考慮風電爬坡靈活調節(jié)的碳捕集電廠低碳經濟調度

韓 麗 王 沖 于曉嬌 喻洪波 王曉靜

考慮風電爬坡靈活調節(jié)的碳捕集電廠低碳經濟調度

韓 麗 王 沖 于曉嬌 喻洪波 王曉靜

（中國礦業(yè)大學電氣工程學院 徐州 221116）

為實現“雙碳”目標，風電等可再生能源的使用是減少碳排放的根本途徑，而碳捕集電廠是降低碳排放的直接手段。但風電具有與生俱來的波動性，風電的驟升驟降會影響碳捕集電廠“電碳耦合”特性，從而對碳捕集效果帶來不利影響。而儲液罐通過增減自身溶液量可近似地存儲釋放能量，為解決上述問題提供了可能。該文首先搭建碳捕集電廠數學模型，分析儲液罐通過增減溶液量帶來的儲放能量與碳捕集設備能耗之間的關聯，研究儲液罐的雙向調節(jié)能力；然后，提出上爬坡碳超前補償和下爬坡碳滯后補償調度策略，雙向調節(jié)儲液罐使碳捕集電廠電碳解耦；接著，構建跟隨風電爬坡進行調節(jié)的低碳經濟調度模型；最后，對含碳捕集電廠、高碳電廠和風電場的電力系統(tǒng)進行仿真，證明所提方法的有效性。

碳減排 風電爬坡 碳捕集電廠 碳補償

0 引言

為實現“雙碳”目標，風電等可再生能源的充分利用是減少燃煤、降低碳排放的根本途徑，而碳捕集（Carbon Capture System, CCS）電廠是降低碳排放的直接手段[1]。受大自然影響，風、光等新能源有很強的隨機性與波動性，很容易發(fā)生風電爬坡等不利事件。風電爬坡事件發(fā)生時，引發(fā)的功率驟升驟降非常不利于充分利用新能源[2-3]。碳捕集設備因其快速響應風電波動的能力，被稱作風電的理想適配電源，在促進二氧化碳減排、新能源消納方面有著重要的作用[4]。因此，當風電爬坡事件發(fā)生時，考慮利用碳捕集設備來解決相關問題，不僅可以降低碳排放量，同時能提高風電爬坡時風電的利用率。

目前通過碳捕集電廠來推動碳減排、消納新能源成為研究基礎。文獻[5-6]建立碳捕集電廠的綜合靈活運行模式來降低碳排放；文獻[7]將碳捕集設備和太陽能發(fā)熱裝置結合來推動碳減排、消納太陽能；文獻[8-9]在碳捕集電廠基礎上引入了熱電聯產來消納風能，利用碳捕集設備以吸收二氧化碳；文獻[10]改進傳統(tǒng)單碳約束為雙碳量約束下的碳捕集電廠配合，更好地參與碳減排；文獻[11-12]通過將碳捕集電廠與核電廠聯合，碳捕集電廠主要用于吸收二氧化碳和消納部分棄風；文獻[13]采用分時能源電價來影響荷側，同時碳捕集電廠參與碳減排；文獻[14]采用階梯型碳交易機制來影響荷側，同時與碳捕集電廠進行源荷低碳互補以促進碳減排、消納風電。文獻[15]考慮富氧燃燒技術下的碳捕集電廠，通過碳捕集電廠與光熱電站之間的余熱利用和氧氣回收促進碳減排。上述研究主要搭建包括分流運行方式和儲液運行方式的碳捕集電廠的綜合靈活運行模式，利用碳捕集電廠降低碳排放，但并沒有考慮風電爬坡事件發(fā)生時碳捕集電廠的運行狀態(tài)。

為了更好地提高新能源利用率，了解風電爬坡等天氣下碳捕集電廠如何高效運行非常有必要。文獻[16]指出，碳捕集電廠提高機組靈活性時以犧牲捕碳強度為代價，碳捕集效率會下降。因此風電爬坡帶來的功率驟升驟降必然會影響碳捕集電廠“電碳耦合”特性。風電爬坡事件時碳捕集電廠如何高效運行成為技術難點。

隨著研究進一步深入，重點對于碳捕集電廠的綜合靈活運行模式中儲液罐的相關特性進行深入研究。首先，儲液罐的存儲能力可以在一定程度上增大碳捕集電廠的備用容量。文獻[17]運用碳捕集電廠的綜合靈活運行模式將捕獲能耗等同于系統(tǒng)儲備容量，分擔高碳火電機組的儲備壓力。文獻[18]搭建了基于階梯碳交易的電轉氣（Power to Gas, P2G）-CCS虛擬碳捕集電廠模型，利用碳捕集設備儲液罐提供更大系統(tǒng)儲備容量來消納部分風電。文獻[19]考慮源-荷多時間尺度優(yōu)化碳捕集電廠旋轉備用，利用碳捕集設備提供了更大的系統(tǒng)儲備容量，在了解儲液罐提升系統(tǒng)儲備容量的基礎上，研究儲液罐溶液量在不同時間段內的存儲釋放，深入挖掘其能量時移特性。文獻[20]主要構建了碳捕集電廠與P2G聯合運行的綜合能源系統(tǒng)，通過儲液罐進行能量時移，實現“削峰填谷”。文獻[21]運用碳捕集電廠的綜合靈活運行模式將峰值負荷碳排放量大的常規(guī)火電機組的輸出轉移到低負荷，實現“削峰填谷”。上述文獻中，并沒有考慮風電爬坡事件發(fā)生時碳捕集電廠的運行狀態(tài)，但碳捕集電廠能量時移的特性不僅可以實現“削峰填谷”，對于緩解風電爬坡事件帶來的調度壓力也有明顯優(yōu)勢。因此碳捕集電廠綜合靈活運行模式下儲液罐的能量時移特性，為解決風電爬坡時碳捕集電廠的運行問題提供了可能。

綜上所述，本文在現有研究成果的基礎上，為了解決風電爬坡事件發(fā)生時存在的碳捕集電廠運行問題，對儲液罐進行調度策略研究。提出碳捕集電廠新型調度策略以降低風電爬坡帶來的碳減排影響，同時有效改善風電爬坡帶來的棄風和切負荷現象。首先，搭建碳捕集電廠數學模型，分析儲液罐通過增減溶液量帶來的解析塔能耗增減與碳捕集設備能耗之間的關聯，研究儲液罐的雙向調節(jié)能力；然后，提出上爬坡碳超前補償和下爬坡碳滯后補償調度策略，雙向調節(jié)儲液罐使碳捕集電廠電碳解耦；最后，構建跟隨風電爬坡進行調節(jié)的碳捕集電廠低碳經濟調度模型。

1 碳捕集電廠原理及其雙向調節(jié)能力

1.1 碳捕集電廠技術原理

圖1 含碳捕集電廠的能源系統(tǒng)

當火電廠燃燒燃料之后釋放二氧化碳，排放的二氧化碳經過煙氣旁路，一部分流入吸收塔，與吸收溶液充分接觸后被吸收，得到富含二氧化碳的富液，另一部分排放到大氣中。經吸收塔吸收的二氧化碳跟隨富液流入解析塔進行解析捕捉，捕捉后解析塔將含二氧化碳溶液較少的貧液流回吸收塔以進行之后的吸收工作。此捕捉過程為煙氣分流式碳捕集過程[24]。

綜合性靈活運行模式是在分流式碳捕集設備的基礎上加裝儲液罐。儲液罐可以使吸收塔的吸收過程和解析塔的解析過程近似解耦，通過靈活調節(jié)同一時間流入儲液罐的富液速率和流出儲液罐的富液速率，使吸收塔和解析塔處理的二氧化碳溶液量不同，從而使被捕捉二氧化碳量的調節(jié)更加靈活。如圖1所示，儲液罐通過改變解析塔溶液量大小靈活地改變了解析塔耗能。這種在煙氣分流碳捕集裝置的基礎上同時引入儲液罐來靈活調節(jié)的運行方式叫做碳捕集設備綜合靈活運行模式[25]。

1.2 碳捕集電廠數學模型

對于傳統(tǒng)火電廠來說，改變機組凈出力可能需要改變鍋爐等設備的出力情況，對系統(tǒng)的影響較大。而對于碳捕集電廠綜合靈活運行模式來說，可以通過調節(jié)煙氣分流比和儲液罐流入流出速率對機組凈出力進行調節(jié)。碳捕集電廠具體數學模型為

儲液罐主要通過有機胺[26]來捕集二氧化碳，本文采用一乙醇胺（MEA）這種傳統(tǒng)的醇胺溶液來捕集二氧化碳。而二氧化碳以化合物形式存在于醇胺溶液中，需要考慮二氧化碳質量與醇胺溶液體積的關系，根據文獻[5]可得具體關系式為

1.3 碳捕集設備的儲能特性及雙向調節(jié)能力

2 基于碳補償法的風電爬坡事件協調調度策略

2.1 碳捕集電廠靈活跟隨風電波動

本文對于風電上爬坡與風電下爬坡采用了不同的調度策略，在滿足碳捕集電廠低碳特性的同時降低風電爬坡帶來的影響。針對風電上爬坡采用“上爬坡碳超前補償法”，利用儲液罐提前儲存“能量”來應對風電上爬坡可能產生的大量富余風電；針對風電下爬坡采用“下爬坡碳滯后補償法”，利用儲液罐延時滯后釋放“能量”來應對風電下爬坡可能產生的風電功率不足問題。

2.2 上爬坡碳超前補償法

對于未加裝儲液罐的傳統(tǒng)碳捕集電廠來說，其跟隨風電波動調節(jié)能力是有限制的。以上爬坡為例，火電廠的出力情況與碳捕集設備消耗溶液量如圖2所示。

圖2 風電上爬坡設備出力情況

如圖2所示的風電上爬坡段，風電功率在短時間內驟升，系統(tǒng)為平抑波動下爬坡調節(jié)，系統(tǒng)的總下爬坡率為

此時的火電廠下爬坡率已經達到最大，并且碳捕集設備也在一定程度上進行了額外的碳捕捉以緩解此處的風電上爬坡。但是很明顯系統(tǒng)下爬坡調節(jié)并不能夠完全消除風電上爬坡帶來的影響。在風電上爬坡階段，碳捕集設備相當于額外的電負荷對過高的風電功率進行調節(jié)。

而對于碳捕集設備引入的儲液罐來說，靈活的調用其容量可以對碳捕集機組凈出力產生一定的影響，從而平抑風電爬坡帶來的影響，同時也會帶來碳捕集水平的降低。因此針對風電上爬坡，本文提出了“上爬坡碳超前補償法”，在滿足碳捕集水平的同時緩解風電上爬坡帶來的影響。

根據式（4）和圖2可以得出，此時系統(tǒng)的下爬坡率比傳統(tǒng)火電廠下爬坡率要更大。因此對于風電上爬坡調度策略下的儲液罐動作進行建模分析，具體如下。

該方法在滿足碳捕集能力的基礎上，為碳捕集電廠提供額外的爬坡調節(jié)功率，并不需要增加高昂的儲能設備調節(jié)，既滿足了平抑風電波動的需求又降低了調度總成本和碳排量。

2.3 下爬坡碳滯后補償法

針對風電下爬坡，本文提出了“下爬坡碳滯后補償法”來對風電下爬坡進行平抑。以下爬坡為例，火電廠的出力情況與碳捕集設備消耗溶液量如圖3所示。

圖3 風電下爬坡設備出力情況

根據式（6）可以得出，此時系統(tǒng)的上爬坡率比傳統(tǒng)火電廠上爬坡率更大，可以更好地應對風電波動。因此對于風電下爬坡調度策略下的儲液罐動作進行建模分析，具體如下。

綜上所述，為應對風電上爬坡事件，儲液罐提前預留富液量進行調節(jié)；而為了應對風電下爬坡事件，儲液罐滯后對富液量的處理。通過儲液罐的靈活調用，在一定程度上降低系統(tǒng)碳排量，且緩解風電爬坡可能帶來的影響。

3 應對風電爬坡的低碳碳捕集電廠調度模型

本文模型在降低碳排放的基礎上對風電爬坡采取對應的調度策略，在降低碳排量的前提下一定程度上減小棄風和切負荷。本文搭建的碳捕集模型采用分流式捕集和儲液式捕集共同參與的綜合靈活運行方式。具體調度策略如圖4所示。

圖4 應對風電爬坡的碳捕集電廠調度策略

由于本文應對風電爬坡采取的調度策略更加充分地利用了風能，提高了能源利用率，因此整體的碳捕集電廠碳排量會減少。

3.1 目標函數

本文低碳經濟目標函數以系統(tǒng)總成本最低為目標，成本函數主要包括火電廠運行成本、棄風懲罰成本、切負荷懲罰成本、碳交易成本及碳捕集設備折舊成本。

3.2 約束條件

1）綜合靈活運行模式下應對風電爬坡的碳捕集電廠約束

儲液罐的儲液量變化會對碳捕集電廠凈出力產生較大影響，本文在傳統(tǒng)靈活運行模式碳捕集設備儲液罐動作的原理基礎上進行改進，碳捕集電廠功率約束及碳平衡容量約束見式（1）和式（2）。針對不同的爬坡情況引入不同的爬坡策略。對于風電上爬坡采用“上爬坡碳超前補償法”進行調節(jié)，對于風電下爬坡采用“下爬坡碳滯后補償法”進行調節(jié)，使得儲液罐可以在滿足碳捕集強度的同時調節(jié)由于風電爬坡帶來的棄風及切負荷等不利影響，具體約束為

2）棄風切負荷約束

3）電網約束

電網約束主要包括火電廠出力上下限約束、風電出力上下限約束、負荷上下限約束、火電出力爬坡約束以及旋轉備用約束，此類約束為傳統(tǒng)電網約束，此處不再過多贅述，具體約束參見文獻[31-32]。

4 算例分析

本文采用10個火電機組和1個風電場組成的系統(tǒng)進行算例分析。G1、G2火電廠加裝碳捕集設備改造成碳捕集電廠，其他8個火電廠為普通高碳電廠，風電場為600 MW風電場。為了更高效地分析風電上爬坡與風電下爬坡對于系統(tǒng)的影響，本文選取兩種不同的典型日分別對風電上、下爬坡進行針對性研究。圖5中分別為典型日1風電出力曲線、典型日2風電出力曲線和日負荷曲線。

圖5 風電與用戶負荷日功率曲線

根據圖5可知，在典型日1的8～11 h發(fā)生了較為嚴重的風電驟升，此時負荷需求變化不太明顯，因此發(fā)生了較大的風電上爬坡事件；在典型日2的17～19 h發(fā)生了較為嚴重的風電驟降，此時負荷需求較大且調節(jié)爬坡程度無法較好跟隨，因此發(fā)生了較大的風電下爬坡事件。

根據不同典型日、是否對風電爬坡進行調節(jié)劃分為如下四種情況進行算例分析。

Case1：在典型日1，碳捕集電廠采用綜合靈活調用模式，在滿足低碳要求下應對風電爬坡產生的棄風和切負荷。

Case2：在典型日1，碳捕集電廠采用綜合靈活調用模式，且儲液罐對于風電爬坡事件進行上爬坡碳超前補償和下爬坡碳滯后補償，在滿足低碳要求下應對風電爬坡造成的棄風和切負荷。

Case3：在典型日2，碳捕集電廠采用綜合靈活調用模式，在滿足低碳要求下應對風電爬坡產生的棄風和切負荷。

Case4：在典型日2，碳捕集電廠采用綜合靈活調用模式，且儲液罐對于風電爬坡事件進行上爬坡碳超前補償和下爬坡碳滯后補償，在滿足低碳要求下應對風電爬坡造成的棄風和切負荷。

由于典型日1風電上爬坡現象明顯，上爬坡時棄風現象明顯，因此本文主要對典型日1風電上爬坡時產生的棄風現象進行研究；由于典型日2風電下爬坡現象明顯，下爬坡時產生了切負荷，因此本文主要對典型日2風電下爬坡時產生的切負荷現象進行研究。

4.1 上爬坡碳超前補償調度策略

典型日1風電調度值對比如圖6所示。在典型日1期間，8～11 h（圖6虛線框時段）發(fā)生風電上爬坡事件時，系統(tǒng)采用“上爬坡碳超前補償法”應對風電功率驟升可能帶來的棄風影響，具體調度結果如圖6所示。

圖6 典型日1風電調度值對比

為了更加清晰地看出上爬坡碳超前補償調度策略對于風電上爬坡引起的棄風量變化，對8～11 h的風電上爬坡調度結果進行分析，具體調度結果對比如圖7所示、典型日1 Case 1與Case 2的儲液罐溶液量差值圖8所示。

圖7 典型日1風電上爬坡時刻調度值對比

從圖7和圖8可以看出，在=8 h時開始，出現了很明顯的風電功率驟升。同時可以看出，在8～11 h期間，發(fā)生了很大的棄風事件，在這段時間里產生了約82.442 6 MW的棄風量，不利于系統(tǒng)的新能源消納。

圖8 典型日1 Case 1與Case 2的儲液罐溶液量差值

為了彌補短時間內風電驟升可能帶來的棄風影響，從=8 h開始至=11 h，儲液罐溶液量明顯大幅減少，使得此時解析二氧化碳量增多，從而降低碳捕集電廠凈出力，使得更多風電并網，減小此時的棄風量。從圖7中可以看出，=8 h時未調節(jié)時富液容量與微調時富液溶液量較為接近，是因為在=8 h時前需要提前對富液溶液量進行調度，預留了39.56 m3的富液容量，其中=9 h時儲液罐溶液量變化了25.64 m3，=10 h時儲液罐溶液量變化了17.9 m3，=11 h時儲液罐溶液量變化了8.25 m3，而到=11 h時兩種調節(jié)方式的溶液量差距越來越大，起到了對棄風的有效補償。并且因為在風電上爬坡時段消耗的富液量需提前調度得以預留，從而使得系統(tǒng)碳排放趨近于平衡。此調度過程為“上爬坡碳超前補償調度方式”。雖然在典型日1期間，13～16 h時發(fā)生了風電下爬坡事件，但是由于此時并不是用電負荷高峰時刻，所以系統(tǒng)可以調節(jié)此時的下爬坡影響，不會產生過多的切負荷，所以對此處的下爬坡切負荷不作過多分析。

經過“上爬坡碳超前補償法”對系統(tǒng)進行調節(jié)后，儲液罐容量變化，在滿足碳捕集強度的前提下對風電上爬坡時產生的棄風量進行調節(jié)。經計算得知，調節(jié)后的系統(tǒng)在8～11 h時產生的棄風量為56.419 2 MW，棄風量降低了26.023 4 MW，對提高風電利用率、減少風電棄風起到了積極作用。

4.2 下爬坡碳滯后補償調度策略

典型日2風電調度值對比如圖9，在典型日2期間，在17～19 h（圖9虛線框時段）發(fā)生了風電下爬坡事件，系統(tǒng)采用“下爬坡碳滯后補償法”應對由于風電功率驟然下降可能產生的切負荷影響，具體調度結果如圖9所示。

圖9 典型日2風電調度值對比

為了更加清晰地看出下爬坡碳滯后補償調度策略對于風電下爬坡引起的切負荷量變化，對17～ 19 h的風電下爬坡負荷調度結果進行分析，具體調度結果對比如圖10所示，儲液罐溶液量差值如圖11所示。

如圖10和圖11所示，從=17 h時開始，風電功率發(fā)生了明顯的下爬坡。同時可以看出，在17～19 h期間發(fā)生了較大的切負荷事件，產生了約162.608 6 MW的切負荷，對系統(tǒng)產生了很大的不良影響。

圖10 典型日2風電下爬坡時刻調度值對比

為了彌補短時間內風電驟降所帶來的切負荷影響，從=17 h時刻開始，儲液罐存儲富液量增多，使得碳捕集系統(tǒng)解析二氧化碳量降低，減小碳捕集能耗，提高機組的凈出力水平，從而減小此時段內的切負荷量。在17～19 h時，儲液罐溶液量變化為20.73 m3，而臨時存儲在儲液罐中的富液在負荷壓力減小后緩慢排出，=21 h和=22 h時刻緩慢排出溶液量44.42 m3。如圖10所示，在接近19 h的時候，微調時的富液容量曲線漸漸向未調節(jié)時的富液容量曲線靠近，是由于此時風電功率變化變緩，未發(fā)生明顯的風電功率驟降，以此時儲液罐不再為降低切負荷量進行調度調節(jié)。從此時開始將前面暫存的富液進行排放，使系統(tǒng)碳排放趨于平衡。此調度過程為“下爬坡碳滯后補償”。

經過“下爬坡碳滯后補償法”對系統(tǒng)進行調度后，儲液罐動作，在不改變碳捕集強度的前提下對風電下爬坡時的切負荷量進行調節(jié)，經過“下爬坡碳滯后補償法”調節(jié)后，17～19 h時刻的切負荷總量為126.098 1 MW，切負荷量降低了36.510 5 MW，對提高電廠安全性產生了積極作用。

4.3 多場景調度結果分析

各場景下的具體調度結果統(tǒng)計見表1，從成本、碳排放量、棄風量及切負荷量等多個角度進行數據結果對比。

表1 多場景系統(tǒng)調度結果

Tab.1 Multi-scenario system scheduling result table

由表1可知，本文調度策略在不影響碳捕集電廠碳排量的前提下，有效應對了風電爬坡帶來的棄風和切負荷。在典型日1，風電上爬坡時發(fā)生了較為嚴重的棄風現象，Case 2與Case 1相比，碳排量同時降低了5.89 t ；棄風量降低了26.94 MW，降低了約31.96%，；火電廠出力成本下降了589.72 $。由此可得出，采用“上爬坡碳超前補償”調度策略可在減小碳排放、降低電廠出力成本的前提下，有效消納棄風，提高新能源利用率。

在典型日2，風電下爬坡時發(fā)生了較為嚴重的切負荷現象，Case 4較Case 3，碳排量降低了1.71 t；切負荷量降低了12 MW，降低了約7.15%；火電廠出力成本下降了236.04 $，總成本下降了171.49 $?？梢缘贸觯捎谩跋屡榔绿紲笱a償”調度策略可在減小碳排放、降低火電廠出力成本的前提下，有效減小切負荷，降低切負荷對于系統(tǒng)的損害。

從上述四個場景中總成本、碳排放量、棄風量和切負荷量的對比可以看出，本文采取的調度策略，在降低系統(tǒng)成本、減小系統(tǒng)碳排放的同時，也可有效地應對風電爬坡事件。

4.4 火電廠爬坡功率變化分析

風電爬坡時在容易帶來棄風的同時還會給傳統(tǒng)火電廠帶來較重的爬坡任務。傳統(tǒng)火電廠改造為碳捕集電廠和火電廠與電化學儲能耦合有相似之處，通過引進響應速度更快更靈活的儲能技術解決傳統(tǒng)火電廠的爬坡壓力。本文通過碳捕集電廠也實現了機組爬坡率的提升，傳統(tǒng)火電廠改造成碳捕集電廠后，爬坡率由原來的200 MW/h升高為317 MW/h，火電廠總爬坡率由原來的992 MW/h提升至1 226 MW/h。因此電網整體爬坡率的提升不僅可更快速地響應風電爬坡事件，同時可以使碳捕集電廠分擔傳統(tǒng)火電廠的爬坡任務。為更清晰地分析電廠出力變化，采用不同的負荷曲線和風電功率進行研究，日負荷曲線和風電功率曲線如圖12所示。圖13和圖14分別對碳捕集電廠和傳統(tǒng)火電廠不同調度策略下的出力情況進行對比。

圖12 日負荷與風電功率曲線

圖13 碳捕集電廠出力對比

圖14 傳統(tǒng)火電廠出力對比

由圖13和圖14可以看出，在應對風電上爬坡事件時，若采用本文調度策略，碳捕集電廠可以提供較大的下爬坡功率，此時傳統(tǒng)火電廠需提供的下爬坡功率非常小。因此在本文調度策略下傳統(tǒng)火電廠的下爬坡功率并沒有受到影響，碳捕集電廠通過儲液罐溶液量變化承擔了更多的爬坡任務。

從電網整體來看，碳捕集電廠可有效提升整體爬坡能力，同時將傳統(tǒng)火電廠的部分爬坡任務轉移到更加靈活的碳捕集電廠中，此時碳捕集電廠承擔了更多的爬坡任務，可更快速地對風電爬坡事件進行調度。

5 結論

風電作為一種豐富且常見的新能源對于減少碳排放量有著重要的意義。對于碳捕集電廠，如何保證碳排放水平穩(wěn)定并提高風電并網比例是響應國家“雙碳”目標、發(fā)展可清潔再生能源的重要課題。而碳捕集電廠在有效地減小碳排放的同時可以很好地跟隨風電波動。本文構建了綜合靈活運行模式下跟隨風電爬坡進行調節(jié)的碳捕集電廠低碳經濟安全調度模型，在滿足碳捕集電廠低碳特性的前提下對風電爬坡時可能產生的棄風和切負荷現象進行調節(jié)，具體結論如下：

1）在電力系統(tǒng)調度中，采用“上爬坡碳超前補償法”調度策略應對風電上爬坡所產生的棄風影響有顯著效果。采用“上爬坡碳超前補償法”調度策略的碳捕集電廠相較于普通碳捕集電廠，碳排量降低了0.086%，碳捕集電廠燃料成本降低了0.1%，風電上爬坡階段的棄風率下降了31.57%，顯示出調度策略可以在保證經濟性和低碳性的前提下，有效地應對風電上爬坡帶來的局部時刻棄風量增大現象。

2）在電力系統(tǒng)調度中，采用“下爬坡碳滯后補償法”調度策略對于應對風電下爬坡所產生的切負荷影響有顯著效果。采用“下爬坡碳滯后補償法”調度策略的碳捕集電廠相較于普通碳捕集電廠，碳排量降低了0.025%，碳捕集電廠燃料成本降低了0.042%，風電下爬坡階段的切負荷率下降了22.45%，顯示出調度策略可以在保證經濟性和低碳性的前提下，有效地應對風電下爬坡帶來的局部時段切負荷量增大現象。

總體來看，本文采取的調度策略不僅降低了系統(tǒng)的碳排放量，還可可緩解由風電爬坡帶來的不利影響，降低系統(tǒng)調度總成本以及火電廠燃煤成本，減小環(huán)境污染，在保證經濟性和環(huán)保性的前提下，可以進一步提高風能利用率，減小風電爬坡帶來的不利影響。

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Low-Carbon and Economic Dispatch Considering the Carbon Capture Power Plants with Flexible Adjustment of Wind Power Ramp

Han Li Wang Chong Yu Xiaojiao Yu Hongbo Wang Xiaojing

（School of Electrical Engineering China University of Mining and Technology Xuzhou 221116 China）

With the continuous progress of economy and society, the greenhouse effect problem has been increasingly emerging. In order to achieve the "dual-carbon" goal, the use of renewable energy such as wind power is the fundamental way to reduce carbon emissions, and carbon capturing is a direct method to reduce carbon emissions. Carbon capture power plants are well suited to wind power because carbon capture power plants have fast response speed. However, wind power has inherent volatility, and the sudden rise and fall of wind power will affect electric-carbon coordinated performances of carbon capture power plants. The energy can be stored and released by increasing or decreasing the solution volume in the liquid storage tank of the carbon capture equipment. The ability of energy shifting is called the internal energy time shift characteristics, which provides a way to solve the above problems.

This paper solves the dispatch problem of wind power ramp through the flexible call of liquid storage tanks in carbon capture plants. Firstly, a mathematical model of carbon capture power plants is constructed. The correlation between the storage and release energy brought by the increase and decrease of the solution volume of the liquid storage tank and the energy consumption of the carbon capture equipment is analyzed. Then the bidirectional regulation ability of the liquid storage tank is studied. Secondly, the up-hill carbon advance compensation and down-hill carbon lag compensation dispatch strategies are proposed, and the liquid storage tank is adjusted in both directions to achieve electricity-carbon decoupling of the carbon capture power plant. Before wind power ramp up, by using the up-hill carbon advance compensation dispatch strategy, the desorption of solution is reduced and the solution is stored in the liquid storage tank. When wind power ramp events occur, the solution stored in the liquid storage tank can be desorbed to increase the carbon capture energy consumption. As a result, the net output of carbon capture plants is reduced to match the wind power ramp up. The wind curtailment problem is decreased by using the up-hill carbon advance compensation dispatch strategy. When wind power ramp down, by using the down-hill carbon lag compensation dispatch strategy the desorption of solution volume is reduced and the solution is stored in the liquid storage tank to decrease the carbon capture energy consumption. As a result, the net output of carbon capture plants is increased to match the wind power ramp down. The load cutting problems can be decreased by using the down-hill carbon lag compensation dispatch strategy. After wind power ramp down, the stored solution in the liquid storage tank is lagging desorbed by carbon capture power plants. Finally, a low-carbon economic dispatch model that deals with wind power ramp is constructed and the power systems consisting of carbon capture power plants, high-carbon power plants and a wind farm are simulated to prove the effectiveness of the proposed dispatch strategy.

The simulation results show that the carbon capture power plant using the up-hill and down-hill dispatch strategy can better reduce wind power curtailment and load shedding caused by wind power ramp. From the analysis of the calculation examples, the wind power curtailment rate decreases 31.57% and the load shedding rate decreases 22.45%. When wind power ramp events occur, carbon capture power plants using the dispatch strategy can fully utilize wind power and reduce carbon emissions and costs, and can provide faster and more flexible climbing adjustment capability to undertake climbing tasks.

Carbon emission reduction, wind power ramp, carbon capture power plants, carbon offset

10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.230188

TM734

國家自然科學基金項目（62076243）和徐州市科技項目（KC22343）資助。

2023-02-21

2023-06-19

韓 麗 女，1977年生，教授，博士生導師，研究方向為可再生能源發(fā)電技術及電網優(yōu)化調度等。E-mail：dannyli717@163.com（通信作者）

王 沖 男，1997年生，碩士研究生，研究方向為電網優(yōu)化調度。E-mail：1445182429@qq.com

（編輯 赫 蕾）