基于有偿碳配额分配的电力-天然气综合能源系统经济调度策略研究

针对综合能源系统(IES)运行中电网负荷不均与高碳排放问题，研究人员提出基于有偿碳配额分配的调度策略，通过政府与IES的纳什议价模型(NBS)确定最优碳价，结合电池储能实现削峰填谷。结果表明该策略可降低系统碳排放15.7%，总成本减少12.3%，为碳定价机制提供理论支撑。

　　

随着"双碳"目标的推进，综合能源系统(Integrated Energy System, IES)因其多能互补特性成为能源转型的关键载体。然而，电网负荷时空分布不均与高碳排放问题严重制约IES的经济环保运行。当前中国碳市场仍以免费配额为主，缺乏市场化定价机制，且现有调度模型多采用固定碳价，难以反映政策驱动的定价本质。更棘手的是，传统调度策略常通过改变用户用电习惯来平衡负荷，可能引发用户抵触情绪。如何在不干扰用户行为的前提下，通过系统内部优化实现减排目标，成为学界亟待破解的难题。

河北某高校团队在《Journal of Cleaner Production》发表研究，创新性地将有偿碳配额分配机制引入IES调度，构建政府与IES的纳什议价模型(Nash Bargaining Solution, NBS)确定碳价，并设计含电池储能的四场景对比实验。研究发现，该策略可使碳排放降低15.7%，总成本减少12.3%，同时平滑负荷曲线波动达23.5%。这项研究为构建市场化碳定价机制提供了可操作的谈判框架，其"系统内部消化负荷波动"的思路避免了用户行为干预，具有重要实践价值。

关键技术方法包括：1) 基于历史数据构建24小时动态负荷模型；2) 采用NBS算法求解政府与IES的最优碳价；3) 设计含经济转换因子(0.01为最优值)和权重因子的多目标优化函数；4) 通过MATLAB/YALMIP工具箱求解混合整数线性规划问题。研究选取典型IES案例，对比分析无储能、固定碳价等四种场景下的性能差异。

【系统模型】
建立"上层能源网-IES-用户负荷"三层架构，将电网与天然气网络输入能量转化为电/热负荷。创新性地将连续时段供电量方差映射到经济域，量化负荷波动对成本的影响。

【碳配额纳什议价模型】
假设政企信息透明，构建政府收益函数Π^G=p^cQ^c和IES收益函数Π^IES=B(Q^c)-p^cQ^c，通过NBS推导出最优碳价p^c*=(B(Q^c)-Π₀^IES+Π₀^G)/2Q^c，实现社会福利最大化。

【IES优化调度模型】
引入经济转换因子α(0.01最优)将技术指标转化为经济量纲，构建含碳成本C^CO2、运维成本C^OM和购能成本C^pur的总成本函数：min C^total=ω₁(C^CO2+C^OM)+ω₂C^pur+α(ΔP)²。仿真显示权重因子ω₁增加10%，碳排放线性下降8.2%。

【结论与意义】
研究证实有偿分配较免费模式减排效果提升19.3%，其中电池储能通过"低谷充电-高峰放电"策略降低峰谷差31.4%。经济转换因子α存在边际效益递减特性，当α>0.015时成本改善率不足2%。该模型为碳市场从免费向有偿分配过渡提供了可量化的决策工具，其"政企协商定价+系统内部调节"的双轨机制，既规避了用户干预风险，又通过市场化手段实现减排目标，对完善中国碳市场建设具有政策参考价值。