动态碳排因子驱动的氢能综合能源系统双层优化：碳流追踪与多主体博弈协同机制

本文创新性地提出基于碳流追踪理论（CEF）的氢能综合能源系统（H2-IES）双层优化框架，通过上层动态碳排因子精准量化与下层多主体（产/储/用/售）Stackelberg博弈，实现碳-能-价三重协同。核心技术突破包括：两阶段P2G（5%-20%动态氢混掺）、P2G-CCS-CHP碳循环耦合（能效提升18.7%），以及阶梯碳交易机制，最终达成碳排放降低22.1%、运行成本减少6.8%的系统性创新。

　　

Highlight

本研究构建的H₂-IES双层优化模型通过动态碳排因子（CEFs）与多主体Stackelberg博弈框架，实现了低碳性能与经济效率的协同提升。

关键发现包括：动态CEFs的时空引导效应显著。通过构建基于碳流追踪的上层市场出清模型，本研究精细刻画了电网与氢网采购能源的时空碳排放差异——相比静态CEF模型，总碳排放从12.72吨降至7.06吨（降幅22.1%），验证了动态碳定价对清洁能源消纳的促进作用。

Two-Stage P2G Operation Model

两阶段P2G运行模型

创新性地将P2G过程分解为：

1）基于动态效率的电解槽（EL）制氢：利用弃风电力生产5%-20%可变掺氢比的混合燃气，提升微型燃气轮机（MT）和燃气锅炉（GB）的燃料灵活性；

2）甲烷化余热回收：捕获放热反应能量供给区域供热网络，形成"电-热-气-氢"四网融合。该设计使系统能效提升18.7%，同时通过CCS捕获的CO₂作为P2G原料，实现碳闭环。

Conclusions

1）动态CEFs模型通过节点级碳流追踪，解决了传统静态模型无法反映时空碳排放差异的缺陷；

2）两阶段P2G与CHP-CCS的协同运行，构建了"制氢-储碳-供热"三位一体的能源枢纽；

3）阶梯碳交易机制通过供需双侧成本分摊，激发主体减排合作意愿，使碳交易成本降低5.1%。