多能联盟低碳运营决策方法研究框架与展望

崔勇,韩一春,郑谦,国海,杨文杰,刘宗飞

(1.三峡大学 电气与新能源学院,湖北 宜昌 443002; 2.安徽科技学院 管理学院,安徽 蚌埠 233030; 3.宁夏理工学院 电气信息工程学院,宁夏 石嘴山 753000; 4.安徽科技学院 电气与电子工程学院,安徽 蚌埠 233030)

0 引 言

建设以新能源为主体的新型电力系统是力争我国2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和目标的有效途径[1]。能源行业在碳排放中所占比重较大,是电力系统低碳转型的关键[2]。随着电力系统的不断发展,具有不同发电特性的能源在电能生产、传输、消费和存储等环节耦合作用越来越强[3]。如虚拟电厂[4]聚合分布式能源、储能系统、可控负荷等资源,为电网提供主动管理服务并提升系统运行稳定性,但在虚拟电厂实际应用中,面临着技术标准、数据共享和市场监管等方面的问题,限制了其规模化应用和效益发挥。综合能源系统(integrated energy system, IES)[5]需要解决不同能源间的协调和优化问题,包括能源互补性的评估、能量流动管理以及多能源间的协同控制等方面的挑战。负荷聚合商[6]整合分散的需求响应参与电力市场运营,提高市场交易效率,但其在促进不同能源协调合作方面受限。本文在多能互补运营模式[7-8]基础上,提出由风电、光伏、水电、火电构成的多能联盟运营模式,通过多种异质能源之间的信息对称与资源共享,更好地整合不同形式能源,提高能源生产与供应效率,并且考虑联盟内各发电主体利益分配均衡性及合作运营稳定性,建立合理的效益分配机制,提升各主体参与联盟意愿。

为进一步了解本文相关研究的国内外前沿,利用Citespace软件绘制多能联盟相关关键词共现及时间发展脉络的知识图谱,凝练其重点研究方向,分析多能联盟领域研究现状及其存在的不足之处,并构建由风电厂、光伏电站、抽水蓄能电站、火电厂(以下简称风电、光伏、水电、火电)组成的多能联盟低碳运营研究框架。设计联盟碳配额共享机制,降低火电碳排放,并以各发电主体利益为导向构建多能联盟电-碳-绿证协同优化运营模型,根据各主体对联盟运营收益的多重贡献度,改进shapley值法对联盟综合收益进行再分配,提升各发电主体参与联盟意愿。最后建立多能联盟低碳运营决策体系,为制定新能源电力系统低碳运营方案提供决策依据。

1 基于知识图谱的多能联盟相关研究热点分析

1.1 数据来源与处理方法

本文采用Citespace软件进行多能联盟领域相关研究知识图谱分析,数据来源于Web of Science(WOS)核心数据库与中国知网(CNKI)的北大中文核心、CSSCI、CSCD、EI类期刊,检索方式是在WOS的主题词检索栏输入TS="carbon trading" OR "low carbon" OR "carbon market"OR "carbon quota" AND TS="multi-energy complementary" OR "integrated energy" OR "generation alliance"OR "multi-energy alliance",同时设置CNKI的搜索篇关摘为TKA=碳交易+低碳+碳市场+碳配额 AND TKA=多能互补+综合能源+发电联盟+多能联盟,精确检索两个数据库在2010年1月至2023年5月发表的“研究论文”和“综述论文”,通过手动筛选去除无关文献,最终保留待分析的文献数量分别为CNKI350篇和WOS500篇。

1.2 研究热点关键词共现分析

基于Citespace软件及知识图谱方法[9]分析国际与国内期刊相关研究关键词共现关系,发现国内外相关研究的共同热点关键词包括碳中和(carbon neutrality)、碳交易(carbon trading)、多能互补(国际侧重于研究integrated energy system)、合作博弈(cooperative game)等,且上述关键词出现频次相对较高,属于核心关键词。将热点关键词进行归纳总结,可以凝练出三个重点研究方向:1)关于多类能源联合参与碳交易降低碳排放等方面的研究;2)多类能源互补运营以降低成本或提升能源利用效率等方面的研究;3)多类能源联盟运营收益分配机制等方面的研究。

1.2.1 多类能源联盟运营碳交易机制

以多类能源联盟运营模式参与碳市场,根据碳交易中碳价的差异,可分为单一碳价交易、阶梯式碳价交易和市场出清碳价交易3种。文献[10-11]建立了含单一碳价格交易的多能源系统经济调度模型,探讨碳交易机制对多能园区碳减排的引导作用。单一碳价交易的规则简单,适用于碳交易市场初期阶段[12],但未能反映碳交易市场的实时供需关系。

阶梯式碳交易机制根据碳交易量设定不同的交易价格区间,燃煤企业受高碳排放成本驱使主动节能减排。文献[13]研究阶梯式碳交易机制对IES碳排放和运营收益的影响,与单一碳价交易机制相比,设置合理的阶梯碳交易价格和碳排放权交易量可显著降低碳排放量,提高IES运营收益。文献[14]在此基础上,构建了奖惩阶梯式碳交易模型,对比研究碳交易统一碳价,阶梯碳价与奖惩阶梯碳价三种碳价机制对电力系统碳排放的影响。与单一碳价交易相比,阶梯碳交易使高排放企业支付更高的成本,对其碳排放抑制能力更强[15]。

与单一碳价和阶梯碳价交易机制相比,市场出清碳价交易机制更能体现碳交易供需关系,充分发挥市场资源配置作用[16]。但是,市场出清碳价交易过程复杂,且具有碳价大幅波动等风险,需要建立健全的配套市场监管机制[17]。上述文献侧重于研究碳交易机制对系统外部环境减排效果,但未考虑碳交易机制设计合理性与碳减排效果关联性,且由于碳交易本质上是增加传统能源碳排放成本引导其减小出力,可能会影响联盟整体经济效益。

1.2.2 多类能源互补优化运营

多能互补系统运营商通过对不同类型能源的智能调度和协同管理,整合各类能源优势,降低能源系统的运营成本,并提升能源利用效率。多能互补系统主要有两种模式:一是面向终端用户电、热、冷、气等多种用能需求,互补利用传统能源和新能源,优化布局建设集成供能基础设施,通过天然气热电冷三联供或IES等方式,实现多能协同供应和能源梯级利用;文献[18]提出日前、日内、实时三个层次的IES优化运行策略,有效利用多种能源互补优势,促进IES多时空尺度能源供需平衡。文献[19]建立社区综合能源服务系统优化模型,分析用户耗能特性和电热多能需求响应,优化其能源消费行为,降低用户用能成本并提高用电满意度。二是利用风能、太阳能、水能、火电等大型综合能源基地的资源组合优势,推进风光水火储多能互补系统建设运行。文献[20]针对风-光-热-储-氢多能互补发电系统,提出一种基于全年时序生产模拟的源端电/热/氢储能容量协调优化配置方法,提高系统运行经济性和利用率。文献[21]提出基于燃氢燃气轮机的风光火储多能互补优化调度策略,拓宽多能互补的途径,提高能源的综合利用效率。现有研究侧重于利用多能源互补特性,降低其运行成本或获得规模经济效益,但并未考虑各主体参与联合运营意愿,在提升合作运营稳定性方面存在进一步研究空间。

1.2.3 多类能源联盟运营收益分配机制

多能源联盟运营模式下,各主体均具有追求自身利益最大化的需求,联盟参与电力市场或碳市场获得收益,将该收益按贡献分配给各能源主体,建立合理的利益分配机制是联盟稳定运营的核心[22]。目前多数研究基于合作博弈理论建立联盟收益分配机制[23-24]。文献[25]基于shapley值法,构建了园区用户、供气系统、IES的合作博弈利益分配模型,以各主体对合作联盟的贡献进行利益分配,最大限度发挥园区内部各能源系统的联动性。但常规shapley值法按统一权重的1/n分配给参与者,忽略了各主体收益分配需要考虑的其他因素贡献,影响其参与联盟意愿。针对此问题,文献[26]提出一种基于能源消耗率改进的shapley值利润分配机制,并应用于多社区利润分配场景,有效地保证多社区稳定合作。文献[27]综合考虑风险水平,利润贡献率,提出多因素改进的shapley值法收益分配模型,有效提高虚拟电厂整体及其内部成员参与市场竞争后的收益。上述文献侧重于考虑利润贡献率等经济因素对shapley值法进行改进,考虑环境因素的影响改进收益分配机制的研究较少。

1.3 关键词时间线分析

早在2011年之前,国际已开始采用多类能源联盟运营模式参与碳交易市场,进行系统低碳运营。相比之下,国内碳市场起步较晚,在早期不同能源联合运营研究中,主要以安全约束和经济成本作为主要考虑目标[28-29],降低能源供给成本,提升能源整体利用效率,促进不同能源之间的深度融合。在碳交易关键词中,我国于2019年提出基于碳配额-绿证联合交易的IES低碳运营策略[30-31],且碳捕集[32]及电转气[33]等技术发展进一步为电力系统低碳运营提供新的途径。在合作博弈关键词中:国内侧重于研究多能源合作运营后的收益分配或成本分摊问题[34-35],以提升各主体利益分配合理性;国际侧重于电动汽车[36]、储能[37]等方面合作博弈研究。

在双碳目标下,国内外电力系统发展以能源转型为主,但由于国内能源需求量巨大,传统能源在电力生产方面仍然占据主导地位,欧洲许多国家已实现电力系统能源转型,如冰岛已实现100%新能源供电。在电力系统低碳发展方面国内外主要研究新能源开发与利用,比如:1)通过高效的新能源发展规划,提升新能源装机容量,以满足系统降碳和用能需求;2)通过对现有新能源发电技术改进,结合信息技术和人工智能技术,实时分析新能源系统运营数据,预测能源需求和供应情况,提高新能源系统发电效率和可靠性;3)为解决新能源出力的不确定性和间歇性,以提高电力系统运行可靠性和稳定性,积极开展新能源、传统能源及储能的协同运营研究;4)研究新能源的网络互联、跨境能源合作以及跨国电力交易,实现更大范围的能源资源优化配置。

1.4 多能联盟领域待解决的关键问题

通过对CNKI的350篇和WOS的500篇论文中相关研究热点关键词分析及时间发展脉络分析,发现以多能源联合运营模式参与市场运营存在以下问题:

1)不同发电特性能源的协同运营受到高度关注,但是考虑合作稳定性参与市场交易的收益分配优化决策方法研究不够深入;尤其是基于外部市场交易竞争的各主体组合动态收益优化平衡研究不足。

2)阶梯式碳交易机制促进系统减少碳排放等方面虽有研究,但是关于碳减排量、阶梯碳价及阶梯区间之间关联性的机理研究不足,缺少对于碳交易机制实际运作效果的理论验证。

3)不同发电主体利用其互补优势联合参与市场交易,提高系统运行效率与各主体收益等方面虽有研究;但对于系统内部各主体收益分配均衡性,以及考虑不同主体参与联合运营意愿方面研究不足。

针对上述问题,本文提出考虑碳配额共享的多能联盟低碳运营决策方法,并设计总体研究框架,如图1所示。

2 多能联盟碳配额共享机制

2.1 多能联盟研究假设

1)假设风电、光伏、水电、火电四种能源为实现总体利益或个体利益提升有存在联盟的可能性,不同主体之间合作,实现联盟运营稳定需满足两个基本条件:一是联盟整体收益大于其每个成员单独经营时的收益之和;二是主体在联盟内分配所得利益不低于独立运营。

2)假设联盟内各发电主体生产信息对称,不同能源可以更好地预测和调整产能及需求,以确保联盟内部资源共享。基于联盟资源共享机制,假设多能联盟运营满足相关物理约束,即系统运行电压、频率等指标均在正常范围以内。

3)本文主要研究不同发电主体参与联盟运营组合优化机制问题,假设将各发电主体分别作为一个整体参与联盟体运营,暂不考虑同一发电主体内发电机组或单元的发电效率等差异化。

4)假设发电侧和需求侧可以进行电能自由交易,“风、光、水、火”出力能够满足功率供需平衡,在负荷曲线24小时内,假设各发电主体不受经济发展水平,能源政策外部环境影响;但一天24小时内的光照强度、温度、风速天气环境变化会影响风电、光伏出力值。

2.2 联盟内碳配额共享机制

碳配额共享机制核心思路为设定减排目标约束火电碳排放,并将减排目标对应的碳配额共享给多能联盟,增加风电、光伏出力并申请绿色证书,获取多重低碳收益。水电为风电、光伏出力不确定性提供备用辅助服务,且由于联盟内部资源共享,水电与新能源之间不涉及辅助服务方面的交易,但考虑到火电在联盟参与市场交易中的主动降碳贡献,以及水电提供辅助服务贡献,需对其进行收益补偿。该机制以利益引导多能联盟低碳运营,具体实施步骤如下。

步骤一:多能联盟运营模式下碳排放主要来源于火电,采用基准法对火电进行碳配额,关系表达式为火电碳排放权配额与其出力成正比[38],如式(1)所示。

(1)

步骤二:根据火电往年碳排放数据以及碳达峰预测时间与峰值碳排放量[39],设定减排目标CM,此时火电碳排放约束与联盟参与碳市场交易约束分别如式(2)、式(3)所示。

CP≤CL-CM

(2)

CM≤CJ≤CL

(3)

式中CP为火电碳排放量;CJ为联盟参与碳市场的碳交易量。根据式(2)并结合式(4)可折算火电最大出力值。

(4)

式中a、b、c为火电碳排放计算系数。

步骤三:火电碳配额共享量对应发电权转让给风电、光伏,提升新能源出力并申请绿色证书。

步骤四:多能联盟运营商参与电-碳-绿证市场交易,其中火电获取碳交易收益,风电、光伏获得增发电量收益及绿证收益。

步骤五:考虑联盟内部各发电主体对联盟综合收益的不同贡献度,对联盟收益进行重新分配,以提升各主体合作运营稳定性。

3 多能联盟低碳运营研究方案

3.1 多能联盟电-碳-绿证协同优化运营模型

多能联盟运营商统筹火电最大发电量约束条件,结合电力交易中心给定的负荷曲线,考虑火电参与碳市场,以及风电、光伏参与绿证市场出清计算,申报各主体出力计划。多能联盟运营模式促使新能源电力、碳交易与绿证交易量协同增加,考虑碳配额共享的多能联盟协同运营模式如图2所示。

图2 考虑碳配额共享的多能联盟协同运营模式

联盟运营商以参与电-碳-绿证市场总收益最大为目标运营,如式(5)所示。

maxE=EC+EP+EG

(5)

式中E为多能联盟总收益;EC为联盟参与碳市场收益;EP为联盟参与电力市场收益;EG为联盟参与绿证市场收益。

1)参与碳市场收益。

多能联盟中火电以阶梯式碳交易机制参与碳市场,主要包括交易配额量、阶梯基准碳价、阶梯区间、阶梯碳价增长率、碳交易收益五类参数,其本质是交易价格按照一定区间长度阶梯递加,火电碳交易收益也按照一定区间长度阶梯递加,以激励其主动减排[40],该机制可通过式(6)进行表示。

(6)

式中ρ为碳交易基准价格;d为阶梯区间长度;δ为阶梯碳价增长率,每上升一个阶梯,碳交易价格增长幅度为δρ。

以联盟碳交易收益最大为目标,将式(6)多段函数表示为一个函数,如式(7)所示。

(7)

式中l表示为阶梯个数;ρ、d、CJ、δ分别表示阶梯基准碳价,阶梯区间、碳配额交易量与阶梯碳价增长率;ρmax、ρmin分别为阶梯基准碳价上下限;δmax为阶梯碳价增长率上限。

对于式(7)最大化问题,拟采用KKT条件求解,引入拉格朗日乘子λ,将约束条件g(ρ,d,CJ,δ)纳入目标函数EC中,构造拉格朗日函数,如式(8)所示。

L(ρ,d,CJ,δ,λ)=EC-λ*g(ρ,d,CJ,δ)

(8)

求解式(7)的KKT条件如下:

a)稳定性条件。

∂L/∂ρ=∂L/∂d=∂L/∂CJ=∂L/∂δ=0

(9)

b)原始可行性条件。

g(ρ,d,CJ,δ)≥0

(10)

c)对偶可行性条件。

λ≥0

(11)

d)互补松弛可行性条件。

λ*g(ρ,d,CJ,δ)=0

(12)

结合文献[8]碳市场出清模型,联立公式(6)～(12),可以求得联盟与碳市场交易最大收益,以及对应的阶梯基准碳价、阶梯区间长度、阶梯碳价增长率与一天各时段的最优碳配额交易量。

2)参与电力市场售电收益。

多能联盟考虑火电碳约束式(2)～式(4),以新能源出力最大为目标,向电力市场申报出力计划,电力现货市场出清后,联盟参与电力市场售电收益为。

(13)

式中λi为不同能源出力比例;ui为各主体对应的上网电价。

3)参与绿证市场收益。

风电、光伏主体每发1 MW·h电能,可申请一个绿色证书,参与绿证市场交易。联盟参与绿证市场收益为:

EG=αQ

(14)

式中α和Q分别为绿证市场的交易价格和多能联盟交易绿证的数量。

3.2 考虑多因素的Shapley值法的收益分配模型

多能联盟的综合收益是由各个能源相互合作共同产生的,当各主体核定自身收益偏离收益分配均衡值较多时,则影响其参与联盟意愿,降低联盟运营稳定性,因此需要对联盟的综合收益进行合理分配,基于Shapley值法的联盟收益分配模型如式(15)所示。

(15)

式中xi(0)为四种能源主体收益分配Shapley值;n是构成联盟的主体数量;|s|是联盟子集s中的主体数量,|s|≤n;v(s)是子集s收益;v(si)为子集s去除主体i后对应的收益。

不同发电主体对联盟综合收益贡献各异,多能联盟综合收益既包括参与碳市场与绿证市场获得的低碳收益,也包括风电、光伏的增发电量收益,且风电、光伏产生增发电量成本,水电产生提供备用辅助服务成本。本文拟将绿色环保贡献度[41]、综合收益贡献度和成本贡献度纳入Shapley模型,引入改进因子对分配结果进行再调整,提出基于多因素改进Shapley值法的多能联盟收益分配模型。

1)绿色环保贡献度。

在多能联盟运营过程中,火电对环境保护的贡献体现在其参与碳市场交易增加的碳配额收益,风电、光伏对环境保护的贡献体现在其通过提高消纳量增加的绿证收益,定义绿色环保贡献度为各主体绿色环保收益和联盟总绿色环保收益的比值。

2)综合收益贡献度。

联盟内各能源在进行收益分配时,不但考虑Shapley值法中的边际贡献,还应考虑各主体对于整个联盟的收益贡献,定义综合收益贡献度为各主体收益占联盟总收益的比值。

3)成本贡献度。

风电、光伏增发电量成本和水电提供备用辅助服务成本属于合作成本损失,降低其参与联盟意愿,故将各主体成本贡献度纳入收益分配模型,定义成本贡献度为各主体改变自身运行状态带来的成本变动与联盟总成本变动的比值。

基于多重因素改进的Shapley收益分配表达式为:

(16)

3.3 多能联盟互补能力分析

多能联盟运营时,若各主体间的出力波动方向相反,即能够相互抵消,这表明各发电主体存在互补特性。互补系数可用于衡量不同能源之间互补程度[42],它通常基于不同能源出力数据的相关性分析计算得出,如式(17)～式(19)所示。

(17)

(18)

(19)

4 多能联盟低碳运营决策体系

选取合适的指标是联盟低碳运营决策的前提和基础,将可以反映联盟运营经济、低碳性、互补性的指标作为产出,将影响联盟产出的指标作为投入,并采用灰色关联分析法检验投入-产出指标之间的因果关联关系,构建基于投入-产出反馈的DEA三阶段低碳运营决策体系,联盟低碳运营决策流程如图3所示。

图3 多能联盟低碳运营决策流程图

4.1 多能联盟低碳运营决策指标选取

1)投入指标选取。

a)阶梯基准碳价表示碳交易的基准价格,阶梯区间表示碳交易价格的范围,阶梯碳价增长率反映了碳交易价格的变化速度,将上述阶梯碳交易机制中参数作为联盟低碳运营决策投入指标,观察联盟运营碳减排结果,可判断阶梯碳交易机制是否达到碳减排引导效果。

b)将各能源出力值作为联盟低碳运营决策投入指标,观察联盟运营经济效益,环境效益,能源互补系数,可以评估联盟内不同形式能源优化组合决策优劣。

2)产出指标选取。

a)将联盟综合收益作为低碳运营产出指标,可反映联盟运营整体经济效果。

b)多能互补系数表示不同能源之间的互补程度,将多能互补系数作为产出指标,可反映联盟运营过程中各能源之间的协同效应和资源优化利用程度。

c)碳减排量反映了多能联盟减排效果,将碳减排量作为产出指标,可衡量联盟运营模式对电力系统低碳转型的支撑作用。

3)输入对输出指标影响程度分析。

采用灰色关联分析法[43],以阶梯基准碳价、阶梯区间、阶梯碳价增长率以及各能源出力值为特征序列(自变量),分别以联盟综合收益、多能互补系数、碳减排量为母序列(因变量),建模仿真,分析特征序列对母序列的影响关系,为多能联盟低碳运营决策奠定基础。

4.2 多能联盟低碳运营决策方法

基于多能联盟低碳运营决策指标,采用投入-产出反馈的三阶段DEA模型进行多能联盟低碳运营决策,主要包括以下三个方面。

第一阶段:多能联盟低碳运营效率评估。DEA模型可根据多项投入指标和多项产出指标,计算比较同类决策单元之间的相对效率[44]。将阶梯基准碳价、阶梯区间、阶梯碳价增长率、各机组出力作为DEA模型投入指标,以联盟综合收益、联盟碳减排量、多能互相系数作为DEA模型产出指标,将中国某地典型负荷曲线每小时对应的运行负荷作为DEA模型的决策单元,构建DEA多能联盟低碳运营效率评估模型,如式(20)所示。

(20)

式中k=1,2,…,24为决策单元;i=1,2,…,7为投入指标;r=1,2,3为产出指标;xik表示第k个决策单元第i个投入要素;yrk表示第k个决策单元第r个产出要素;θ为决策单元效率值;S-、S+为投入与产出指标松弛变量;et为示非阿基米德无穷小量;λi表示为k个决策单元第i个投入指标的权重。将投入和产出指标数据输入DEA模型可运算得出各决策单元效率值、投入松弛值S-以及产出松弛值S+,若投入产出松弛值均为0,说明决策单元达到最优效率;若任一松弛值大于0,说明决策单元弱有效,但还存在一定的效率提升空间。

第二阶段:消除外部天气环境变量对联盟低碳运营效率影响。根据研究假设式(4),多能联盟低碳运营效率不仅受决策单元影响,光伏运行状态还受光照强度、环境温度等因素和系统投入随机误差影响,同样风电出力受风速影响。在第一阶段基础上,以联盟外部天气环境因素、随机误差为自变量,投入指标松弛值为因变量,构建基于随机前沿法的回归方程(SFA)如式(21)所示。

sik=fi(zk;βp)+νik+uik

(21)

进一步利用SFA回归模型对决策单元的投入指标进行调整,将所有决策单元调整到相同的环境条件下评估联盟低碳运营效率,如式(22)所示。

(22)

第三阶段:基于DEA动态循环反馈的多能联盟低碳运营决策方法。对于联盟运营效率非DEA有效情况,可利用DEA第三阶段投影值分析法确定投入要素冗余量,循环调整阶梯式碳交易机制及各机组出力比例,直至联盟低碳运营效率达到最优,分析联盟低碳运营重点环节,为调整碳交易机制及各机组出力,实现多能联盟低碳高效运营决策奠定基础。

5 综合讨论与研究展望

5.1 综合讨论

结合本文研究方案,综合讨论如下:

1)本文将各发电主体分别作为一个整体参与市场运营,未考虑同一主体内单个机组之间配合问题,且不同机组间运营成本和效益存在差异性,将会对主体参与联盟意愿产生一定影响。

2)本文基于联盟运营满足相关物理约束的假设条件展开,系统物理约束条件对联盟合作稳定性的影响还需要进一步研究。下一步构建多能联盟低碳运营双层优化模型,下层考虑各主体出力特征及参与市场交易能量约束条件,上层构建多能联盟运营决策模型,通过联盟双层优化调度,以实现能源的平衡和最优化利用。

3)假设条件4未考虑经济发展水平,能源政策外部环境变化对各发电主体出力的影响,还需建立联盟外部多时间尺度能源环境变化预测模型,并结合联盟内部低碳运营模型,提升联盟优化能源调度和交易决策的精确性。

5.2 研究展望

1)探索未来大规模新能源跨区域消纳对于不同区域电力系统能源转型影响,系统研究不同区域间的低碳清洁能源优化配置以及碳-绿证市场高效率运营将是重点研究方向。

2)进一步考虑负荷削峰填谷效果,基于能源供需实时平衡的功率缺额模式,研究碳配额共享机制以及削峰填谷效果之间关系的相关变化规律,验证各主体对系统削峰填谷贡献,以及联盟体运营模式对于新能源电力系统低碳运营的支撑作用。

3)目前碳配额核定多以中长期时间尺度进行,基于碳配额按日折算的假设条件下,碳交易可与短期电力市场交易协同进行;此种运行模式具有碳价频繁大幅波动的风险,无法更好地调度发电侧资源。下一步将重点关注碳配额中长期核定与电力市场短期交易相融合,以及建立短期碳排放权定价配套机制,以抑制碳价大幅波动,为联盟低碳运营提供更为精确的调度方案和交易决策依据。

6 结束语

设计了多能联盟碳配额共享机制并构建联盟低碳运营决策方法,为新能源电力系统发展提供以下支撑:

1)碳配额共享机制约束火电碳排放,并提升多能联盟新能源出力比例及碳配额、绿证交易量,为电力系统低碳转型提供理论方法。

2)考虑各主体对联盟综合收益多重贡献因素,改进基于shapley值的收益分配方法,提升各能源参与联盟收益分配均衡性以及联盟合作的稳定性,并为能源优化组合及其收益分配的定量市场决策提供参考依据。

3)建立基于三阶段DEA的多能联盟优化低碳运营决策体系,通过联盟低碳运营效率指标变化规律,验证阶梯式碳交易机制引导碳减排效果,并为阶梯型碳交易机制改进提供参考依据,进一步引导不同特性能源积极联盟参与市场,为电力系统低碳运营决策奠定理论基础。