CN115689739A - 一种融合绿证市场的能源系统管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种融合绿证市场的能源系统管理方法，克服了现有技术中在能源系统未融入绿证市场、能源消纳量较低、能源系统运行成本和碳排放量较高的问题，包括以下步骤：S1：基于碳交易机制，建立碳排放模型；S2：基于绿证交易机制，建立新能源配额模型；S3：建立基于碳排放和绿证等价的绿证市场交易机制；S4：建立碳排放与绿证交互的能源系统运行模型，得到能源系统最优调度方案；S5：根据能源系统最优调度方案，对能源系统进行管理。将绿证市场融入能源系统，对能源系统进行管理，提高可再生能源的消纳量，降低能源系统的碳排放与能源系统运行总成本。

Description

一种融合绿证市场的能源系统管理方法

技术领域

本发明涉及综合能源系统运行优化技术领域，特别涉及了一种融合绿证 市场的能源系统管理方法。

背景技术

能源是当今社会发展和人们赖以生存的重要物质基础，在国民经济中占 有重要战略地位。近年来，考虑到化石能源的短缺问题以及化石能源对环境 造成的污染，我国开始实施以电代煤、以气代煤的能源发展战略，积极推动 能源结构调整，妥善应对石化能源短缺和扎实推进环保工作，使得不同种能 源间的联系日趋紧密，打破了各能源独立运行的既有模式，逐步形成电、冷、 热系统之间协调运行的区域综合能源系统。

区域综合能源系统能够整合多种能源，有效提升多种能源的消纳能力， 减少能源使用过程的浪费，目前，通过获取实体区域综合能源系统的必要参 数，将所述必要参数输入能源集线器中，可以实现对实体区域综合能源系统 的仿真模拟，模拟出真实场景，其中，所述必要参数为区域综合能源系统中 任一设备的能量转换平衡式、任一设备功率范围的不等式、电网电费、天然 气费用以及任一设备运行维护成本费用，现有区域综合能源系统调度优化方 法大多通过对区域综合能源系统的仿真模拟，计算出系统调度的最优解，从而优化区域综合能源系统的运行，不同的调度方法对综合能源系统消纳效果 以及经济效益有较大影响。

但目前的区域综合能源系统大多没有引入绿色证书交易，难以进一步提 高可再生能源的消纳量，输送到区域内不同子区域间的热能可能存在过剩， 过剩热能无法在利用，因此难以对输送到区域内不同子区域间的热能实现互 补，以实现热能的协调分配再利用，难以进一步降低区域综合能源系统的运 行成本和碳排放量，所述每一张绿色证书通过可再生能源设备产生的一定电 量换取，绿色证书可通绿证交易获得收益。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中在能源系统未融入绿证市场、能源消纳 量较低、能源系统运行成本和碳排放量较高的问题，提供了一种融合绿证市 场的能源系统管理方法，将绿证市场融入能源系统，对能源系统进行管理， 提高可再生能源的消纳量，降低能源系统的碳排放与能源系统运行总成本。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种融合绿证市场的能 源系统管理方法，包括下列步骤：

S1：基于碳交易机制，建立碳排放模型；

S2：基于绿证交易机制，建立新能源配额模型；

S3：建立基于碳排放和绿证等价的绿证市场交易机制；

S4：建立碳排放与绿证交互的能源系统运行模型，得到能源系统最优调 度方案；

S5：根据能源系统最优调度方案，对能源系统进行管理。

将现有碳交易与绿色证书交易机制交互，反应新能源低碳属性。首先分 别研究碳交易和绿色证书交易运行原理；然后提出绿证-碳排放等价交易机制， 通过绿证联动碳交易和绿交易；最后，以能源系统总成本最小为目标，建立 碳排放与绿证交互的能源系统运行模型；对模型进行求解，得到能源系统最 优调度方案。根据该方案，对能源系统进行管理，进行绿色调度。提高能源 系统绿电占比和能源消纳量，降低能源系统的碳排放与能源系统运行总成本。

作为优选，所述的步骤S1进一步表示为：

S1.1：采用基准线法和预分配法免费分配能源系统碳排放权配额；

S1.2：将能源系统碳排放量进行分段线性化处理，将碳排放量问题转化 为混合整数线性规划问题；

S1.3：计算能源系统参与碳交易的成本。

能源系统参与碳交易的成本如下：

式中，f_CET表示能源系统碳交易成本，α_CET表示单位碳排放权交易价格， Ω_G表示碳排放主体集合，D_i表示碳排放主体i的实际碳排放，Q_i表示碳排放 主体i的碳配额量，P_i表示碳排放主体i的输出功率，σ_i表示碳排放主体i 的单位出力碳排放强度，λ_i表示碳排放主体i的碳配额系数。碳排放主体主 要为新能源发电机组。碳交易是指通过建立合法的碳排放权认定机制并允许 对其进行买卖，实现控制碳排放量的交易机制，在该机制下，碳排放量成为 可以自由交易的商品，允许企业在不突破碳交易规定的前提下，交易企业内 部碳排放权，政府或者监管部门以控制总的碳排放量为目标，为含碳排放源 的企业分配碳排放配额，企业根据分配额制定和调节生产计划，若在此过程 中产生的碳排放量高于分配额，可以从碳交易市场中进行碳排放量购买，若 碳排放量低于配额，则可将多余的碳排放量出售，获得相应收益。本申请考 虑各类能源生产、传输、存储以及使用等环节产生的碳排放。

作为优选，所述的步骤S2进一步表示为：

S2.1：获取区域内能源系统的配额目标电量；

S2.2：获取区域内能源系统参加绿证交易的绿证数量；

S2.3：计算区域内能源系统参与绿证交易成本。

与碳排放交易相似，绿证即绿色证书，是指对进行新能源发电商颁发的 一种凭证，证明发电厂商有一部分的电力来自于新能源，其本身也代表一定 数量的绿色电量，证书具有一定的时效性，因此绿证价格由短期的供求关系 决定，绿色证书交易制度是保证新能源配额制度有效贯彻的配套措施，使得 各责任主体通过高效率和灵活的方式交易，通过实施新能源配额制和GCT政 策，目的是将新能源发电由政府直补方式逐渐过渡到市场化补贴方式。简单 来说，表现为：新能源发电商获取绿证，并在绿证交易市场出售绿证，各配 额主体(如用户、售电企业)从绿证交易市场购买绿证。

作为优选，所述的步骤S2.1包括：

S2.1.1：获取上一周期各配额主体对能源系统新能源配额完成情况，判断 上一周期各配额主体新能源配额完成度；

S2.1.2：根据上一周期各配额主体新能源配额完成度，对能源系统本期新 能源进行分配；

S2.1.3：若上一周期各配额主体新能源配额完成度高于预设值，则在本期 新能源分配中减少新能源配额，反之则增加新能源配额。

在传统新能源配额分配基础上，结合上一周期新能源配额完成情况来确 定本期新能源配额目标电量，灵活分配新能源配额，强化用户环保意识。

作为优选，所述步骤S2.2还包括获取新能源发电商上一周期新能源预测 情况，根据预测情况为新能源发电商发放绿证：若新能源发电商上一周期新 能源预测准确度若高于阈值，则增加单位绿电的绿证获得量，若低于阈值， 则扣除单位绿电的绿证获得量。从而激励新能源发电商提高预测准确度。

作为优选，所述步骤S3进一步表示为：

S3.1：计算区域内能源系统不同发电方式碳排放量；

S3.2：计算区域内能源系统绿证得到的碳减排量；

S3.3：计算区域内能源系统参与碳排放和绿证等价的绿证市场交易成本；

S3.4：对基于碳排放和绿证等价的绿证市场进行风险度量。

通过碳足迹或其他方式计算不同发电方式(不同能源发电)产生的温室 气体排放量，并统一折算成碳排放量。将新能源发电与不可再生能源发电产 生的碳排放量进行对比，得到相应种类的绿证得到的碳减排量。

作为优选，所述步骤S3.4进一步表示为：

S3.4.1：建立碳交易方参与交易的市场风险度量约束，计算碳交易方的市 场风险；

S3.4.2：建立绿证交易方参与交易的市场风险度量约束，计算绿证交易方 的市场风险。

碳交易的市场风险度量约束包括风险值约束和风险值非负约束。

作为优选，所述步骤S4中，进一步表示为：

S4.1：设置目标函数，所述目标函数为能源系统运行总成本最小；

S4.2：建立约束条件；

S4.3：对能源系统进行能效分析；

S4.4：对目标函数进行求解。

建立的目标函数为：

min f＝min(f_opc+f_GCT+f_CET,in)；

f_opc＝f_f+f_m+f_i；f表示能源系统总成本，f_opc表示能源系统运行成本， f_f表示燃料成本，f_m表示维护成本，f_i表示能源系统与上级电网的交互成本。

作为优选，所述步骤S4.2中，所述约束条件包括：能源系统能量供需平 衡约束，碳排放主体与储能装置出力约束、能源系统与上级电网的交互功率 约束、参与交易的绿色证书的配额约束条件及价格约束条件。

还包括电气母线平衡约束、蒸汽母线平衡约束、天燃气管道约束等。

作为优选，所述步骤S4.3中，对能源系统进行能效分析包括：

S4.3.1：分析能源系统的节能率：

式中，η表示能源系统节能率，E_r表示报告期能耗，E_c表示校准能耗；

S4.3.2：分析能源系统的综合能源利用率E。

式中，η_g表示燃煤机组平均供电效率，η_l表示线损率，P_eload,t表示能 源系统供电负荷，P_sell,t表示能源系统与上级电网之间的售电功率，P_hload,t表 示能源系统供热负荷，P_cload,t表示能源系统供冷负荷；L_CH4表示天然气低热 值；P_buy,t表示能源系统与上级电网之间的购电功率，T表示调度周期，F_GT,t表 示燃气轮机天然气消耗量，F_GB,t表示燃气过来天然气消耗量，P_j ^g表示第j组 可控机组出力。

因此，本发明具有如下有益效果：1、将绿证市场融入能源系统，溶蚀结 合碳交易市场，实现节能减排，使参与方能够优先考虑消纳可再生能源电量， 经济性好；2、将绿证市场融入能源系统，对能源系统进行管理，提高可再生 能源的消纳量，降低能源系统的碳排放与能源系统运行总成本。

附图说明

图1为本发明中方法的操作流程图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1所示的实施例中，可以看到一种融合绿证市场的能源系统管理方 法，其操作流程为：步骤一，基于碳交易机制，建立碳排放模型；步骤二， 基于绿证交易机制，建立新能源配额模型；步骤三，建立基于碳排放和绿证 等价的绿证市场交易机制；步骤四，建立碳排放与绿证交互的能源系统运行 模型，得到能源系统最优调度方案；步骤五，根据能源系统最优调度方案， 对能源系统进行管理。

首先分别研究碳交易和绿色证书交易运行原理；然后提出绿证-碳排放等 价交易机制，通过绿证联动碳交易和绿交易；最后，以能源系统总成本最小 为目标，建立碳排放与绿证交互的能源系统运行模型；对模型进行求解，得 到能源系统最优调度方案。根据该方案，对能源系统进行管理，进行绿色调 度。提高能源系统绿电占比和能源消纳量，降低能源系统的碳排放与能源系 统运行总成本。

下面通过具体的例子，进一步说明本申请的技术方案：

第一步：基于碳交易机制，建立碳排放模型。

采用基准线法和预分配法免费分配能源系统碳排放权配额；将能源系统 碳排放量进行分段线性化处理，将碳排放量问题转化为混合整数线性规划问 题；计算能源系统参与碳交易的成本。

本实施例中，能源系统参与碳交易的成本如下：

式中，f_CET表示能源系统碳交易成本，α_CET表示单位碳排放权交易价格， Ω_G表示碳排放主体集合，D_i表示碳排放主体i的实际碳排放，Q_i表示碳排放 主体i的碳配额量，P_i表示碳排放主体i的输出功率，σ_i表示碳排放主体i 的单位出力碳排放强度，λ_i表示碳排放主体i的碳配额系数。碳排放主体主 要为新能源发电机组。

第二步：基于绿证交易机制，建立新能源配额模型。

获取区域内能源系统的配额目标电量，本实施例中用如下公式表示：

配额目标电量＝新能源配额系数×(1+上一周期新能源配额完成度系数) ×能源系统总用电量预测值。

上一周期新能源配额完成度系数＝上一周期新能源配额完成度影响权重 ×(上一周期新能源配额完成度平均值-上一周期能源系统新能源配额完成度)。

具体表示为：获取上一周期各配额主体对能源系统新能源配额完成情况， 判断上一周期各配额主体新能源配额完成度；根据上一周期各配额主体新能 源配额完成度，对能源系统本期新能源进行分配；若上一周期各配额主体新 能源配额完成度高于预设值，则在本期新能源分配中减少新能源配额，反之 则增加新能源配额。

获取区域内能源系统参加绿证交易的绿证数量，在具体实施过程中，还 需获取新能源发电商上一周期新能源预测情况，根据预测情况为新能源发电 商发放绿证：若新能源发电商上一周期新能源预测准确度若高于阈值，则增 加单位绿电的绿证获得量，若低于阈值，则扣除单位绿电的绿证获得量。

则，能源系统新能源发电商绿证获取数量为：

能源系统新能源发电商绿证获取数量＝(1+新能源出力预测参数)×(周 期内新能源发电功率之和)。

新能源出力预测参数＝新能源出力预测影响权重×(上一周期新能源出力 预测准确度-新能源出力预测准确度标准值)。

计算区域内能源系统参与绿证交易成本，本实施例中绿证交易成本如下：

绿证交易成本＝单位绿证交易价格×(能源系统需要的绿证数量- 新能源发电商实际获得的绿证数量。

能源系统需要的绿证数量＝新能源配额需求电量×调度时间÷1000。

第三步：建立基于碳排放和绿证等价的绿证市场交易机制。

1：计算区域内能源系统不同发电方式碳排放量；通过碳足迹或其他方式 计算不同发电方式(不同能源发电)产生的温室气体排放量，并统一折算成 碳排放量。

2：计算区域内能源系统绿证得到的碳减排量；将新能源发电与不可再生 能源发电产生的碳排放量进行对比，得到相应种类的绿证得到的碳减排量。 具体表示为：用绿证得到的碳排放量等于燃煤供能得到的碳排放量与绿证对 应的新能供能得到的碳排放量之差。

3：计算区域内能源系统参与碳排放和绿证等价的绿证市场交易成本。

具体表示为：绿证市场交易成本＝单位碳排放权交易价格×(总碳排放量-总碳配额量-绿证抵消的碳排放量)。

4：对基于碳排放和绿证等价的绿证市场进行风险度量。

建立碳交易方参与交易的市场风险度量约束，计算碳交易方的市场风险； 建立绿证交易方参与交易的市场风险度量约束，计算绿证交易方的市场风险。

第四步：建立碳排放与绿证交互的能源系统运行模型，得到能源系统最 优调度方案。

1、设置目标函数，所述目标函数为能源系统运行总成本最小：

min f＝min(f_opc+f_GCT+f_CET,in)；

f_opc＝f_f+f_m+f_i；f表示能源系统总成本，f_opc表示能源系统运行成本， f_f表示燃料成本，f_m表示维护成本，f_i表示能源系统与上级电网的交互成本。；

2、建立约束条件；约束条件包括：能源系统能量供需平衡约束，碳排放 主体与储能装置出力约束、能源系统与上级电网的交互功率约束、参与交易 的绿色证书的配额约束条件及价格约束条件；还包括电气母线平衡约束、蒸 汽母线平衡约束、天燃气管道约束等。

3、对能源系统进行能效分析：

(1)分析能源系统的节能率；S4.3.1：分析能源系统的节能率：

式中，η表示能源系统节能率，E_r表示报告期能耗，E_c表示校准能耗；

(2)分析能源系统的综合能源利用率E：

式中，η_g表示燃煤机组平均供电效率，η_l表示线损率，P_eload,t表示能 源系统供电负荷，P_sell,t表示能源系统与上级电网之间的售电功率，P_hload,t表 示能源系统供热负荷，P_cload,t表示能源系统供冷负荷；L_CH4表示天然气低热 值；P_buy,t表示能源系统与上级电网之间的购电功率，T表示调度周期，F_GT,t表 示燃气轮机天然气消耗量，F_GB,t表示燃气过来天然气消耗量，P_j ^g表示第j组 可控机组出力，n表示新能源种类。

4、对目标函数进行求解。

本申请中的目标函数为混合整数线性规划函数，可以用CPLEX求解器进 行求解。

第五步：根据能源系统最优调度方案，对能源系统进行管理。

提高可再生能源的消纳量，降低能源系统的碳排放与能源系统运行总成 本。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何 形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变 体及改型。

Claims (10)

1.一种融合绿证市场的能源系统管理方法，其特征在于，它包括下列步骤：

S1：基于碳交易机制，建立碳排放模型；

S2：基于绿证交易机制，建立新能源配额模型；

S3：建立基于碳排放和绿证等价的绿证市场交易机制；

S4：建立碳排放与绿证交互的能源系统运行模型，得到能源系统最优调度方案；

S5：根据能源系统最优调度方案，对能源系统进行管理。

2.根据权利要求1所述的一种融合绿证市场的能源系统管理方法，其特征在于，所述的步骤S1进一步表示为：

S1.1：采用基准线法和预分配法免费分配能源系统碳排放权配额；

S1.2：将能源系统碳排放量进行分段线性化处理，将碳排放量问题转化为混合整数线性规划问题；

S1.3：计算能源系统参与碳交易的成本。

3.根据权利要求1所述的一种融合绿证市场的能源系统管理方法，其特征在于，所述的步骤S2进一步表示为：

S2.1：获取区域内能源系统的配额目标电量；

S2.2：获取区域内能源系统参加绿证交易的绿证数量；

S2.3：计算区域内能源系统参与绿证交易成本。

4.根据权利要求3述的一种融合绿证市场的能源系统管理方法，其特征在于，所述的步骤S2.1包括：

S2.1.1：获取上一周期各配额主体对能源系统新能源配额完成情况，判断上一周期各配额主体新能源配额完成度；

S2.1.2：根据上一周期各配额主体新能源配额完成度，对能源系统本期新能源进行分配；

S2.1.3：若上一周期各配额主体新能源配额完成度高于预设值，则在本期新能源分配中减少新能源配额，反之则增加新能源配额。

5.根据权利要求3或4所述的一种融合绿证市场的能源系统管理方法，其特征在于，所述步骤S2.2还包括获取新能源发电商上一周期新能源预测情况，根据预测情况为新能源发电商发放绿证：若新能源发电商上一周期新能源预测准确度若高于阈值，则增加单位绿电的绿证获得量，若低于阈值，则扣除单位绿电的绿证获得量。

6.根据权利要求1所述的一种融合绿证市场的能源系统管理方法，其特征在于，所述步骤S3进一步表示为：

S3.1：计算区域内能源系统不同发电方式碳排放量；

S3.2：计算区域内能源系统绿证得到的碳减排量；

S3.3：计算区域内能源系统参与碳排放和绿证等价的绿证市场交易成本；

S3.4：对基于碳排放和绿证等价的绿证市场进行风险度量。

7.根据权利要求6所述的一种融合绿证市场的能源系统管理方法，其特征在于，所述步骤S3.4进一步表示为：

S3.4.1：建立碳交易方参与交易的市场风险度量约束，计算碳交易方的市场风险；

S3.4.2：建立绿证交易方参与交易的市场风险度量约束，计算绿证交易方的市场风险。

8.根据权利要求1所述的一种融合绿证市场的能源系统管理方法，其特征在于，所述步骤S4中，进一步表示为：

S4.1：设置目标函数，所述目标函数为能源系统运行总成本最小；

S4.2：建立约束条件；

S4.3：对能源系统进行能效分析；

S4.4：对目标函数进行求解。

9.根据权利要求8所述的一种融合绿证市场的能源系统管理方法，其特征在于，所述步骤S4.2中，所述约束条件包括：能源系统能量供需平衡约束，碳排放主体与储能装置出力约束、能源系统与上级电网的交互功率约束、参与交易的绿色证书的配额约束条件及价格约束条件。

10.根据权利要求8或9所述的一种融合绿证市场的能源系统管理方法，其特征在于，所述步骤S4.3中，对能源系统进行能效分析包括：

S4.3.1：分析能源系统的节能率；

S4.3.2：分析能源系统的综合能源利用率。

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