能源消耗产生的碳排放是导致全球气候变暖与空气污染的主要原因,如何协调日益增长的能源需求与碳排放之间的矛盾关系是一个亟待解决的问题。提高能源利用效率与增加可再生能源占比是解决这一问题的关键途径。综合能源系统(Integrated Energy System,IES)通过集成电、热、气等多种异质能源子系统来提高能源利用效率,能有效实现可再生能源的集成。然而,IES受可再生能源出力与负荷需求的不确定性干扰,导致了可再生能源消纳困难。此外,传统IES多能耦合依赖于化石能源消耗,这导致了大量的碳排放。基于此,本文通过引入碳捕集设备与氢能多元利用结构以提高IES的可再生能源消纳与碳减排能力,并针对IES的容量配置方案和优化调度策略展开研究。主要研究工作及结论如下: (1)构建了IES多能耦合框架,引入灵活碳捕集电厂耦合氢能多元利用模型对IES进行低碳化改造,通过建立数学模型,对系统内各设备的能源转换与耦合运行过程进行精细刻画,为后续研究提供模型基础与理论支撑。 (2)提出了一种考虑源荷相关性的IES双层优化配置方法。首先,采用拉丁超立方抽样结合Nataf变换与奇异值分解的方法生成考虑源荷相关性的典型场景。其次,建立IES双层优化配置模型,配置层以系统年化综合成本最小为目标,运行层以系统年总运行成本最小为目标,通过上下层迭代求解得到各设备最优容量。算例结果表明,所提源荷场景生成方法能精确保留源荷历史数据的相关性变化特征;对灵活碳捕集电厂耦合氢能多元利用模型进行合理配置,提升了IES低碳性与风电消纳能力的同时兼顾了系统经济性。 (3)基于上述配置结果,提出了一种考虑氢能系统余热利用的IES多时间尺度调度策略。首先构建了氢能系统的余热利用模型,以提高IES的能源利用效率。基于此,构建IES日前-日内多时间尺度优化调度模型,日前阶段以运行成本最小为目标,考虑电热需求响应与阶梯式碳交易机制以提升IES运行的灵活性与低碳性;日内阶段以与日前调度计划偏差最小为目标,基于模型预测控制原理建立日内滚动优化模型。算例结果表明,考虑余热利用后有效提高了IES的能源利用效率,且所提调度策略提升了IES运行的经济低碳性及可靠性。