一种基于碳交易的综合能源系统的容量配置方法及系统与流程

本技术涉及电力系统规划，尤其涉及一种基于碳交易的综合能源系统的容量配置方法及系统。

背景技术：

1、碳交易是温室气体排放权交易的统称，碳交易基本原理是，合同的一方通过支付另一方获得温室气体减排额，买方可以将购得的减排额用于减缓温室效应从而实现其减排的目标。在6种被要求减排的温室气体中，二氧化碳(co2)为最大宗，所以这种交易以每吨二氧化碳当量(tco2e)为计算单位，所以通称为“碳交易”。其交易市场称为碳市场(carbonmarket)。2005年京都议定书正式生效后，全球碳交易市场出现了爆炸式的增长。2007年碳交易量从2006年的16亿吨跃升到27亿吨，上升68.75％。成交额的增长更为迅速。2007年全球碳交易市场价值达400亿欧元，比2006年的220亿欧元上升了81.8％，2008年上半年全球碳交易市场总值甚至就与2007年全年持平。截至2024年7月15日，中国碳市场碳配额累计成交量达4.65亿吨，累计成交额近270亿元。

2、综合能源系统是指一定区域内利用先进的物理信息技术和创新管理模式，整合区域内煤炭、石油、天然气、电能、热能等多种能源，实现多种异质能源子系统之间的协调规划、优化运行，协同管理、交互响应和互补互济。在满足系统内多元化用能需求的同时，要有效地提升能源利用效率，促进能源可持续发展的新型一体化的能源系统。综合能源系统特指在规划、建设和运行等过程中，通过对能源的产生、传输与分配(能源网络)、转换、存储、消费等环节进行有机协调与优化后，形成的能源产供销一体化系统。它主要由供能网络(如供电、供气、供冷/热等网络)、能源交换环节(如cchp机组、发电机组、锅炉、空调、热泵等)、能源存储环节(储电、储气、储热、储冷等)、终端综合能源供用单元(如微网)和大量终端用户共同构成。正是由于综合能源系统结构组成的复杂性，在园区综合能源系统的规划与发展过程中不仅需要关注风电、光伏等设备的投资成本，同时也要考虑如何在市场中合理配置碳交易资源、降低碳交易的问题。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本技术提供一种基于碳交易的综合能源系统的容量配置方法及系统，根据综合能源系统的整体结构，生成对应的长期规划方案，调整综合能源系统的容量配置，提高综合能源系统的各类设备容量配置的合理性与科学性。

2、第一方面，本技术提供一种基于碳交易的综合能源系统的容量配置方法，包括：

3、获取综合能源系统的系统结构、基础规划数据和碳交易机制，所述系统结构包括所述综合能源系统的各个设备类型和母线结构，所述基础规划数据包括规划周期、设备参数、碳市场交易信息以及各类负荷数据，所述碳交易机制为阶梯碳交易机制或固定碳交易机制；

4、根据所述系统结构和碳交易机制构建所述综合能源系统的规划模型，所述规划模型包括目标函数和约束条件；

5、将所述基础规划数据输入至预设的规划模型，以使所述规划模型根据所述基础规划数据模拟所述综合能源系统的运行情况，进而生成所述综合能源系统在所述规划周期内的规划方案，其中，所述规划方案包括所述综合能源系统每年的各个设备类型的容量配置；

6、在所述规划周期内，根据所述规划方案调整所述综合能源系统的各个设备类型的容量配置。

7、本技术实施例提供一种基于碳交易的综合能源系统的容量配置方法，通过综合能源系统的系统结构和碳交易机制，构建对应的规划模型，使所述规划模型能够基于目标函数和约束条件，并结合基础规划数据模拟所述综合能源系统在规划周期内的运行情况，进而生成所述综合能源系统在所述规划周期内每年的各个设备类型的容量配置，实现规划方案的自动生成。在模拟系统运行、生成规划方案的过程中，本技术实施例考虑了综合能源系统在运行过程中真实存在的碳交易行为，使得所生成的规划方案更为合理准确，提高综合能源系统的各类设备容量配置的合理性与科学性。

8、在一种可能实现的方式中，所述根据所述系统结构和碳交易机制构建所述综合能源系统的规划模型，包括：

9、根据所述系统结构构建对应的各个设备运行模型，包括燃气锅炉设备模型、热电联产设备模型、电制冷机设备模型、吸收式制冷机设备模型以及储能模型；

10、根据所述各个设备运行模型构建所述综合能源系统的各个碳排放模型；

11、根据各个所述设备运行模型和各个所述碳排放模型，构建所述规划模型的各个约束条件；

12、根据所述各个设备运行模型、各个所述碳排放模型以及所述碳交易机制，构建所述综合能源系统的投资成本模型、运行成本模型、碳交易成本模型以及维护成本模型；

13、根据所述综合能源系统的投资成本模型、运行成本模型、碳交易成本模型以及维护成本模型，构建所述规划模型的目标函数；

14、结合各个所述约束条件和所述目标函数，构建获得所述规划模型。

15、本技术实施例提供一种构建规划模型的方法，首先通过系统结构构建各个设备运行模型，同时，考虑到综合能源系统运行过程中存在碳排放和碳交易过程，因此构建各个碳排放模型，使得所述规划模型能够模拟综合能源系统的正常运行。在综合能源系统运行时会受到多方面的因素影响，因此基于各个设备运行模型和各个碳排放模型构建对应的各个约束条件，这些约束确保综合能源系统在模拟运行过程中稳定、安全、高效地运行，使得所生成的规划方案更加符合实际情况。最后根据综合能源系统的投资成本模型、运行成本模型、碳交易成本模型以及维护成本模型构建规划模型的目标函数，确定规划模型的优化方向，使得最终得到的规划方案能够有效减少各类成本，提高综合能源系统的各类设备容量配置的合理性与科学性。

16、进一步的，所述根据各个所述设备运行模型和各个所述碳排放模型，构建所述规划模型的各个约束条件，包括：

17、根据所述各个设备运行模型，构建所述规划模型的功率平衡约束，所述功率平衡约束包括电功率平衡约束条件、热功率平衡约束条件、气功率平衡约束条件、冷功率平衡约束条件、新能源出力约束条件以及储能约束条件；

18、根据各个所述碳排放模型构建所述规划模型的碳排放约束条件。

19、在本技术实施例中，根据各个设备运行模型和碳排放模型构建对应的各个约束条件，包括电功率平衡约束条件、热功率平衡约束条件、气功率平衡约束条件、冷功率平衡约束条件、新能源出力约束条件以及储能约束条件，对规划模型的优化过程中的各个方面进行约束，保证综合能源系统的稳定、安全运行。

20、所述碳交易成本模型的具体公式为：

21、

22、其中，cco2为碳交易成本，λ为碳交易基准价格，l为碳排放区间长度，α为碳交易价格增长幅度，e0为交易碳排放量。

23、在一种可能实现的方式中，所述各类负荷数据包括在所述规划周期内电负荷、热负荷、气负荷以及冷负荷的负荷增长率，各个所述负荷增长率是通过所述综合能源系统的历史负荷数据预测获得。

24、在本技术实施例中，通过所述综合能源系统的历史负荷数据预测获得在所述规划周期内电负荷、热负荷、气负荷以及冷负荷的负荷增长率。在对所述综合能源系统中各个设备的容量配置规划的过程中，各种类型的负荷在未来的增长率是一个较为重要的影响因素，本技术实施例通过历史负荷数据进行预测得到各个负荷增长率，使得所生成的规划方案更为合理准确，提高综合能源系统的各类设备容量配置的合理性与科学性。

25、第二方面，相应的，本技术提供一种基于碳交易的综合能源系统的容量配置系统，包括获取模块、建模模块、规划模块以及调整模块；

26、其中，所述获取模块用于获取综合能源系统的系统结构、基础规划数据和碳交易机制，所述系统结构包括所述综合能源系统的各个设备类型和母线结构，所述基础规划数据包括规划周期、设备参数、碳市场交易信息以及各类负荷数据，所述碳交易机制为阶梯碳交易机制或固定碳交易机制；

27、所述建模模块用于根据所述系统结构和碳交易机制构建所述综合能源系统的规划模型，所述规划模型包括目标函数和约束条件；

28、所述规划模块用于将所述基础规划数据输入至预设的规划模型，以使所述规划模型根据所述基础规划数据模拟所述综合能源系统的运行情况，进而生成所述综合能源系统在所述规划周期内的规划方案，其中，所述规划方案包括所述综合能源系统每年的各个设备类型的容量配置；

29、所述调整模块用于在所述规划周期内，根据所述规划方案调整所述综合能源系统的各个设备类型的容量配置。

30、在一种可能实现的方式中，所述建模模块包括运行模型构建单元、碳排放模型构建单元、约束条件构建单元、成本模型构建单元、目标函数构建单元以及规划模型构建单元：

31、其中，所述运行模型构建单元用于根据所述系统结构构建对应的各个设备运行模型，包括燃气锅炉设备模型、热电联产设备模型、电制冷机设备模型、吸收式制冷机设备模型以及储能模型；

32、所述碳排放模型构建单元用于根据所述各个设备运行模型构建所述综合能源系统的各个碳排放模型；

33、所述约束条件构建单元用于根据各个所述设备运行模型和各个所述碳排放模型，构建所述规划模型的各个约束条件；

34、所述成本模型构建单元用于根据所述各个设备运行模型、各个所述碳排放模型以及所述碳交易机制，构建所述综合能源系统的投资成本模型、运行成本模型、碳交易成本模型以及维护成本模型；

35、所述目标函数构建单元用于根据所述综合能源系统的投资成本模型、运行成本模型、碳交易成本模型以及维护成本模型，构建所述规划模型的目标函数。

36、所述规划模型构建单元用于结合各个所述约束条件和所述目标函数，构建获得所述规划模型。

37、进一步的，所述约束条件构建单元根据各个所述设备运行模型和各个所述碳排放模型，构建所述规划模型的各个约束条件，包括：

38、根据所述各个设备运行模型，构建所述规划模型的功率平衡约束，所述功率平衡约束包括电功率平衡约束条件、热功率平衡约束条件、气功率平衡约束条件、冷功率平衡约束条件、新能源出力约束条件以及储能约束条件；

39、根据各个所述碳排放模型构建所述规划模型的碳排放约束条件。

40、进一步的，所述碳交易成本模型的具体公式为：

41、

42、其中，cco2为碳交易成本，λ为碳交易基准价格，l为碳排放区间长度，α为碳交易价格增长幅度，e0为交易碳排放量。

43、在一种可能实现的方式中，所述各类负荷数据包括在所述规划周期内电负荷、热负荷、气负荷以及冷负荷的负荷增长率，各个所述负荷增长率是通过所述综合能源系统的历史负荷数据预测获得。