21世纪以来，全球能源环境问题日益突出，综合能源系统是解决此问题的关键方案之一。本文以碳交易成本、系统运行成本和新能源利用率相关成本综合最小为目标函数，建立了考虑梯级碳交易机制和电转气两阶段运行的综合能源系统低碳经济调度模型。通过与其他传统场景对比，验证了碳捕集系统、细化电转气两阶段运行以及梯级碳交易机制对综合能源系统优化调度的积极影响，表明了所提模型具有较高的经济性、低碳性和风光消纳能力。

（1）相较于传统碳交易机制不能够很好地限制碳排放，本文引入梯级碳交易机制，将碳排放权交易额分成若干个区间，需要购买的碳排放权配额越多，相应区间的交易价格也就越高，从而引导系统减少了碳排放；

（2）提出了碳捕集系统与电转气两阶段协调运行的机制，解决了电转气所需碳源和热电联产机组的碳排放问题；同时在传统电转气的基础上引入氢燃料电池，研究电转气两阶段运行的多重效益。

本文提出的考虑梯级碳交易机制和电转气两阶段运行的综合能源系统供能框图如图1所示。风电光伏为综合能源系统提供绿电；热电联产机组和氢燃料电池是系统中电、热的重要供应源；碳捕集系统捕集热电联产机组产生的二氧化碳以减少碳排放；电解槽进行热氢联产，是实现电能与氢、热能耦合的重要元件；甲烷反应器将氢能转化为天然气能；微型燃气轮机燃烧天然气为系统提供电热冷能，实现气能与冷热电能之间的耦合；气负荷由气源和甲烷反应器协调提供；微型燃气轮机组和电转气环节停止运行时燃煤热电联产机组排放的二氧化碳经由梯级碳交易市场进行交易。

本文将综合能源系统的碳交易成本m1、系统运行成本m2和新能源利用率相关成本m3综合考虑，构建优化运行目标函数M。

以24h为优化调度周期进行仿真验证。为验证所提模型的风光消纳能力及低碳经济性，设置5种场景分析比较。

场景一：不考虑碳捕集系统、电转气和梯级碳交易机制；场景二：不考虑碳捕集系统和电转气，考虑梯级碳交易机制；场景三：不考虑碳捕集系统，考虑电转气和梯级碳交易机制；场景四：考虑碳捕集系统、电转气和梯级碳交易机制；场景五：考虑碳捕集系统、电转气两阶段运行和梯级碳交易机制（本文所提优化调度模型）。

5种运行场景下的风电出力及风电预测出力如图2所示。由图可知，从场景一到场景五风电消纳能力逐级提升。场景二与场景一相比，梯级碳交易的引入不影响风电消纳能力，且场景一、场景二不含碳捕集系统和电转气，电负荷不足以消耗全部风电；场景三引入电转气，在风力高发时段，将过剩的电能转化为天然气能，风能利用率有所提高；场景四引入碳捕集系统，消耗电能进行碳捕集，提升了系统的风电消纳能力；场景五将电转气细化为两阶段进行并加入了氢燃料电池，实现了氢能向电热能的直接转化，进一步提升了系统的风电消纳能力。