多能聯盟低碳運營決策方法研究框架與展望

崔勇,韓一春,鄭謙,國海,楊文杰,劉宗飛

(1.三峽大學 電氣與新能源學院,湖北 宜昌 443002; 2.安徽科技學院 管理學院,安徽 蚌埠 233030; 3.寧夏理工學院 電氣信息工程學院,寧夏 石嘴山 753000; 4.安徽科技學院 電氣與電子工程學院,安徽 蚌埠 233030)

0 引 言

建設以新能源為主體的新型電力系統是力爭我國2030年前實現碳達峰、2060年前實現碳中和目標的有效途徑[1]。能源行業在碳排放中所占比重較大,是電力系統低碳轉型的關鍵[2]。隨著電力系統的不斷發展,具有不同發電特性的能源在電能生產、傳輸、消費和存儲等環節耦合作用越來越強[3]。如虛擬電廠[4]聚合分布式能源、儲能系統、可控負荷等資源,為電網提供主動管理服務并提升系統運行穩定性,但在虛擬電廠實際應用中,面臨著技術標準、數據共享和市場監管等方面的問題,限制了其規?；瘧煤托б姘l揮。綜合能源系統(integrated energy system, IES)[5]需要解決不同能源間的協調和優化問題,包括能源互補性的評估、能量流動管理以及多能源間的協同控制等方面的挑戰。負荷聚合商[6]整合分散的需求響應參與電力市場運營,提高市場交易效率,但其在促進不同能源協調合作方面受限。本文在多能互補運營模式[7-8]基礎上,提出由風電、光伏、水電、火電構成的多能聯盟運營模式,通過多種異質能源之間的信息對稱與資源共享,更好地整合不同形式能源,提高能源生產與供應效率,并且考慮聯盟內各發電主體利益分配均衡性及合作運營穩定性,建立合理的效益分配機制,提升各主體參與聯盟意愿。

為進一步了解本文相關研究的國內外前沿,利用Citespace軟件繪制多能聯盟相關關鍵詞共現及時間發展脈絡的知識圖譜,凝練其重點研究方向,分析多能聯盟領域研究現狀及其存在的不足之處,并構建由風電廠、光伏電站、抽水蓄能電站、火電廠(以下簡稱風電、光伏、水電、火電)組成的多能聯盟低碳運營研究框架。設計聯盟碳配額共享機制,降低火電碳排放,并以各發電主體利益為導向構建多能聯盟電-碳-綠證協同優化運營模型,根據各主體對聯盟運營收益的多重貢獻度,改進shapley值法對聯盟綜合收益進行再分配,提升各發電主體參與聯盟意愿。最后建立多能聯盟低碳運營決策體系,為制定新能源電力系統低碳運營方案提供決策依據。

1 基于知識圖譜的多能聯盟相關研究熱點分析

1.1 數據來源與處理方法

本文采用Citespace軟件進行多能聯盟領域相關研究知識圖譜分析,數據來源于Web of Science(WOS)核心數據庫與中國知網(CNKI)的北大中文核心、CSSCI、CSCD、EI類期刊,檢索方式是在WOS的主題詞檢索欄輸入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",同時設置CNKI的搜索篇關摘為TKA=碳交易+低碳+碳市場+碳配額 AND TKA=多能互補+綜合能源+發電聯盟+多能聯盟,精確檢索兩個數據庫在2010年1月至2023年5月發表的“研究論文”和“綜述論文”,通過手動篩選去除無關文獻,最終保留待分析的文獻數量分別為CNKI350篇和WOS500篇。

1.2 研究熱點關鍵詞共現分析

基于Citespace軟件及知識圖譜方法[9]分析國際與國內期刊相關研究關鍵詞共現關系,發現國內外相關研究的共同熱點關鍵詞包括碳中和(carbon neutrality)、碳交易(carbon trading)、多能互補(國際側重于研究integrated energy system)、合作博弈(cooperative game)等,且上述關鍵詞出現頻次相對較高,屬于核心關鍵詞。將熱點關鍵詞進行歸納總結,可以凝練出三個重點研究方向:1)關于多類能源聯合參與碳交易降低碳排放等方面的研究;2)多類能源互補運營以降低成本或提升能源利用效率等方面的研究;3)多類能源聯盟運營收益分配機制等方面的研究。

1.2.1 多類能源聯盟運營碳交易機制

以多類能源聯盟運營模式參與碳市場,根據碳交易中碳價的差異,可分為單一碳價交易、階梯式碳價交易和市場出清碳價交易3種。文獻[10-11]建立了含單一碳價格交易的多能源系統經濟調度模型,探討碳交易機制對多能園區碳減排的引導作用。單一碳價交易的規則簡單,適用于碳交易市場初期階段[12],但未能反映碳交易市場的實時供需關系。

階梯式碳交易機制根據碳交易量設定不同的交易價格區間,燃煤企業受高碳排放成本驅使主動節能減排。文獻[13]研究階梯式碳交易機制對IES碳排放和運營收益的影響,與單一碳價交易機制相比,設置合理的階梯碳交易價格和碳排放權交易量可顯著降低碳排放量,提高IES運營收益。文獻[14]在此基礎上,構建了獎懲階梯式碳交易模型,對比研究碳交易統一碳價,階梯碳價與獎懲階梯碳價三種碳價機制對電力系統碳排放的影響。與單一碳價交易相比,階梯碳交易使高排放企業支付更高的成本,對其碳排放抑制能力更強[15]。

與單一碳價和階梯碳價交易機制相比,市場出清碳價交易機制更能體現碳交易供需關系,充分發揮市場資源配置作用[16]。但是,市場出清碳價交易過程復雜,且具有碳價大幅波動等風險,需要建立健全的配套市場監管機制[17]。上述文獻側重于研究碳交易機制對系統外部環境減排效果,但未考慮碳交易機制設計合理性與碳減排效果關聯性,且由于碳交易本質上是增加傳統能源碳排放成本引導其減小出力,可能會影響聯盟整體經濟效益。

1.2.2 多類能源互補優化運營

多能互補系統運營商通過對不同類型能源的智能調度和協同管理,整合各類能源優勢,降低能源系統的運營成本,并提升能源利用效率。多能互補系統主要有兩種模式:一是面向終端用戶電、熱、冷、氣等多種用能需求,互補利用傳統能源和新能源,優化布局建設集成供能基礎設施,通過天然氣熱電冷三聯供或IES等方式,實現多能協同供應和能源梯級利用;文獻[18]提出日前、日內、實時三個層次的IES優化運行策略,有效利用多種能源互補優勢,促進IES多時空尺度能源供需平衡。文獻[19]建立社區綜合能源服務系統優化模型,分析用戶耗能特性和電熱多能需求響應,優化其能源消費行為,降低用戶用能成本并提高用電滿意度。二是利用風能、太陽能、水能、火電等大型綜合能源基地的資源組合優勢,推進風光水火儲多能互補系統建設運行。文獻[20]針對風-光-熱-儲-氫多能互補發電系統,提出一種基于全年時序生產模擬的源端電/熱/氫儲能容量協調優化配置方法,提高系統運行經濟性和利用率。文獻[21]提出基于燃氫燃氣輪機的風光火儲多能互補優化調度策略,拓寬多能互補的途徑,提高能源的綜合利用效率?，F有研究側重于利用多能源互補特性,降低其運行成本或獲得規模經濟效益,但并未考慮各主體參與聯合運營意愿,在提升合作運營穩定性方面存在進一步研究空間。

1.2.3 多類能源聯盟運營收益分配機制

多能源聯盟運營模式下,各主體均具有追求自身利益最大化的需求,聯盟參與電力市場或碳市場獲得收益,將該收益按貢獻分配給各能源主體,建立合理的利益分配機制是聯盟穩定運營的核心[22]。目前多數研究基于合作博弈理論建立聯盟收益分配機制[23-24]。文獻[25]基于shapley值法,構建了園區用戶、供氣系統、IES的合作博弈利益分配模型,以各主體對合作聯盟的貢獻進行利益分配,最大限度發揮園區內部各能源系統的聯動性。但常規shapley值法按統一權重的1/n分配給參與者,忽略了各主體收益分配需要考慮的其他因素貢獻,影響其參與聯盟意愿。針對此問題,文獻[26]提出一種基于能源消耗率改進的shapley值利潤分配機制,并應用于多社區利潤分配場景,有效地保證多社區穩定合作。文獻[27]綜合考慮風險水平,利潤貢獻率,提出多因素改進的shapley值法收益分配模型,有效提高虛擬電廠整體及其內部成員參與市場競爭后的收益。上述文獻側重于考慮利潤貢獻率等經濟因素對shapley值法進行改進,考慮環境因素的影響改進收益分配機制的研究較少。

1.3 關鍵詞時間線分析

早在2011年之前,國際已開始采用多類能源聯盟運營模式參與碳交易市場,進行系統低碳運營。相比之下,國內碳市場起步較晚,在早期不同能源聯合運營研究中,主要以安全約束和經濟成本作為主要考慮目標[28-29],降低能源供給成本,提升能源整體利用效率,促進不同能源之間的深度融合。在碳交易關鍵詞中,我國于2019年提出基于碳配額-綠證聯合交易的IES低碳運營策略[30-31],且碳捕集[32]及電轉氣[33]等技術發展進一步為電力系統低碳運營提供新的途徑。在合作博弈關鍵詞中:國內側重于研究多能源合作運營后的收益分配或成本分攤問題[34-35],以提升各主體利益分配合理性;國際側重于電動汽車[36]、儲能[37]等方面合作博弈研究。

在雙碳目標下,國內外電力系統發展以能源轉型為主,但由于國內能源需求量巨大,傳統能源在電力生產方面仍然占據主導地位,歐洲許多國家已實現電力系統能源轉型,如冰島已實現100%新能源供電。在電力系統低碳發展方面國內外主要研究新能源開發與利用,比如:1)通過高效的新能源發展規劃,提升新能源裝機容量,以滿足系統降碳和用能需求;2)通過對現有新能源發電技術改進,結合信息技術和人工智能技術,實時分析新能源系統運營數據,預測能源需求和供應情況,提高新能源系統發電效率和可靠性;3)為解決新能源出力的不確定性和間歇性,以提高電力系統運行可靠性和穩定性,積極開展新能源、傳統能源及儲能的協同運營研究;4)研究新能源的網絡互聯、跨境能源合作以及跨國電力交易,實現更大范圍的能源資源優化配置。

1.4 多能聯盟領域待解決的關鍵問題

通過對CNKI的350篇和WOS的500篇論文中相關研究熱點關鍵詞分析及時間發展脈絡分析,發現以多能源聯合運營模式參與市場運營存在以下問題:

1)不同發電特性能源的協同運營受到高度關注,但是考慮合作穩定性參與市場交易的收益分配優化決策方法研究不夠深入;尤其是基于外部市場交易競爭的各主體組合動態收益優化平衡研究不足。

2)階梯式碳交易機制促進系統減少碳排放等方面雖有研究,但是關于碳減排量、階梯碳價及階梯區間之間關聯性的機理研究不足,缺少對于碳交易機制實際運作效果的理論驗證。

3)不同發電主體利用其互補優勢聯合參與市場交易,提高系統運行效率與各主體收益等方面雖有研究;但對于系統內部各主體收益分配均衡性,以及考慮不同主體參與聯合運營意愿方面研究不足。

針對上述問題,本文提出考慮碳配額共享的多能聯盟低碳運營決策方法,并設計總體研究框架,如圖1所示。

2 多能聯盟碳配額共享機制

2.1 多能聯盟研究假設

1)假設風電、光伏、水電、火電四種能源為實現總體利益或個體利益提升有存在聯盟的可能性,不同主體之間合作,實現聯盟運營穩定需滿足兩個基本條件:一是聯盟整體收益大于其每個成員單獨經營時的收益之和;二是主體在聯盟內分配所得利益不低于獨立運營。

2)假設聯盟內各發電主體生產信息對稱,不同能源可以更好地預測和調整產能及需求,以確保聯盟內部資源共享?；诼撁速Y源共享機制,假設多能聯盟運營滿足相關物理約束,即系統運行電壓、頻率等指標均在正常范圍以內。

3)本文主要研究不同發電主體參與聯盟運營組合優化機制問題,假設將各發電主體分別作為一個整體參與聯盟體運營,暫不考慮同一發電主體內發電機組或單元的發電效率等差異化。

4)假設發電側和需求側可以進行電能自由交易,“風、光、水、火”出力能夠滿足功率供需平衡,在負荷曲線24小時內,假設各發電主體不受經濟發展水平,能源政策外部環境影響;但一天24小時內的光照強度、溫度、風速天氣環境變化會影響風電、光伏出力值。

2.2 聯盟內碳配額共享機制

碳配額共享機制核心思路為設定減排目標約束火電碳排放,并將減排目標對應的碳配額共享給多能聯盟,增加風電、光伏出力并申請綠色證書,獲取多重低碳收益。水電為風電、光伏出力不確定性提供備用輔助服務,且由于聯盟內部資源共享,水電與新能源之間不涉及輔助服務方面的交易,但考慮到火電在聯盟參與市場交易中的主動降碳貢獻,以及水電提供輔助服務貢獻,需對其進行收益補償。該機制以利益引導多能聯盟低碳運營,具體實施步驟如下。

步驟一:多能聯盟運營模式下碳排放主要來源于火電,采用基準法對火電進行碳配額,關系表達式為火電碳排放權配額與其出力成正比[38],如式(1)所示。

(1)

步驟二:根據火電往年碳排放數據以及碳達峰預測時間與峰值碳排放量[39],設定減排目標CM,此時火電碳排放約束與聯盟參與碳市場交易約束分別如式(2)、式(3)所示。

CP≤CL-CM

(2)

CM≤CJ≤CL

(3)

式中CP為火電碳排放量;CJ為聯盟參與碳市場的碳交易量。根據式(2)并結合式(4)可折算火電最大出力值。

(4)

式中a、b、c為火電碳排放計算系數。

步驟三:火電碳配額共享量對應發電權轉讓給風電、光伏,提升新能源出力并申請綠色證書。

步驟四:多能聯盟運營商參與電-碳-綠證市場交易,其中火電獲取碳交易收益,風電、光伏獲得增發電量收益及綠證收益。

步驟五:考慮聯盟內部各發電主體對聯盟綜合收益的不同貢獻度,對聯盟收益進行重新分配,以提升各主體合作運營穩定性。

3 多能聯盟低碳運營研究方案

3.1 多能聯盟電-碳-綠證協同優化運營模型

多能聯盟運營商統籌火電最大發電量約束條件,結合電力交易中心給定的負荷曲線,考慮火電參與碳市場,以及風電、光伏參與綠證市場出清計算,申報各主體出力計劃。多能聯盟運營模式促使新能源電力、碳交易與綠證交易量協同增加,考慮碳配額共享的多能聯盟協同運營模式如圖2所示。

圖2 考慮碳配額共享的多能聯盟協同運營模式

聯盟運營商以參與電-碳-綠證市場總收益最大為目標運營,如式(5)所示。

maxE=EC+EP+EG

(5)

式中E為多能聯盟總收益;EC為聯盟參與碳市場收益;EP為聯盟參與電力市場收益;EG為聯盟參與綠證市場收益。

1)參與碳市場收益。

多能聯盟中火電以階梯式碳交易機制參與碳市場,主要包括交易配額量、階梯基準碳價、階梯區間、階梯碳價增長率、碳交易收益五類參數,其本質是交易價格按照一定區間長度階梯遞加,火電碳交易收益也按照一定區間長度階梯遞加,以激勵其主動減排[40],該機制可通過式(6)進行表示。

(6)

式中ρ為碳交易基準價格;d為階梯區間長度;δ為階梯碳價增長率,每上升一個階梯,碳交易價格增長幅度為δρ。

以聯盟碳交易收益最大為目標,將式(6)多段函數表示為一個函數,如式(7)所示。

(7)

式中l表示為階梯個數;ρ、d、CJ、δ分別表示階梯基準碳價,階梯區間、碳配額交易量與階梯碳價增長率;ρmax、ρmin分別為階梯基準碳價上下限;δmax為階梯碳價增長率上限。

對于式(7)最大化問題,擬采用KKT條件求解,引入拉格朗日乘子λ,將約束條件g(ρ,d,CJ,δ)納入目標函數EC中,構造拉格朗日函數,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條件如下:

a)穩定性條件。

?L/?ρ=?L/?d=?L/?CJ=?L/?δ=0

(9)

b)原始可行性條件。

g(ρ,d,CJ,δ)≥0

(10)

c)對偶可行性條件。

λ≥0

(11)

d)互補松弛可行性條件。

λ*g(ρ,d,CJ,δ)=0

(12)

結合文獻[8]碳市場出清模型,聯立公式(6)～(12),可以求得聯盟與碳市場交易最大收益,以及對應的階梯基準碳價、階梯區間長度、階梯碳價增長率與一天各時段的最優碳配額交易量。

2)參與電力市場售電收益。

多能聯盟考慮火電碳約束式(2)～式(4),以新能源出力最大為目標,向電力市場申報出力計劃,電力現貨市場出清后,聯盟參與電力市場售電收益為。

(13)

式中λi為不同能源出力比例;ui為各主體對應的上網電價。

3)參與綠證市場收益。

風電、光伏主體每發1 MW·h電能,可申請一個綠色證書,參與綠證市場交易。聯盟參與綠證市場收益為:

EG=αQ

(14)

式中α和Q分別為綠證市場的交易價格和多能聯盟交易綠證的數量。

3.2 考慮多因素的Shapley值法的收益分配模型

多能聯盟的綜合收益是由各個能源相互合作共同產生的,當各主體核定自身收益偏離收益分配均衡值較多時,則影響其參與聯盟意愿,降低聯盟運營穩定性,因此需要對聯盟的綜合收益進行合理分配,基于Shapley值法的聯盟收益分配模型如式(15)所示。

(15)

式中xi(0)為四種能源主體收益分配Shapley值;n是構成聯盟的主體數量;|s|是聯盟子集s中的主體數量,|s|≤n;v(s)是子集s收益;v(si)為子集s去除主體i后對應的收益。

不同發電主體對聯盟綜合收益貢獻各異,多能聯盟綜合收益既包括參與碳市場與綠證市場獲得的低碳收益,也包括風電、光伏的增發電量收益,且風電、光伏產生增發電量成本,水電產生提供備用輔助服務成本。本文擬將綠色環保貢獻度[41]、綜合收益貢獻度和成本貢獻度納入Shapley模型,引入改進因子對分配結果進行再調整,提出基于多因素改進Shapley值法的多能聯盟收益分配模型。

1)綠色環保貢獻度。

在多能聯盟運營過程中,火電對環境保護的貢獻體現在其參與碳市場交易增加的碳配額收益,風電、光伏對環境保護的貢獻體現在其通過提高消納量增加的綠證收益,定義綠色環保貢獻度為各主體綠色環保收益和聯盟總綠色環保收益的比值。

2)綜合收益貢獻度。

聯盟內各能源在進行收益分配時,不但考慮Shapley值法中的邊際貢獻,還應考慮各主體對于整個聯盟的收益貢獻,定義綜合收益貢獻度為各主體收益占聯盟總收益的比值。

3)成本貢獻度。

風電、光伏增發電量成本和水電提供備用輔助服務成本屬于合作成本損失,降低其參與聯盟意愿,故將各主體成本貢獻度納入收益分配模型,定義成本貢獻度為各主體改變自身運行狀態帶來的成本變動與聯盟總成本變動的比值。

基于多重因素改進的Shapley收益分配表達式為:

(16)

3.3 多能聯盟互補能力分析

多能聯盟運營時,若各主體間的出力波動方向相反,即能夠相互抵消,這表明各發電主體存在互補特性?；パa系數可用于衡量不同能源之間互補程度[42],它通?；诓煌茉闯隽祿南嚓P性分析計算得出,如式(17)～式(19)所示。

(17)

(18)

(19)

4 多能聯盟低碳運營決策體系

選取合適的指標是聯盟低碳運營決策的前提和基礎,將可以反映聯盟運營經濟、低碳性、互補性的指標作為產出,將影響聯盟產出的指標作為投入,并采用灰色關聯分析法檢驗投入-產出指標之間的因果關聯關系,構建基于投入-產出反饋的DEA三階段低碳運營決策體系,聯盟低碳運營決策流程如圖3所示。

圖3 多能聯盟低碳運營決策流程圖

4.1 多能聯盟低碳運營決策指標選取

1)投入指標選取。

a)階梯基準碳價表示碳交易的基準價格,階梯區間表示碳交易價格的范圍,階梯碳價增長率反映了碳交易價格的變化速度,將上述階梯碳交易機制中參數作為聯盟低碳運營決策投入指標,觀察聯盟運營碳減排結果,可判斷階梯碳交易機制是否達到碳減排引導效果。

b)將各能源出力值作為聯盟低碳運營決策投入指標,觀察聯盟運營經濟效益,環境效益,能源互補系數,可以評估聯盟內不同形式能源優化組合決策優劣。

2)產出指標選取。

a)將聯盟綜合收益作為低碳運營產出指標,可反映聯盟運營整體經濟效果。

b)多能互補系數表示不同能源之間的互補程度,將多能互補系數作為產出指標,可反映聯盟運營過程中各能源之間的協同效應和資源優化利用程度。

c)碳減排量反映了多能聯盟減排效果,將碳減排量作為產出指標,可衡量聯盟運營模式對電力系統低碳轉型的支撐作用。

3)輸入對輸出指標影響程度分析。

采用灰色關聯分析法[43],以階梯基準碳價、階梯區間、階梯碳價增長率以及各能源出力值為特征序列(自變量),分別以聯盟綜合收益、多能互補系數、碳減排量為母序列(因變量),建模仿真,分析特征序列對母序列的影響關系,為多能聯盟低碳運營決策奠定基礎。

4.2 多能聯盟低碳運營決策方法

基于多能聯盟低碳運營決策指標,采用投入-產出反饋的三階段DEA模型進行多能聯盟低碳運營決策,主要包括以下三個方面。

第一階段:多能聯盟低碳運營效率評估。DEA模型可根據多項投入指標和多項產出指標,計算比較同類決策單元之間的相對效率[44]。將階梯基準碳價、階梯區間、階梯碳價增長率、各機組出力作為DEA模型投入指標,以聯盟綜合收益、聯盟碳減排量、多能互相系數作為DEA模型產出指標,將中國某地典型負荷曲線每小時對應的運行負荷作為DEA模型的決策單元,構建DEA多能聯盟低碳運營效率評估模型,如式(20)所示。

(20)

式中k=1,2,…,24為決策單元;i=1,2,…,7為投入指標;r=1,2,3為產出指標;xik表示第k個決策單元第i個投入要素;yrk表示第k個決策單元第r個產出要素;θ為決策單元效率值;S-、S+為投入與產出指標松弛變量;et為示非阿基米德無窮小量;λi表示為k個決策單元第i個投入指標的權重。將投入和產出指標數據輸入DEA模型可運算得出各決策單元效率值、投入松弛值S-以及產出松弛值S+,若投入產出松弛值均為0,說明決策單元達到最優效率;若任一松弛值大于0,說明決策單元弱有效,但還存在一定的效率提升空間。

第二階段:消除外部天氣環境變量對聯盟低碳運營效率影響。根據研究假設式(4),多能聯盟低碳運營效率不僅受決策單元影響,光伏運行狀態還受光照強度、環境溫度等因素和系統投入隨機誤差影響,同樣風電出力受風速影響。在第一階段基礎上,以聯盟外部天氣環境因素、隨機誤差為自變量,投入指標松弛值為因變量,構建基于隨機前沿法的回歸方程(SFA)如式(21)所示。

sik=fi(zk;βp)+νik+uik

(21)

進一步利用SFA回歸模型對決策單元的投入指標進行調整,將所有決策單元調整到相同的環境條件下評估聯盟低碳運營效率,如式(22)所示。

(22)

第三階段:基于DEA動態循環反饋的多能聯盟低碳運營決策方法。對于聯盟運營效率非DEA有效情況,可利用DEA第三階段投影值分析法確定投入要素冗余量,循環調整階梯式碳交易機制及各機組出力比例,直至聯盟低碳運營效率達到最優,分析聯盟低碳運營重點環節,為調整碳交易機制及各機組出力,實現多能聯盟低碳高效運營決策奠定基礎。

5 綜合討論與研究展望

5.1 綜合討論

結合本文研究方案,綜合討論如下:

1)本文將各發電主體分別作為一個整體參與市場運營,未考慮同一主體內單個機組之間配合問題,且不同機組間運營成本和效益存在差異性,將會對主體參與聯盟意愿產生一定影響。

2)本文基于聯盟運營滿足相關物理約束的假設條件展開,系統物理約束條件對聯盟合作穩定性的影響還需要進一步研究。下一步構建多能聯盟低碳運營雙層優化模型,下層考慮各主體出力特征及參與市場交易能量約束條件,上層構建多能聯盟運營決策模型,通過聯盟雙層優化調度,以實現能源的平衡和最優化利用。

3)假設條件4未考慮經濟發展水平,能源政策外部環境變化對各發電主體出力的影響,還需建立聯盟外部多時間尺度能源環境變化預測模型,并結合聯盟內部低碳運營模型,提升聯盟優化能源調度和交易決策的精確性。

5.2 研究展望

1)探索未來大規模新能源跨區域消納對于不同區域電力系統能源轉型影響,系統研究不同區域間的低碳清潔能源優化配置以及碳-綠證市場高效率運營將是重點研究方向。

2)進一步考慮負荷削峰填谷效果,基于能源供需實時平衡的功率缺額模式,研究碳配額共享機制以及削峰填谷效果之間關系的相關變化規律,驗證各主體對系統削峰填谷貢獻,以及聯盟體運營模式對于新能源電力系統低碳運營的支撐作用。

3)目前碳配額核定多以中長期時間尺度進行,基于碳配額按日折算的假設條件下,碳交易可與短期電力市場交易協同進行;此種運行模式具有碳價頻繁大幅波動的風險,無法更好地調度發電側資源。下一步將重點關注碳配額中長期核定與電力市場短期交易相融合,以及建立短期碳排放權定價配套機制,以抑制碳價大幅波動,為聯盟低碳運營提供更為精確的調度方案和交易決策依據。

6 結束語

設計了多能聯盟碳配額共享機制并構建聯盟低碳運營決策方法,為新能源電力系統發展提供以下支撐:

1)碳配額共享機制約束火電碳排放,并提升多能聯盟新能源出力比例及碳配額、綠證交易量,為電力系統低碳轉型提供理論方法。

2)考慮各主體對聯盟綜合收益多重貢獻因素,改進基于shapley值的收益分配方法,提升各能源參與聯盟收益分配均衡性以及聯盟合作的穩定性,并為能源優化組合及其收益分配的定量市場決策提供參考依據。

3)建立基于三階段DEA的多能聯盟優化低碳運營決策體系,通過聯盟低碳運營效率指標變化規律,驗證階梯式碳交易機制引導碳減排效果,并為階梯型碳交易機制改進提供參考依據,進一步引導不同特性能源積極聯盟參與市場,為電力系統低碳運營決策奠定理論基礎。