考虑阶梯式碳交易与供需灵活双响应的综合能源系统优化调度附Matlab代码-优快云博客

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🔥 内容介绍

随着能源问题和环境问题的日益突出，综合能源系统（Integrated Energy System, IES）作为一种高效、清洁的能源解决方案，受到了广泛关注。为进一步降低综合能源系统的碳排放，提高其运行经济性，本文提出了一种考虑阶梯式碳交易与供需灵活双响应的综合能源系统优化调度模型。该模型引入阶梯式碳交易机制，以更有效地约束系统的碳排放；同时，构建供需灵活双响应机制，在供应侧通过引入有机朗肯循环实现联供机组热、电输出的灵活调节，在需求侧考虑电、热、气负荷在时间维度上的可转移特性以及不同负荷间的可替代性。通过构建以碳排放成本、电网交互成本、新能源惩罚成本、需求响应成本最小为目标的优化调度模型，并利用 CPLEX 对模型进行求解。仿真结果验证了所提模型在降低碳排放、提高系统运行经济性方面的有效性和优势，为综合能源系统的优化调度提供了新的思路和方法。

关键词

综合能源系统；阶梯式碳交易；供需灵活双响应；优化调度

一、引言

在全球积极应对气候变化、推动能源转型的大背景下，综合能源系统凭借其整合电力、热力、天然气等多种能源形式的能力，在提高能源利用效率、促进可再生能源消纳等方面展现出显著优势，成为实现能源可持续发展的关键路径之一。然而，传统的综合能源系统优化调度方法，往往侧重于能源供给侧的资源调配，忽视了用户侧的灵活响应潜力，且未充分考量碳排放成本，难以适应日益严格的环保要求和能源市场的动态变化。

随着智能电网、物联网等先进技术在能源领域的深度渗透，用户侧参与系统调度的可行性和有效性显著提升，通过可中断负荷、储能设备以及电动汽车等手段，实现供需两侧的灵活互动成为可能，这为优化综合能源系统运行提供了新的视角。同时，碳交易市场的逐步完善，为碳排放的量化管控和经济调节创造了条件。阶梯式碳交易机制突破传统固定碳价的局限，依据碳排放量的不同区间设置差异化价格，对高排放行为施以高额成本约束，对低碳运行予以激励，能够更精准地引导综合能源系统的减排行动。因此，将阶梯式碳交易机制与供需灵活双响应策略有机融合，开展综合能源系统的优化调度研究，对于提升系统综合性能、助力 “双碳” 目标实现具有重要的现实意义。

二、阶梯式碳交易机制

2.1 机制构建原理

阶梯式碳交易机制的核心在于构建一套基于碳排放量分级的价格体系。首先，需结合综合能源系统的历史运行数据、行业平均排放水平以及区域碳减排规划等多方面因素，科学合理地确定系统的基准碳排放量。这一基准值是衡量系统碳排放表现的关键参照。以某地区的综合能源系统为例，经对过去三年的能源消耗结构、各类能源生产过程中的碳排放强度等数据进行详细分析，结合该地区 “十四五” 期间的碳减排总体目标，确定其年度基准碳排放量为 [X] 吨。

在明确基准排放量后，依据实际排放量与基准值的偏离程度，划分多个碳排放等级。一般可设置为低排放区、中排放区和高排放区等。不同等级对应不同的碳价，低排放区碳价较低，甚至在排放量显著低于基准时给予碳补贴，以此激励系统采用低碳技术和运行模式；中排放区碳价适中，促使系统维持相对合理的碳排放水平；高排放区则施加高额碳价，倒逼系统采取减排措施。如某综合能源系统的阶梯碳价设置为：当实际排放量低于基准的 20% 时，碳价为 - 50 元 / 吨（即每减排 1 吨碳获得 50 元补贴）；在基准排放量的 80% - 120% 区间内，碳价为 100 元 / 吨；超过基准排放量 120% 时，碳价飙升至 300 元 / 吨。

2.2 碳价设定考量因素

减排成本是设定碳价梯度的重要依据。不同的减排措施，从简单的设备节能改造到复杂的碳捕集与封存技术应用，成本差异巨大。合理的碳价梯度应确保企业在追求减排时，优先采用成本效益较高的措施，随着减排需求的深入，逐步过渡到高成本、高减排效果的技术方案。例如，某工业企业通过优化生产流程，实现了一定程度的节能减排，成本投入相对较低，随着阶梯碳价的激励，当其考虑进一步引入先进的余热回收设备时，虽前期投资较大，但从长期运行和碳成本降低的角度来看，具有经济可行性。

碳市场的供需动态变化对碳价波动影响显著。当市场上碳排放配额供给充裕时，碳价趋于平稳或下降；若需求旺盛而供给紧张，碳价则会大幅上涨。阶梯式碳价机制需紧密跟踪碳市场供需情况，适时调整各等级碳价，维持其对综合能源系统减排决策的有效引导。如在某一时期，由于区域内多家大型企业集中进行产能扩张，对碳排放配额需求激增，导致碳市场供不应求，此时适时提高高排放区的碳价，能够强化对这些企业碳排放的约束，促使其寻求更有效的减排途径。

此外，碳价梯度必须与国家和地方的宏观碳减排政策目标高度契合。国家层面制定了明确的碳达峰、碳中和时间表和路线图，各地区也据此细化了本地的减排任务。综合能源系统作为区域能源供应的关键环节，其运行调度中的碳排放控制需在阶梯式碳交易机制下，切实为实现整体减排目标贡献力量。例如，某城市在推动绿色能源发展的政策框架下，要求综合能源系统在未来五年内将碳排放强度降低 15%，通过调整阶梯碳价，引导系统内能源生产和消费主体加大对可再生能源的利用，逐步削减高碳能源占比，以确保政策目标的达成。