Optimal Operation of Integrated Energy System Considering Demand Response Under Carbon Trading Mechanism
Authors: Li J. 
Published: August 2022

The integrated energy system (IES) is an effective way to achieve the “carbon neutrality and emission peak” goal. In order to further explore the role of the adjustable potential of demand side on carbon emission reduction, an optimized operation model of IES considering the demand response under the carbon trading mechanism is proposed. Firstly, according to the characteristics of load response, the demand response is divided into two types: price-type and substitution-type. The price-type demand response model is established on the basis of price elasticity matrix, and the substitution-type demand response model is constructed by considering the conversion of electricity and heat. Secondly, base-line method is used to allocate free carbon emission quota for the system and considering the actual carbon emissions of gas turbine and gas boiler, a carbon trading mechanism for the IES is constructed. Finally, a low-carbon optimal operation model of IES is established, whose objective is to minimize the sum cost of energy purchase, cost of carbon transaction and cost of IES operation and maintenance. The effectiveness of the proposed model is verified through four typical scenarios. By analyzing the sensitivity of demand response, heat distribution ratio of gas turbine and the operating state of the system under different carbon trading prices, it is found that reasonable allocation of price-type and substitution-type demand response and heat production ratio of gas turbine is beneficial to improve the operating economy of the system. Making reasonable carbon trading price can realize the coordination of system economy and low carbon.

Интегрированная энергетическая система является эффективным способом достижения цели «двойного углерода». Для дальнейшего изучения влияния ее регулируемого потенциала со стороны спроса на сокращение выбросов углерода была разработана оптимизированная модель работы интегрированной энергетической системы с учетом реакции на спрос в рамках механизма торговли выбросами углерода. Во-первых, в соответствии с характеристиками реакции на нагрузку, реакция спроса делится на два типа: тип цены и альтернативный тип, и, соответственно, устанавливается модель реакции спроса ценового типа на основе матрицы ценовой эластичности и модель реакции альтернативного спроса с учетом взаимного преобразования электрической энергии и тепловой энергии в энергетическом секторе. Во-вторых, использовать базовый метод для бесплатного распределения квот на выбросы углерода для системы и учитывать фактические выбросы углерода газовых турбин и газовых котлов для создания механизма торговли выбросами углерода для интегрированной энергетической системы; принимая минимальную сумму стоимости размеров в качестве целевой функции, устанавливается низкоуглеродная оптимизационная модель работы интегрированной энергетической системы, и обоснованность предложенной модели проверяется с помощью четырех типичных сценариев. Путем анализа чувствительности реакции спроса, коэффициента распределения тепла газовых турбин и рабочего состояния системы при различных торговых ценах на выбросы углерода было обнаружено, что разумное распределение основанных на цене и альтернативных ответов спроса и коэффициента производства тепла газовыми турбинами способствует улучшению операционной экономики системы и разработке разумной торговли выбросами углерода. Цена может реализовать синергию системной экономики и низкого уровня выбросов углерода.