一种考虑碳排权供求关系的多区域综合能源系统联合优化运行方法

随着全国碳排放权交易市场的开放，研究碳交易对于多区域综合能源系统的低碳经济运行具有重要意义。作为实施节能减排的重要载体，区域综合能源系统（RIES）结合碳交易能够良好地兼顾系统的经济性与低碳性。

目前，RIES结合碳交易的方式是将碳交易成本纳入到RIES的经济成本当中。碳交易成本通常由碳价和碳交易量决定。已有的碳交易成本计算模型通常分为统一型与阶梯型两类。统一型碳交易成本计算模型中碳价与碳交易量无关，计算过程相对简单；阶梯型碳交易成本计算模型中不同的碳交易量区间对应不同的碳价水平，计算过程相对复杂，但由于阶梯型碳交易成本计算模型的减排效果更好，反而得到了更为广泛的应用。

但是，阶梯型碳交易也存在不足。在碳交易市场中，碳排权的可交易数量存在上限，该上限约束了市场需求方的碳排权购买量。而阶梯型碳交易成本计算模型忽略了该上限，默认市场中的碳排权总是供过于求，没有考虑碳排权供不应求时该如何计算碳交易成本。

为了获得良好的减排效果，阶梯型碳交易还需合理设置基准碳价、碳价增量及碳交易量区间长度等参数。而如果研究对象为多个RIES，不同RIES所需合理设置的参数值往往不同。对监管部门而言，分别为每个系统合理地设置参数太过麻烦，而设置一组统一的参数值又不能保证每个系统都能良好地减排。因此，阶梯型碳交易不太适用于同时研究多个RIES。

此外，由于多区域综合能源系统具备多主体互动机制与多区域互联形态，因此，研究多区域综合能源系统联合优化问题对于能源互联具有重要意义。而多区域综合能源系统中各子系统之间又存在供求利益互动关系，所以联合优化问题大都转换为多主体优化问题后采用博弈论方法解决。目前大多数文献都只注重研究能源交易。随着碳交易市场的不断发展，多区域综合能源系统内不仅存在能源供求互动，还会存在碳排权供求互动，而这一方面目前少有文献研究。

华北电力大学电气与电子工程学院刘英培、黄寅峰，在《电工技术学报》上撰文，针对目前碳交易成本计算既没有计及碳排权购买量约束，也没有考虑区域综合能源系统之间碳排权供求互动的问题，提出一种考虑碳排权供求关系的碳交易成本联合计算方法。然后，研究者计及区域综合能源系统之间的功率交互，建立了基于纳什谈判的多区域综合能源系统合作博弈模型。

他们将合作博弈问题分解成两个子问题分步求解，并采用控制变量法分析了碳交易成本联合计算与区域综合能源系统之间功率交互对系统的影响。通过三区域综合能源系统仿真算例进行多场景对比分析，结果表明所提模型在显著降低经济成本的同时能够避免碳排放超标。

研究者分析认为：

1）热电功率交互能够适当牺牲多区域综合能源系统的低碳性以获取经济性的大幅提高，并且还能加强区域综合能源系统之间的联系，使区域综合能源系统自身的运行优势得到充分发挥。

2）相比于奖惩阶梯型碳交易模型，碳交易成本联合计算可以进一步降低系统的碳排放，能尽量避免碳排放超标，更有利于系统的低碳运行。并且，碳交易成本联合计算模型所需人为设置的参数更少，更便于调控。

3）碳交易市场中，碳价越高，碳排权出售量越多，购买量越少，市场中会出现多余的碳排权。此时，减排效果超出预期，监管部门可以适当调整无偿碳配额的分配比例，进一步促进系统减排。

他们最后指出，本方法仅计及了碳排权购买量约束，未考虑碳排权出售量约束，后续将会进一步研究如何将其纳入考虑。

本工作成果发表在《电工技术学报》，论文标题为“考虑碳排权供求关系的多区域综合能源系统联合优化运行”。本课题得到国家自然科学基金资助项目的支持。