲線及能源價(jià)格如圖5—7 所示。多能耦合機(jī)組裝機(jī)容量等參數(shù)如表1—2所示。

表1 多能耦合機(jī)組參數(shù)

圖5 園區(qū)風(fēng)光出力及負(fù)荷曲線

圖6 負(fù)荷類型及用電量曲線

圖7 分時(shí)電價(jià)曲線

本文以調(diào)度周期24 h 進(jìn)行仿真，調(diào)度時(shí)間步長為1 h。系統(tǒng)內(nèi)部電價(jià)采用浙江某地現(xiàn)有分時(shí)電價(jià)進(jìn)行仿真。

為驗(yàn)證本文所提低碳經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型的有效性，設(shè)置如下場景進(jìn)行仿真驗(yàn)證，其中場景3為本文所提出的考慮時(shí)變電碳因子的源荷儲協(xié)調(diào)綜合能源系統(tǒng)低碳經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型。

表2 電池儲能裝置參數(shù)

場景1 為基礎(chǔ)場景，不涉及儲能裝置及需求響應(yīng)。

場景2為儲能場景，裝設(shè)儲能裝置且計(jì)及儲能充放電與聯(lián)絡(luò)線功率的碳排放。

場景3為本文所提考慮時(shí)變電碳因子的園區(qū)綜合能源系統(tǒng)低碳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行場景，在時(shí)變電碳因子曲線、價(jià)格信號引導(dǎo)下，源側(cè)機(jī)組、儲能、荷側(cè)可調(diào)度資源協(xié)調(diào)配合。

4.2 場景調(diào)度結(jié)果分析

本文所設(shè)定的各場景調(diào)度結(jié)果如表3中數(shù)據(jù)所示。場景1為基礎(chǔ)場景，由于未考慮儲能裝置的能量時(shí)移作用以及需求響應(yīng)，系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性較差，聯(lián)絡(luò)線購能功率較多導(dǎo)致碳排放量較多。場景2中裝設(shè)了儲能裝置，計(jì)及儲能裝置能量時(shí)移特性及碳排放特性，系統(tǒng)運(yùn)行總成本相較于場景1 下降1.06%，二氧化碳排放水平相較于場景1 下降2.81%，減少運(yùn)行成本的同時(shí)降低碳排放，驗(yàn)證了儲能裝置在碳排放特性上的低碳性。場景3為本文所提出的考慮時(shí)變電碳因子的園區(qū)綜合能源系統(tǒng)低碳經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，通過合理控制儲能充放電以及荷側(cè)可調(diào)度資源的調(diào)用計(jì)劃，使得系統(tǒng)運(yùn)行總成本下降6.61%，而系統(tǒng)碳排放水平下降6.05%，源荷儲協(xié)調(diào)配合，提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性、降低系統(tǒng)運(yùn)行過程中的碳排放水平。

表3 低碳經(jīng)濟(jì)調(diào)度數(shù)據(jù)

進(jìn)一步分析3個(gè)場景的聯(lián)絡(luò)線交互功率與對應(yīng)的碳排放水平，如圖8所示。場景3相較于場景1，高電碳因子時(shí)段、高用能電價(jià)時(shí)段的聯(lián)絡(luò)線交互功率下降19.9%，通過需求響應(yīng)使得用電高峰、電碳因子高時(shí)段用電負(fù)荷下降，說明用戶在電碳因子以及分時(shí)電價(jià)雙重激勵(lì)下的引導(dǎo)作用降低了系統(tǒng)碳排放水平及運(yùn)行成本。

圖8 場景聯(lián)絡(luò)線功率對比

場景1的各機(jī)組出力調(diào)度結(jié)果如圖9所示。由圖9可知本園區(qū)型綜合能源系統(tǒng)供能主要與外部聯(lián)絡(luò)線供能，而園區(qū)內(nèi)分布式風(fēng)電與光伏得到全額消納。熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組因需承擔(dān)園區(qū)內(nèi)熱負(fù)荷需求，全天處于工作狀態(tài)，且因其“以熱定電”運(yùn)行約束，熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組出力相對固定隨著用熱負(fù)荷變動。場景1 聯(lián)絡(luò)線功率占全天總用電負(fù)荷的53.14%，且在17—18 時(shí)段、20—22 時(shí)段聯(lián)絡(luò)線功率較高，因此可見場景1整體碳排放水平與運(yùn)行成本較高。

圖9 場景1機(jī)組出力

場景2為儲能場景且計(jì)及儲能充放電過程中的碳排放。場景2 調(diào)度結(jié)果如圖10 所示。由于本文裝設(shè)的儲能裝置容量較小，儲能裝置僅在18、20—21 時(shí)段對用電負(fù)荷進(jìn)行放電，此外，儲能裝置還在14—16 時(shí)段、20—21 時(shí)段對電轉(zhuǎn)氣裝置放電。將電價(jià)較低時(shí)段儲存電能釋放出來，在起到能量時(shí)移作用的同時(shí)降低高電碳因子曲線時(shí)段的外購電，降低園區(qū)二氧化碳排放水平。高電碳因子時(shí)段園區(qū)外購電功率相較于場景1下降1.75%。

圖10 場景2機(jī)組出力

場景3為本文所提考慮時(shí)變電碳因子的綜合能源系統(tǒng)低碳經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，調(diào)度結(jié)果如圖11所示，荷側(cè)可調(diào)度資源調(diào)用計(jì)劃如圖12所示。由圖11可知，通過需求響應(yīng)對于總用電負(fù)荷曲線的改善作用，需求響應(yīng)后峰谷差下降48%的同時(shí)，緩解了用電高峰供需緊張關(guān)系，減少了高電碳因子時(shí)段用能，促進(jìn)園區(qū)低碳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。高電碳因子時(shí)段出力相較于場景2 進(jìn)一步下降了19.37%，而總體二氧化碳排放水平相應(yīng)地下降了3.33%。

圖11 場景3機(jī)組出力

由圖12 可知，高耗能企業(yè)通過用能削減與用能轉(zhuǎn)移，削減了午高峰及晚高峰用電量，在緩解晚高峰用電矛盾的同時(shí)，降低了自身企業(yè)用電成本，同時(shí)響應(yīng)系統(tǒng)調(diào)度需求，達(dá)到低碳運(yùn)行的目的。晚高峰削減負(fù)荷量占晚高峰電負(fù)荷總量的2.82%。此外，汽車制造業(yè)由于具有負(fù)荷可轉(zhuǎn)移特性且調(diào)度時(shí)間較自由，因此在電價(jià)低谷時(shí)段、低電碳因子時(shí)段增加用能，而在電價(jià)平時(shí)段、電價(jià)高峰時(shí)段、高電碳因子時(shí)段減少用能。晚高峰時(shí)段汽車制造業(yè)轉(zhuǎn)移用能量占晚高峰電負(fù)荷總量的6.46%。而高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)作為基礎(chǔ)負(fù)荷，可調(diào)度特性較差，因此不對高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行調(diào)度。

圖12 荷側(cè)可調(diào)度資源調(diào)用計(jì)劃

4.3 多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度模型分析

本文所設(shè)置需求響應(yīng)場景為低碳性與經(jīng)濟(jì)性均衡下的最優(yōu)解，現(xiàn)研究不同權(quán)重下低碳性與經(jīng)濟(jì)性的變化情況。不同權(quán)重下的低碳指標(biāo)與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)參數(shù)如圖13所示。由圖13可知，隨著低碳指標(biāo)權(quán)重的降低，系統(tǒng)碳排放水平處于先增加后減少的趨勢，而經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)則隨著權(quán)重系數(shù)的增加處于先減少后增加的趨勢，最終在本文均衡解處取得多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度的最優(yōu)解。

圖13 多目標(biāo)調(diào)度結(jié)果

因?yàn)楸疚耐赓忞娝捷^高，各個(gè)場景外購電均占總用電負(fù)荷的50%以上，因此碳排放水平主要取決于外購電占比，低碳指標(biāo)與經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)具有相同的數(shù)據(jù)表征形式，即通過需求響應(yīng)與儲能裝置的合理充放電使得高電碳因子時(shí)段聯(lián)絡(luò)線購能功率減少，低電碳因子時(shí)段外聯(lián)絡(luò)線購能功率增加，多余電能通過儲能裝置達(dá)到能量時(shí)移、低碳經(jīng)濟(jì)的作用。因此本質(zhì)上低碳與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)具有相同的變化趨勢。

5 結(jié)論

在我國“雙碳”目標(biāo)背景下，針對能源行業(yè)碳排放水平較高問題，本文基于時(shí)變電碳因子構(gòu)建了園區(qū)綜合能源系統(tǒng)低碳經(jīng)濟(jì)多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度模型，通過算例分析可得到如下結(jié)論：

1）構(gòu)建考慮聯(lián)絡(luò)線碳排放水平、儲能裝置碳排放特性的電力行業(yè)全環(huán)節(jié)碳流排放模型進(jìn)行低碳經(jīng)濟(jì)調(diào)度，能夠有效優(yōu)化負(fù)荷曲線、降低碳排。

2）在調(diào)度過程中，充分挖掘荷側(cè)可調(diào)度資源的低碳特性，在高電碳因子時(shí)段削減轉(zhuǎn)移用能，使得園區(qū)運(yùn)行總成本下降6.61%，而二氧化碳排放水平下降6.05%，驗(yàn)證了本文源荷儲協(xié)調(diào)優(yōu)化模型在降低碳排、減少運(yùn)行成本的有效性。

3）本文所提出的綜合能源系統(tǒng)低碳經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型能夠兼顧系統(tǒng)兩個(gè)方面的優(yōu)化目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)低碳性與經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一。