【摘 要】
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随着全球气候变化与环境问题的日益显现,以清洁低碳为主要特点的能源转型已成为世界普遍共识和一致行动。目前我国电力能源结构的火电体量大、灵活调节容量有限、污染排放高,难以满足由高比例新能源接入带来的频繁、大幅功率调节需求与低碳减排的宏观战略目标。因此,探索科学合理的电力能源低碳化路径、研究具有低碳属性的电力系统运行优化与电源扩展规划对电力工业的可持续发展具有重大的战略意义与现实价值。本文围绕电力系统运
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“考虑火电多维度灵活性提升的多能源电力系统协同运行与容量配置优化研究（51977087）”；
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随着全球气候变化与环境问题的日益显现,以清洁低碳为主要特点的能源转型已成为世界普遍共识和一致行动。目前我国电力能源结构的火电体量大、灵活调节容量有限、污染排放高,难以满足由高比例新能源接入带来的频繁、大幅功率调节需求与低碳减排的宏观战略目标。因此,探索科学合理的电力能源低碳化路径、研究具有低碳属性的电力系统运行优化与电源扩展规划对电力工业的可持续发展具有重大的战略意义与现实价值。本文围绕电力系统运行优化与电源扩展规划2个方面,研究了低碳能源发展环境下电力系统的新特点,主要开展了以下工作:（1）在绿色能源体系建设的背景下,研究了电力行业低碳发展路径与碳捕集的运行机理。对国内外重大气候会议开展的时间节点、通过的政策文件,以及实施低碳发展的重点行动与系统方案进行了梳理。并对具有低碳发展前景的碳捕集电厂这一重要结构形态进行深入分析,根据碳捕集电厂的运行特点,研究了碳捕集电厂的“发电-捕碳”运行机理,分析了无储液与储液式碳捕集电厂内部各单元的能量耦合关系与能流特性,建立了无储液与储液式碳捕集电厂的数学模型。由推导得出,配置了溶液存储器的碳捕集电厂通过对溶液储量的控制,能够实现时间尺度上的能量平移,其捕碳和发电的协调运行能力更强。（2）研究了低碳发展环境下含碳捕集的电力系统运行优化问题。通过构建二维坐标图,定量研究了无储液与储液式碳捕集机组的总发电出力与净出力的相互作用区间,分析了2种碳捕集机组的净出力特性以及溶液存储器储量的变化对系统运行产生的影响。基于此,建立了含碳捕集的电力系统低碳运行优化模型,该模型以系统总运行费用最低为目标函数,考虑系统发电成本、碳交易成本以及风电出力不确定性带来的运行风险。以20机系统为例,对含碳捕集的电力系统低碳运行优化进行研究,结果验证了所提模型的合理性与有效性。（3）研究了低碳发展环境下的新型电源扩展规划问题。在碳交易市场体制机制逐步完善的背景下,考虑到电能生产过程中的碳交易成本费用将对企业的发电决策产生重要影响,从价格奖励与成本惩罚两方面入手,构建了双侧阶梯型碳交易模型,充分发挥价格杠杆的作用,采用经济激励的手段对发电主体的碳排放量进行限制。并以规划水平年的投资费用、年运行费用与碳排放交易费用的综合最小为目标函数,提出了低碳发展环境下的新型电源扩展规划模型,从经济性、低碳性等方面综合考虑,探究了碳排放交易、碳捕集电厂等低碳要素对电力系统电源规划的影响。
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