考慮儲(chǔ)液式碳捕集電廠的含風(fēng)電系統(tǒng)低碳經(jīng)濟(jì)調(diào)度

彭 元 婁素華 吳耀武 王 瑩 周鯤鵬

考慮儲(chǔ)液式碳捕集電廠的含風(fēng)電系統(tǒng)低碳經(jīng)濟(jì)調(diào)度

彭 元1婁素華1吳耀武1王 瑩2周鯤鵬2

（1. 強(qiáng)電磁工程與新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院） 武漢 430074 2. 國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司電力科學(xué)研究院 武漢 430077）

碳捕集電廠可以實(shí)現(xiàn)火電電能生產(chǎn)的低碳化，是構(gòu)建清潔能源體系的重要技術(shù)路徑之一。配置了溶液存儲(chǔ)器的碳捕集電廠能夠解耦CO2的吸收與再生兩個(gè)環(huán)節(jié)，其捕碳和發(fā)電的協(xié)調(diào)運(yùn)行能力更強(qiáng)。根據(jù)儲(chǔ)液式碳捕集電廠的運(yùn)行機(jī)理與能流特性，建立其捕碳與發(fā)電出力模型，并構(gòu)建二維坐標(biāo)圖定量研究無儲(chǔ)液與儲(chǔ)液式碳捕集機(jī)組的總發(fā)電出力與凈出力運(yùn)行區(qū)間。基于此，建立計(jì)及儲(chǔ)液式碳捕集電廠的含風(fēng)電系統(tǒng)低碳經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，該模型以系統(tǒng)總運(yùn)行費(fèi)用最低為目標(biāo)函數(shù)，考慮系統(tǒng)發(fā)電成本、碳交易成本以及風(fēng)電出力不確定性帶來的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。以20機(jī)系統(tǒng)為例，對(duì)含儲(chǔ)液式碳捕集電廠的系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度進(jìn)行研究，結(jié)果驗(yàn)證了所提模型的合理性與有效性。

碳捕集電廠 溶液存儲(chǔ)器 風(fēng)電消納 協(xié)調(diào)優(yōu)化 低碳經(jīng)濟(jì)調(diào)度

0 引言

根據(jù)中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合協(xié)會(huì)發(fā)布的數(shù)據(jù)[1]，截至2019年，中國(guó)火電裝機(jī)和火電發(fā)電量分別占全國(guó)累計(jì)裝機(jī)容量與累計(jì)發(fā)電量的59.21%與68.87%，可見我國(guó)當(dāng)前的電力能源結(jié)構(gòu)仍以火電為主體。隨著國(guó)際社會(huì)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)綠色低碳化的關(guān)注度不斷提高，減緩溫室效應(yīng)持續(xù)性惡化迫在眉睫。電力行業(yè)作為CO2排放水平較高的國(guó)民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，必須提高燃煤機(jī)組的清潔化水平。國(guó)際能源署在2017年能源技術(shù)展望中指出，碳捕集與封存技術(shù)將在21世紀(jì)末全球溫度變暖控制在2℃以內(nèi)的情景中至關(guān)重要[2]。

碳捕集主要包含三種技術(shù)路徑[3]，即燃燒前捕集、富氧燃燒和燃燒后捕集，其中燃燒后捕集方式憑借其原理簡(jiǎn)單、與機(jī)組燃燒過程相對(duì)獨(dú)立、固定投資相對(duì)少等優(yōu)點(diǎn)，成為了應(yīng)用較為廣泛的捕碳方式。典型燃燒后碳捕集電廠是在原火電廠裝置一套CO2捕集設(shè)備而形成的低碳排放系統(tǒng)，通過利用火電機(jī)組蒸汽輪機(jī)對(duì)缸內(nèi)的部分熱功率與廠用電做功，實(shí)現(xiàn)對(duì)燃燒后煙氣中CO2的捕集。碳捕集機(jī)組通過調(diào)節(jié)捕集能耗，使機(jī)組凈碳排放與凈出力的可控范圍變得靈活，并且能為系統(tǒng)提供更快的爬坡速率與更大的調(diào)峰能力等服務(wù)[4]。目前，高投資、高能耗仍是制約碳捕集技術(shù)發(fā)展的重要原因，但是隨著碳達(dá)峰、碳中和等國(guó)家政策的提出與捕集技術(shù)的逐步成熟，碳捕集電廠的成本下降潛力巨大[5]，碳捕集和封存國(guó)際知識(shí)中心的研究指出，第二代碳捕集電廠項(xiàng)目的資本成本可降低67%[6]。此外，碳捕集電廠能夠推動(dòng)電力系統(tǒng)度電排放水平的下降，而且可憑借其靈活運(yùn)行能力，獲取額外投資收益。因此，推進(jìn)碳捕集電廠的發(fā)展是全球共同應(yīng)對(duì)氣候變化的時(shí)代背景下的重要技術(shù)戰(zhàn)略之一。

目前已有相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)碳捕集電廠的運(yùn)行機(jī)制及其參與系統(tǒng)發(fā)電優(yōu)化等方面進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)[7]揭示了碳捕集電廠的運(yùn)行機(jī)理，對(duì)其內(nèi)部能量流和調(diào)峰性能進(jìn)行了深入分析。文獻(xiàn)[8]基于碳捕集電廠的發(fā)電-捕碳協(xié)調(diào)特性，構(gòu)建低碳經(jīng)濟(jì)下考慮碳捕集電廠的電力系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化模型。文獻(xiàn)[9-11]將碳捕集電廠視為一種靈活性調(diào)節(jié)資源，建立了碳捕集機(jī)組與儲(chǔ)熱裝置、梯級(jí)水電、風(fēng)、光等其他電源的聯(lián)合優(yōu)化模型。文獻(xiàn)[12]研究了碳捕集電廠的電碳特征函數(shù)與電碳運(yùn)行區(qū)間，分析了不同運(yùn)行水平下的電廠凈出力與凈碳排放變化情況。以上文獻(xiàn)建立的模型中未將吸收塔、再生塔等裝置處理的CO2量予以區(qū)分表達(dá)，而對(duì)溶液存儲(chǔ)器流入、流出量的調(diào)節(jié)可解耦碳捕集系統(tǒng)內(nèi)部各單元的CO2處理量，使各環(huán)節(jié)處理的CO2量不相等。因此，有必要對(duì)儲(chǔ)液式碳捕集電廠的內(nèi)部能量耦合關(guān)系，以及調(diào)控溶液存儲(chǔ)器對(duì)電廠捕碳水平與運(yùn)行靈活性產(chǎn)生的影響進(jìn)行建模研究。

鑒于此，本文根據(jù)儲(chǔ)液式碳捕集電廠的能流關(guān)系和運(yùn)行特點(diǎn)，建立儲(chǔ)液式碳捕集電廠的靈活運(yùn)行模型，并通過二維坐標(biāo)圖量化其凈出力特性，與常規(guī)火電、無儲(chǔ)液碳捕集電廠進(jìn)行對(duì)比研究。利用儲(chǔ)液式碳捕集電廠參與系統(tǒng)調(diào)峰以解決風(fēng)電接入場(chǎng)景下的風(fēng)電消納問題，計(jì)及風(fēng)電不確定性為系統(tǒng)帶來的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，綜合考慮系統(tǒng)的燃料費(fèi)用、風(fēng)險(xiǎn)損失和碳減排效益，構(gòu)建考慮儲(chǔ)液式碳捕集電廠的含風(fēng)電系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度模型。

1 儲(chǔ)液式碳捕集電廠的運(yùn)行特性

1.1 運(yùn)行模型

圖1 儲(chǔ)液式碳捕集系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)

圖1中，煙氣旁路系統(tǒng)用于調(diào)整進(jìn)入碳捕集裝置的煙氣比例，未進(jìn)入捕集設(shè)備的煙氣將直接排入大氣，待處理的煙氣從底部進(jìn)入吸收塔，在40～60℃的環(huán)境下采用逆流的方式與CO2吸收劑充分接觸，發(fā)生吸收反應(yīng)，從而產(chǎn)生CO2含量較多的富液。隨后，富液流入富液存儲(chǔ)器，經(jīng)富液泵調(diào)整流入再生塔的富液流量。再生塔從火電機(jī)組蒸汽輪機(jī)做功缸內(nèi)抽取熱蒸汽，將富液溫度升高至100～140℃發(fā)生逆反應(yīng)，分離出的CO2從塔頂引流至壓縮儲(chǔ)存，實(shí)現(xiàn)對(duì)煙氣中CO2的捕集。由于從再生塔流出的吸收劑里CO2含量極少，故將其稱為貧液，貧液通過貧液泵流入貧液存儲(chǔ)器與吸收塔，進(jìn)行循環(huán)利用。碳捕集系統(tǒng)通過調(diào)整液體泵使得貧液存儲(chǔ)器的液體流入/流出量分別與富液存儲(chǔ)器的流出/流入量相等。

由碳捕集系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)理可見，碳捕集裝置通過利用火電機(jī)組做功缸內(nèi)的熱蒸汽和部分發(fā)電出力對(duì)CO2實(shí)現(xiàn)捕集與壓縮存儲(chǔ)，碳捕集系統(tǒng)所需能耗滿足

1.2 凈出力特性

由碳捕集系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)理可見，碳捕集能耗的分流等效于降低了機(jī)組的最小技術(shù)出力，從而使碳捕集機(jī)組具有更大的調(diào)峰深度[14]。在負(fù)荷高峰時(shí)期，儲(chǔ)液式碳捕集電廠一方面通過煙氣旁路系統(tǒng)減少進(jìn)入捕集裝置的煙氣，另一方面增加富液存儲(chǔ)器流入、降低流出量的方式，有效降低碳捕集系統(tǒng)的能量消耗，從而增加碳捕集電廠的凈出力；在負(fù)荷低谷時(shí)期，通過提高碳捕集水平，儲(chǔ)液式碳捕集電廠在實(shí)現(xiàn)電力生產(chǎn)過程低碳性的同時(shí)，為可再生能源提供上網(wǎng)空間。與無儲(chǔ)液碳捕集機(jī)組相比，儲(chǔ)液式碳捕集機(jī)組在參與系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的凈出力可調(diào)范圍更大、靈活運(yùn)行能力更強(qiáng)。

為了對(duì)碳捕集機(jī)組的凈出力特性進(jìn)行量化分析，構(gòu)建反映無儲(chǔ)液與儲(chǔ)液式兩種碳捕集機(jī)組總發(fā)電出力與凈出力之間相互關(guān)系如圖2所示。

圖2 碳捕集機(jī)組總發(fā)電出力與凈出力關(guān)系圖

2）對(duì)于儲(chǔ)液式碳捕集機(jī)組，凈出力滿足

2 考慮儲(chǔ)液式碳捕集電廠的含風(fēng)電系統(tǒng)低碳經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型

2.1 目標(biāo)函數(shù)

儲(chǔ)液式碳捕集電廠在獲得碳減排效益的同時(shí)也意味著電廠凈發(fā)電出力的降低，需要根據(jù)電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行調(diào)度的情況，在滿足技術(shù)約束的前提下，協(xié)調(diào)碳捕集系統(tǒng)捕碳與發(fā)電的過程，使系統(tǒng)的低碳與經(jīng)濟(jì)綜合效益最優(yōu)。本文模型以系統(tǒng)發(fā)電成本、碳交易成本及風(fēng)電不確定性帶來的失負(fù)荷和棄風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)成本的綜合最小為優(yōu)化目標(biāo)，數(shù)學(xué)描述為

1）發(fā)電煤耗成本

2）起停成本

3）碳交易成本

碳排放額初始分配是企業(yè)獲取碳排放權(quán)的重要依據(jù)，合理的分配方式將有利于實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置，形成碳排放水平低而能源經(jīng)濟(jì)效益高的生產(chǎn)格局。本文根據(jù)我國(guó)目前試行的碳排放交易規(guī)則[17]，采用行業(yè)基準(zhǔn)線法計(jì)算發(fā)電企業(yè)的免費(fèi)碳排放配額。

碳交易是對(duì)碳排放權(quán)的二次分配，是借助市場(chǎng)措施促進(jìn)全球溫室氣體減排的一種行之有效的方式[18-20]。在滿足碳排放控制總量的前提下，若發(fā)電企業(yè)碳排放大于配額，則必須支付購(gòu)買額外的碳排放額度；若發(fā)電企業(yè)碳排放小于配額時(shí)，則可通過售出多余排放額度獲取收益。因此，模型中的碳交易成本表示為

4）系統(tǒng)切負(fù)荷、棄風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)成本

圖3 風(fēng)電功率預(yù)測(cè)誤差概率密度函數(shù)

風(fēng)電出力實(shí)際值小于預(yù)測(cè)值時(shí)，預(yù)測(cè)正誤差將引起功率缺額，若此時(shí)系統(tǒng)配置的上調(diào)備用不足，將引起強(qiáng)制切負(fù)荷措施；而風(fēng)電出力實(shí)際值大于預(yù)測(cè)值時(shí)，預(yù)測(cè)負(fù)誤差將造成風(fēng)電多發(fā)電量，若配置的下調(diào)備用容量不足，將產(chǎn)生棄電。本文通過圖3兩側(cè)的陰影部分表示由風(fēng)電接入引起的電量不足期望值與棄風(fēng)電量期望值，系統(tǒng)切負(fù)荷、棄風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)成本的計(jì)算表達(dá)式為

2.2 約束條件

考慮儲(chǔ)液式碳捕集電廠的含風(fēng)電系統(tǒng)低碳經(jīng)濟(jì)調(diào)度在滿足系統(tǒng)和常規(guī)機(jī)組運(yùn)行約束的基礎(chǔ)上，還需要滿足以下約束條件。

1）功率平衡約束

2）機(jī)組總發(fā)電出力約束

3）碳捕集系統(tǒng)運(yùn)行約束

4）富液、貧液存儲(chǔ)器的儲(chǔ)量約束

式（21）中各量分別滿足

為保障日前周期性調(diào)度系統(tǒng)的長(zhǎng)期運(yùn)行，富液/貧液存儲(chǔ)器每日始末剩余容量需保持一致，即

儲(chǔ)液式碳捕集系統(tǒng)通過調(diào)控CO2溶劑的流入與流出，將火力發(fā)電過程中CO2的產(chǎn)生與處理兩個(gè)過程在時(shí)間上解耦，使碳捕集單元的能耗及機(jī)組凈出力在調(diào)度周期內(nèi)均可實(shí)現(xiàn)更為靈活的調(diào)節(jié)，以應(yīng)對(duì)電力系統(tǒng)負(fù)荷波動(dòng)及新能源接入帶來的調(diào)峰需求。

3 算例分析

圖4 負(fù)荷與風(fēng)電功率預(yù)測(cè)曲線

表1 火電機(jī)組技術(shù)參數(shù)

Tab.1 Technical parameters of thermal power units

3.1 碳捕集電廠參與系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行效用分析

為了分析碳捕集電廠參與含風(fēng)電系統(tǒng)運(yùn)行的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，本文基于三種調(diào)度場(chǎng)景進(jìn)行對(duì)比分析：場(chǎng)景1：常規(guī)火電機(jī)組（無碳捕集系統(tǒng)）參與系統(tǒng)運(yùn)行；場(chǎng)景2：考慮4臺(tái)無儲(chǔ)液碳捕集機(jī)組參與系統(tǒng)運(yùn)行；場(chǎng)景3：考慮4臺(tái)儲(chǔ)液式碳捕集機(jī)組參與系統(tǒng)運(yùn)行。三種場(chǎng)景下系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行仿真結(jié)果見表2。

表2 三種場(chǎng)景下系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行仿真結(jié)果

Tab.2 Optimal dispatch simulation results of power system in 3 scenarios

由表2可見，安裝了碳捕集系統(tǒng)的機(jī)組在參與系統(tǒng)優(yōu)化時(shí)，燃料成本分別比傳統(tǒng)火電機(jī)組增加了7.01%和7.25%，而調(diào)度總成本分別降低了4.00%與4.80%。其原因在于，與傳統(tǒng)火電機(jī)組不同，碳捕集機(jī)組除了承擔(dān)負(fù)荷外，還需要額外提供碳捕集能耗，使得系統(tǒng)燃料成本有所增加；但是一方面，碳捕集系統(tǒng)可以捕獲機(jī)組電能生產(chǎn)過程中排出的部分CO2，顯著降低了碳排放量，進(jìn)而可將多余排放配額通過市場(chǎng)售出獲取收益；另一方面，碳捕集系統(tǒng)能夠增大機(jī)組的出力范圍，使機(jī)組具備更大的下調(diào)容量，既給風(fēng)電出力提供了發(fā)電空間，又避免了機(jī)組的頻繁起停，提升了風(fēng)電消納量，使系統(tǒng)的起停成本、棄風(fēng)與切負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)成本減小，進(jìn)而降低了系統(tǒng)運(yùn)行總成本。相對(duì)于無儲(chǔ)液碳捕集機(jī)組，儲(chǔ)液式碳捕集機(jī)組通過配置溶液存儲(chǔ)器，使吸收塔與再生塔處理的CO2量得以解耦，其可調(diào)容量與運(yùn)行靈活性比無儲(chǔ)液碳捕集機(jī)組更大，運(yùn)行總成本進(jìn)一步減小。

3.2 儲(chǔ)液式碳捕集電廠運(yùn)行工況分析

為說明碳捕集系統(tǒng)的運(yùn)行工況，分別得到四臺(tái)無儲(chǔ)液、儲(chǔ)液式碳捕集機(jī)組在各個(gè)時(shí)刻的總運(yùn)行能耗曲線如圖5所示，以及四臺(tái)儲(chǔ)液式碳捕集機(jī)組富液存儲(chǔ)器總的流入、流出與存儲(chǔ)量曲線如圖6所示。

圖5 四臺(tái)儲(chǔ)液式與四臺(tái)無儲(chǔ)液碳捕集機(jī)組總能耗曲線

圖6 四臺(tái)儲(chǔ)液式碳捕集機(jī)組的富液存儲(chǔ)器流入、流出CO2曲線

圖5和圖6中，凌晨至6:00為負(fù)荷低谷、風(fēng)電出力較高的時(shí)段，需要降低火電出力以提高風(fēng)電的消納比例，該時(shí)段碳捕集系統(tǒng)對(duì)火電燃燒產(chǎn)生的CO2進(jìn)行處理，使碳捕集機(jī)組的運(yùn)行能耗增大而凈出力減小，為系統(tǒng)提供向下的調(diào)節(jié)容量，增加風(fēng)電負(fù)荷空間。此時(shí)由于碳捕集電廠配置了溶液存儲(chǔ)器，可以通過使流出量大于流入量的方式獲取更大的調(diào)峰深度，此時(shí)的碳捕集運(yùn)行能耗比無儲(chǔ)液碳捕集機(jī)組更高。在19:00～22:00的負(fù)荷高峰時(shí)段，碳捕集機(jī)組則需降低運(yùn)行能耗來提高凈出力，以滿足負(fù)荷需求。同理，儲(chǔ)液式碳捕集機(jī)組通過增大存儲(chǔ)器存儲(chǔ)量、降低流出量的方法較大幅度地降低碳捕集運(yùn)行能耗。

總體上，碳捕集系統(tǒng)配置溶液存儲(chǔ)器后能夠利用存儲(chǔ)器形成CO2處理的“緩沖空間”，通過解耦存儲(chǔ)器的流入、流出量，使碳捕集運(yùn)行能耗具備更大的調(diào)節(jié)范圍，靈活性得以提升。

3.3 不同碳交易價(jià)格對(duì)系統(tǒng)優(yōu)化結(jié)果的影響分析

為了分析碳交易價(jià)格變化對(duì)系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的影響，算例設(shè)置碳交易價(jià)格為0～280元/t，得到的計(jì)算結(jié)果如圖7所示。

圖7 不同碳交易價(jià)格下的系統(tǒng)優(yōu)化結(jié)果

由圖7可以看出，隨著碳交易價(jià)格的增加，系統(tǒng)的碳排放量逐漸減小、燃料成本逐步升高，最后均趨于穩(wěn)定值。這是由于碳交易價(jià)格的上升會(huì)增加碳捕集收益在目標(biāo)函數(shù)中的比重，系統(tǒng)在優(yōu)化過程中為了使運(yùn)行總成本達(dá)到最低，會(huì)增加碳捕集收益，即增大CO2捕集量，導(dǎo)致碳捕集能耗增加，燃料成本變大。當(dāng)碳交易價(jià)格處于40～80元/t的范圍時(shí)，其波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生的影響最大，此時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行對(duì)碳交易價(jià)格變化的靈敏度高；當(dāng)碳交易價(jià)格高于200元/t時(shí)，受到最大捕集能力的約束，碳交易價(jià)格的持續(xù)增加將不再對(duì)當(dāng)前算例系統(tǒng)的CO2排放量產(chǎn)生影響。

3.4 不同風(fēng)電接入容量下的系統(tǒng)優(yōu)化結(jié)果分析

為了研究不同風(fēng)電滲透水平對(duì)系統(tǒng)調(diào)度結(jié)果的影響，將風(fēng)電裝機(jī)從1 500MW逐漸增加至1.5倍，得到系統(tǒng)中各項(xiàng)指標(biāo)變化情況如圖8所示。

圖8 不同風(fēng)電接入容量下的系統(tǒng)優(yōu)化結(jié)果

從圖8中可見，隨著反調(diào)峰風(fēng)電接入容量的不斷增加，系統(tǒng)的調(diào)峰需求增大，使系統(tǒng)的起停成本呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，并且由于風(fēng)電實(shí)際功率與預(yù)測(cè)值之間的偏差增大，系統(tǒng)的棄風(fēng)與切負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)成本也有所增加。但是另一方面，風(fēng)電屬于清潔零碳排放能源，其滲透率的增長(zhǎng)可以替代部分火電，從而降低系統(tǒng)的燃料消耗與總體碳排放水平，即促使燃料成本的降低和碳排放收益的增加?？傮w上，風(fēng)電接入容量的上升能夠降低調(diào)度的總成本，改善系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

4 結(jié)論

常規(guī)火電機(jī)組碳排放水平高且可控容量有限，難以滿足國(guó)家大力推動(dòng)低碳減排、發(fā)展清潔可再生能源的宏觀戰(zhàn)略要求，而儲(chǔ)液式碳捕集機(jī)組通過協(xié)調(diào)捕碳與發(fā)電的關(guān)系，兼顧電能生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性與系統(tǒng)排放低碳性，將成為我國(guó)建設(shè)清潔煤電體系的有效方式。基于此，本文提出了考慮儲(chǔ)液式碳捕集電廠的含風(fēng)電系統(tǒng)低碳經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法，主要結(jié)論如下。

1）詳細(xì)分析了儲(chǔ)液式碳捕集電廠的運(yùn)行特性和內(nèi)部能量耦合關(guān)系，在此基礎(chǔ)上，建立其靈活運(yùn)行模型，并構(gòu)建二維坐標(biāo)圖定量挖掘了無儲(chǔ)液與儲(chǔ)液式兩種碳捕集電廠的凈出力與總發(fā)電出力相互作用區(qū)間。

2）提出了以系統(tǒng)發(fā)電成本、碳交易成本和風(fēng)電不確定性帶來的風(fēng)險(xiǎn)損失的綜合最小為目標(biāo)函數(shù)的協(xié)調(diào)優(yōu)化模型，在碳交易市場(chǎng)機(jī)制下，能夠保證系統(tǒng)獲得最佳的低碳和經(jīng)濟(jì)效益。

3）以20機(jī)系統(tǒng)為例，應(yīng)用本文所提模型和方法模擬考慮儲(chǔ)液式碳捕集電廠的含風(fēng)電系統(tǒng)低碳經(jīng)濟(jì)調(diào)度。算例表明，該模型能夠較好地實(shí)現(xiàn)常規(guī)火電、風(fēng)電與儲(chǔ)液式碳捕集電廠的協(xié)調(diào)優(yōu)化，可適應(yīng)未來電力系統(tǒng)發(fā)電低碳化與可持續(xù)發(fā)展。

[1] 中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合協(xié)會(huì). 2019年全國(guó)電力工業(yè)統(tǒng)計(jì)快報(bào)數(shù)據(jù)一覽表[EB/OL]. [2020-01-21]. http://www. cec.org.cn/menu/index.html?541.

[2] International Energy Agency. Energy technology perspectives 2017[EB/OL]. 2017. https://www.iea. org/etp/.

[3] 米劍鋒, 馬曉芳. 中國(guó)CCUS技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)分析[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2019, 39(9): 2537-2543.

Mi Jianfeng, Ma Xiaofang. Development trend analysis of carbon capture, utilization and storage technology in China[J]. Proceedings of the CSEE, 2019, 39(9): 2537-2543.

[4] Lou Suhua, Lu Siyu, Wu Yaowu, et al. Optimizing spinning reserve requirement of power system with carbon capture plants[J]. IEEE Transactions on Power Systems, 2015, 30(2): 1056-1063.

[5] International Energy Agency. Energy technology perspectives 2020[EB/OL]. 2020. https://www.iea. org/reports/ccus-in-clean-energy-transitions/a-new-era-for-ccus#growing-ccus-momentum.

[6] International CCS Knowledge Centre. The Shand CCS feasibility study [EB/OL]. [2018-11-29]. https://ccs knowledge.com/initiatives/2nd-generation-ccs-shand-study.

[7] 陳啟鑫, 康重慶, 夏清. 碳捕集電廠的運(yùn)行機(jī)制研究與調(diào)峰效益分析[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2010, 30(7): 22-28.

Chen Qixin, Kang Chongqing, Xia Qing. Operation mechanism and peak-load shaving effects of carbon-capture power plant[J]. Proceedings of the CSEE, 2010, 30(7): 22-28.

[8] Lu Siyu, Lou Suhua, Wu Yaowu, et al. Power system economic dispatch under low-carbon economy with carbon capture plants considered[J]. IET Generation Transmission & Distribution, 2013, 7(9): 991-1001.

[9] 盧志剛, 隋玉珊, 馮濤, 等. 考慮儲(chǔ)熱裝置與碳捕集設(shè)備的風(fēng)電消納低碳經(jīng)濟(jì)調(diào)度[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2016, 31(17): 41-51.

Lu Zhigang, Sui Yushan, Feng Tao, et al. Wind power accommodation low-carbon economic dispatch considering heat accumulator and carbon capture devices[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2016, 31(17): 41-51.

[10] 孫慧娟, 蒙錦輝, 彭春華. 風(fēng)-光-水-碳捕集多區(qū)域虛擬電廠協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2019, 43(11): 4040-4049.

Sun Huijuan, Meng Jinhui, Peng Chunhua. Coordinated optimization scheduling of multi-region virtual power plant with wind-power/photovoltaic/ hydropower/carbon-capture units[J]. Power System Technology, 2019, 43(11): 4040-4049.

[11] 趙東聲, 高忠臣, 劉偉. 碳捕集火電與梯級(jí)水電聯(lián)合優(yōu)化的低碳節(jié)能發(fā)電調(diào)度[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2019, 47(15): 148-155.

Zhao Dongsheng, Gao Zhongchen, Liu Wei. Low-carbon energy-saving power generation dispatching optimized by carbon capture thermal power and cascade hydropower[J]. Power System Protection and Control, 2019, 47(15): 148-155.

[12] 康重慶，陳啟鑫，夏清. 低碳電力系統(tǒng)理論與應(yīng)用[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2019.

[13] 周任軍, 孫洪, 唐夏菲, 等. 雙碳量約束下風(fēng)電-碳捕集虛擬電廠低碳經(jīng)濟(jì)調(diào)度[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2018, 38(6): 1675-1683.

Zhou Renjun, Sun Hong, Tang Xiafei, et al. Low-carbon economic dispatch based on virtual power plant made up of carbon capture unit and wind power under double carbon constraint [J]. Proceedings of the CSEE, 2018, 38(6): 1675-1683.

[14] Manaf N A, Qadir A, Abbas A. Temporal multiscalar decision support framework for flexible operation of carbon capture plants targeting low-carbon management of power plant emissions[J]. Applied Energy, 2016, 169: 912-926.

[15] 郭通, 李永剛, 徐姍姍, 等. 考慮多主體博弈的火電機(jī)組靈活性改造規(guī)劃[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2020, 35(11): 2448-2459.

Guo Tong, Li Yonggang, Xu Shanshan, et al. Planning of flexibility retrofits of thermal power units considering multi-agent game[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2020, 35(11): 2448-2459.

[16] 麻秀范, 王戈, 朱思嘉, 等. 計(jì)及風(fēng)電消納與發(fā)電集團(tuán)利益的日前協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2021, 36(3): 579-587.

Ma Xiufan, Wang Ge, Zhu Sijia, et al. Coordinated day-ahead optimal dispatch considering wind power consumption and the benefits of power generation group[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2021, 36(3): 579-587.

[17] 國(guó)家發(fā)展與改革委員會(huì). 全國(guó)碳交易市場(chǎng)的配額分配方案(討論稿)[EB/OL]. [2017-06-02]. http://www. cnenergynews.cn/hb/tpf/201706/t20170602_444547.html

[18] 婁素華, 張立靜, 吳耀武, 等. 低碳經(jīng)濟(jì)下電動(dòng)汽車集群與電力系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2017, 32(5): 176-183.

Lou Suhua, Zhang Lijing, Wu Yaowu, et al. Coordination operation of electric vehicles and power system under low-carbon economy[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2017, 32(5): 176-183.

[19] 朱曄, 蘭貞波, 隗震, 等. 考慮碳排放成本的風(fēng)光儲(chǔ)多能互補(bǔ)系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行研究[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2019, 47(10): 127-133.

Zhu Ye, Lan Zhenbo, Wei Zhen, et al. Research on optimal operation of wind-PV-ES complementary system considering carbon emission cost[J]. Power System Protection and Control, 2019, 47(10): 127-133.

[20] Zhang Wei, Li Jing, Li Guoxiang, et al. Emission reduction effect and carbon market efficiency of carbon emissions trading policy in China[J]. Energy, 2020, 196: 1-9.

[21] 車泉輝, 婁素華, 吳耀武, 等. 計(jì)及條件風(fēng)險(xiǎn)價(jià)值的含儲(chǔ)熱光熱電站與風(fēng)電電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2019, 34(10): 2047-2055.

Che Quanhui, Lou Suhua, Wu Yaowu, et al. Economic dispatching for power system of concentrated solar power plant with thermal energy storage and wind power considering conditional value-at-risk[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2019, 34(10): 2047-2055.

[22] Zhang Ning, Kang Chongqing, Xia Qing, et al. A convex model of risk-based unit commitment for day-ahead market clearing considering wind power uncertainty[J]. IEEE Transactions on Power Systems, 2015, 30(3): 1582-1592.

[23] Wang Gang, You Daihai, Lou Suhua, et al. Economic valuation of low-load operation with auxiliary firing of coal-fired units[J]. Energies, 2017, 10(9): 1317.

Low-Carbon Economic Dispatch of Power System with Wind Power Considering Solvent-Storaged Carbon Capture Power Plant

Peng Yuan1Lou Suhua1Wu Yaowu1Wang Ying2Zhou Kunpeng2

（1. State Key Laboratory of Advanced Electromagnetic Engineering and Technology School of Electricl and Electronic Engineering Huazhong University of Science and Technology Wuhan 430074 China 2. Electric Power Research Institute of State Grid Hubei Electric Power Company Wuhan 430077 China）

As one of the important technical paths to build a clean energy system, carbon capture power plant can achieve low carbonization during thermal power generation. The carbon capture power plant equipped with solvent storage can decouple the absorption and regeneration processes of CO2, which makes its coordinated ability of carbon capture and power generation stronger. According to the operating mechanism and energy flow characteristics of solvent-storaged carbon capture power plant, the carbon capture and power generation output model is constructed. Besides, the operating range of the total output and net output of carbon capture units with or without solvent storage are quantitatively studied by drawing two-dimensional coordinate diagram. Based on this, the low-carbon economic dispatch model of power system integrated with wind power considering solvent-storaged carbon capture power plant is established. With the goal of the lowest overall operating cost, the model takes into account the power generation cost, carbon trading cost and risk cost of the system. Taking the 20-unit system as an example, the optimal dispatch of system accommodated solvent-storaged carbon capture power plant is studied. The rationality and effectiveness of the proposed model are verified by numerical results.

Carbon capture power plant, solvent storage, wind power accommodation, coordinated optimization, low-carbon economic dispatch

10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.201249

TM 734

國(guó)家自然科學(xué)基金（51977087）和國(guó)家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目（521532190003）資助。

2020-09-18

2021-03-01

彭 元 女，1996年生，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化。E-mail：py964398682@163.com

婁素華 女，1974年生，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)規(guī)劃與優(yōu)化運(yùn)行，新能源發(fā)電與電力技術(shù)經(jīng)濟(jì)等。E-mail：shlou@hust.edu.cn（通信作者）

（編輯 赫蕾）