全球能源系统正在经历转型，未来的能源体系中将以清洁能源和电力为主导，因此有必要研究一套针对清洁能源电力的碳减排核算方法。在传统“碳流”概念的基础上，针对清洁能源电力提出了广义碳流概念，以此引申定义了电网互联情景下的负碳流，并提出了消费侧视角下包含多种能源的电力系统碳排放核算方法。基于碳流工具，能够从消费侧精确评估电网互联下的清洁电力输送的减排效益。以非洲跨国电网互联情景为例，非洲通过洲内电网互联促进清洁电力输送，至2030年总的“负碳流”为2700万t CO2/年；至2050年“负碳流”可达8700万t CO2/年。到2030年和2050年分别可以实现14亿美元/年和119亿美元/年的资金流，支持非洲低碳可持续发展。

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在大规模互联电网中，联络线潮流受两端电网功角的影响，易发生较大幅度的波动。以断面为单位进行输电网络的负载调整可有效降低系统运行风险。在进行断面功率控制时，为达到低碳减排的效果，提出了一种以包括机组原料使用成本和碳过排成本在内的广义发电成本为目标的断面功率优化控制方法。优化模型允许机组进行碳排放权交易，防止电价大幅上升，实现不同类别机组间资源优化配置。根据各机组的碳排放情况，提出准入标记，表示在减排机制下，机组是否具有断面功率控制资格。提出效益影响因子来使断面控制过程中综合效果较好的机组具有更高的调度优先级。使用IEEE 39节点系统进行了断面功率控制计算，结果验证了所提方法的准确性与优越性。

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在低碳电力的背景下，风电接入系统成为节能减排的有效途径，基于此，电力系统加大火电机组调峰深度，增大下调备用空间，将是应对风电出力不确定性的重要举措之一。基于转子的低周疲劳损耗，建立火电机组深度调峰（deep peak regulation, DPR）的寿命损耗成本模型；考虑机组深度调峰引起的碳排放增量和不同碳排放区间下碳交易价格系数的变化，建立阶梯型碳交易成本模型；以总成本最低为目标，建立电力系统低碳优化调度模型。基于算例分析证明所提方法的合理性与有效性。

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随着负荷增长和新能源接入，电网运行的安全裕度逐渐降低。为保证电网安全、经济运行，需要在现有设备基础上，挖掘电网的运行弹性空间，扩大电网运行安全域。为此，提出一种考虑发电运行弹性空间的风水火联合优化调度方法，通过挖掘发电设备的运行空间潜力，评估其产生的经济效益和可再生能源的消纳情况。文中提出两种提高发电运行弹性空间的方式及其建模方法：1）考虑火电机组最小出力的灵活调整，建立火电深度调峰运行弹性空间模型；2）考虑水电机组限制运行区的短时稳定特征，建立水电限制运行区运行弹性空间模型。在此基础上，建立一种考虑发电运行弹性空间的风水火联合优化调度模型。最后通过IEEE 30节点系统与某实际电网数据评估了所提方法的经济效益。仿真表明，该方法相较于常规调度方法可以有效降低电网运行成本，促进可再生能源消纳。

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新时代下，低碳高效的发展模式既是能源互联网的发展宗旨，也是电力工业从高速发展转向高质量发展的重要表现形式。近年来，配电网发展在整个电力行业中的角色越发重要，各类新型分布式能源发电技术与储能技术的应用越来越广泛。由于配电网依托主网运行，其在供电过程中的碳排放难以准确统计，对面向低碳的配电网优化运行策略提出了严峻挑战。通过引入碳排放流理论，分析了碳排放流在配电网系统中的分布规律与计算特点，并建立了储能元件的碳排放流分析模型，在此基础上，以配电网用电碳排放为目标函数，建立了配电网低碳优化运行模型，并通过IEEE 33节点系统进行了验证。提出的模型可为建立配电网低碳优化运行方法提供有效参考和借鉴。

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为提高总体用能效率，构建综合能源系统是能源领域的重要发展趋势之一。在能源互联网中，综合需求响应利用电、热等不同形式能源间的耦合互补关系，在需求侧进行能源转换设备的协同优化，激发综合能源网络的灵活性，有利于提升能源利用效率，降低供能和用能成本。为此，提出一种计及电-热综合需求侧响应的热电联产（combined heat and power，CHP）机组优化配置方案，以电压幅值、综合网损及经济成本作为综合优化目标，运用次序配置策略，采用电-热直接潮流法、加权求和法和改进遗传算法求解上述问题。最后，通过对澳大利亚真实中压配电网进行仿真，验证了模型的合理性与有效性。

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当前中国正处在能源结构转型的关键阶段，传统能源结构的利用效率受限，多种能源相互协同发展受阻，经济效益也徘徊在较低水平。以能源革命为背景，发展综合能源系统是能源结构转型的重要组成部分。其以智能电网为核心枢纽，结合电网、天然气网、热传输网以及多能耦合设备，利用多种能源的耦合性和互补替代性，不仅可弥补可再生能源的间歇性和随机性波动等问题，也可加强供给侧和需求侧的相互响应，提高综合能源利用效率，通过协同方式实现资源的最佳配置。目前中国综合能源系统示范工程大多在工业园区落成，因此围绕工业园区综合能源系统这一背景，对协同规划相关的建模理论、仿真理论、优化方法等进行了归纳总结，并对国内外的研究现状以及存在的问题进行了分析。最后围绕综合能源系统协同规划在工业园区这一场景的关键技术发展及前景进行了探讨。

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燃气轮机装机容量日益增加，推动了电-气综合能源系统的联合调度研究。为了减少碳排放和加快求解速度，本文提出了一种计及时段粒化的电-气综合能源系统低碳经济调度策略。首先，考虑碳交易机制，建立了电-气综合能源系统低碳调度模型；其次，提出了一种计及时段粒化的快速求解策略，该策略利用改进的k-means聚类方法把调度周期的96个时段粒化，从而加快模型的求解速度；最后，采用电力39节点和天然气20节点的电-气综合能源系统进行算例仿真，仿真结果验证了构建模型与所提出策略的可行性和有效性。

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工业化以来，全球气候变暖对自然和人类系统的影响日益显著。《巴黎协定》提出将全球升温限制在2 ℃以内，并努力将全球升温控制在1.5 ℃内，以避免气候变化造成更严重的影响。生物质能碳捕集与封存技术是未来有望将全球升温稳定在低水平的关键技术。梳理了实现温升目标2 ℃/ 1.5 ℃下BECCS可能贡献的最新研究进展，对BECCS发展的四个重要不确定因素即资源不确定性、技术不确定性、经济影响不确定性以及社会和生态影响不确定性进行了分析。在此基础上初步分析了BECCS在未来电力能源系统中的可能作用，并对中国研究和发展BECCS提出了政策建议。

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电网输配电网损引发的间接碳排放已被我国部分试点碳市场纳入管控。参与碳市场对电网企业而言是机遇也是挑战，电网作为服务低碳能源转型的减排平台，其网损水平并不完全取决于自身管理能力，网损水平的波动使得电网企业暴露于碳市场履约风险之下。前期已基于支持向量机方法，采用2012～2016年能源主管部门披露的某省有关数据，构建了网损统计分析模型。进一步根据某省发展规划构建多个未来发展假想场景，根据试点碳市场规则，对2017～ 2020年期间某省电网网损水平和碳排放配额仓位进行态势推演。基于碳排放配额仓位推演结果，进一步评估了配额跨期使用、碳抵消机制使用、碳市场灵活交易等碳资产管理措施在不同假想场景下的风险防控效果，提出了电网企业在具备不同技术条件和风险偏好时的碳资产管理策略。最后，针对现行电网行业碳排放配额分配方案，指出仍需进一步量化评估电网的减排平台作用，制定更为科学的配额分配方案。

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需求响应负荷参与电网调度能够促使电力系统向高效、经济、绿色、低碳方向发展，但当电网出现特高压直流闭锁等大功率缺失时，为提高电网在紧急情况下的恢复能力，就需要品质更高、速率更快的响应负荷。因此，为提高需求响应的积极性与资源的利用效率，针对需求响应特点定义了快速需求响应负荷，并根据负荷品质特性提出了需求侧资源梯级利用方法；结合需求响应负荷的市场调用方式，设计了基于负荷品质梯级利用的快速需求响应市场机制，并对需求响应补偿费用提出合理建议。为快速需求响应负荷参与市场提供理论支撑，促使快速需求响应由政策导向型向市场导向型转变。

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虚拟电厂不仅能够提高可再生能源在电力系统中的接入比例，转变能源结构，也可以通过对储能系统以及对电动汽车和居民可控负荷等需求侧资源的优化调度提高分布式电源的消纳能力。然而，随着虚拟电厂用户侧可再生能源和各种灵活负荷的广泛接入，往往会出现配电系统的线路潮流越限，导致线路发生阻塞，造成事故扩大，影响系统的安全稳定运行。针对此问题，研究了虚拟电厂安全校正优化问题，建立了基于技术型虚拟电厂的配电网阻塞管理模型，并以实际算例验证了该模型的有效性。

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中国三北地区电网风电渗透率较高，同时存在高比例燃煤热电联产机组用于满足冬季巨大的采暖需求，导致其灵活调节能力极其有限，弃风问题十分突出。现有研究尚缺乏对各种类型电采暖负荷促进风电消纳的经济性评价研究，尤其是以电力辅助服务市场为背景，对不同调节特性电采暖负荷的经济性分析还鲜有报道。由此，以集中蓄热式电采暖、直热式电采暖和分布式电采暖三种典型电采暖负荷为研究对象，利用时序生产模拟方法，构建基于实时调峰辅助服务的电采暖负荷消纳弃风经济评估模型，以北方地区实际运行的电采暖项目数据为算例，对比几类典型采暖负荷消纳弃风的经济性，并分析了辅助服务价格、弃风水平和采暖负荷运行特性等关键因素对经济性的影响。计算结果显示，与传统火电机组相比，集中蓄热式电采暖和分布式电采暖的可行辅助服务价格在315～460 元/MWh，具有一定的竞争力。

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