基于阶梯碳交易的含 P2G-CCS 耦合和燃气掺氢的虚拟电厂优化调度附Matlab代码

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🔥 内容介绍

一、研究背景与系统架构

（一）研究背景

在 “双碳” 目标与能源市场化改革双重推动下，虚拟电厂（Virtual Power Plant, VPP）作为整合分布式能源、储能与可控负荷的核心载体，其优化调度需兼顾经济收益、碳减排目标与多能互补特性。当前 VPP 调度面临三大关键挑战：一是传统燃气机组碳排放强度高，需引入碳捕集（CCS）与燃气掺氢技术降低排放；二是风电、光伏等新能源出力波动性大，需通过电转气（P2G）实现 “电 - 气 - 碳” 多能流协同；三是碳交易机制从固定价格向阶梯定价升级，需动态调整调度策略以平衡碳成本与经济收益。

为此，开展基于阶梯碳交易、融合 P2G-CCS 耦合系统与燃气掺氢技术的 VPP 优化调度研究，对提升 VPP 低碳运行水平与市场竞争力具有重要意义。

（二）VPP 系统架构

构建含多元主体的 VPP 系统，核心构成如下：

1. 能源生产单元

• 新能源机组：100MW 风电 + 80MW 光伏，出力数据采用历史实测数据与 Weibull 分布模拟；

• 燃气掺氢机组：额定功率 60MW，掺氢比例可在 15%-30% 调节（掺氢量提升 1% 可降低碳排放 2.3%）；

• 储能系统：20MW/80MWh 锂电池储能，充放电效率 90%， SOC 约束为 20%-90%。

1. 低碳转化单元

• P2G 系统：电解槽功率 30MW（耗电 4.5kWh/Nm³），将电能转化为氢气，部分注入燃气机组掺烧，部分储存（储氢罐容量 500Nm³）；

• CCS 系统：配套燃气掺氢机组，捕集效率 90%（能耗占机组出力 5%），液态二氧化碳外销价格为 300 元 / 吨。

1. 外部交互单元

• 与电网交互：峰谷分时电价（峰段 1.2 元 /kWh，平段 0.7 元 /kWh，谷段 0.3 元 /kWh），购售电无容量限制；

• 碳交易市场：阶梯碳价（年配额 2000 吨，超配额 0-500 吨部分 400 元 / 吨，500 吨以上部分 600 元 / 吨）。

二、核心优化模型构建

四、结论与展望

本文构建了含 P2G-CCS 耦合系统与燃气掺氢技术的 VPP 优化调度模型，结合阶梯碳交易机制设计多目标优化策略，通过 IPSO 算法求解，得出以下结论：

1. P2G-CCS 耦合系统与燃气掺氢技术的协同应用，可显著降低 VPP 碳排放（降幅超 60%），同时提升经济收益（增幅近 20%）；

1. 阶梯碳交易机制能动态引导 VPP 调整低碳技术运行策略，超配额碳价越高，减排激励效果越显著；

1. 改进粒子群优化算法在求解精度与收敛速度上均优于传统算法，适用于复杂 VPP 调度问题。

未来研究可进一步拓展：一是引入用户需求响应机制，提升 VPP 灵活性；二是考虑多 VPP 协同调度，优化区域碳资源配置；三是结合机器学习预测新能源出力与负荷，提升调度方案的鲁棒性。

⛳️ 运行结果

🔗 参考文献

[1] 陈登勇,刘方,刘帅.基于阶梯碳交易的含P2G-CCS耦合和燃气掺氢的虚拟电厂优化调度[J].[2025-10-25].

[2] 卢志刚,师锛博,何良策,等.基于碳捕集与封存-电转气-电解熔融盐协同的虚拟电厂优化调度[J].电网技术, 2023, 47(8):3088-3098.

[3] 王秋杰,亓 浩,谭 洪,et al.考虑碳市场风险的热电联产虚拟电厂低碳调度[J].Electric Power Automation Equipment / Dianli Zidonghua Shebei, 2024, 44(10).DOI:10.16081/j.epae.202404003.

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