《ENERGY CONVERSION AND MANAGEMENT》：Robust scheduling of a multi-energy system with hybrid electric-thermal-methanol storage: A carbon-cycle-integrated approach for operational flexibility
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本研究提出了一种针对含混合型电-热-甲醇储能的碳循环集成多能系统的鲁棒模型预测控制（Robust Model Predictive Control, RMPC）调度策略，以提升不确定性条件下的运行灵活性。该系统嵌入了闭环的电转甲醇转电（power-to-met
本研究提出了一种针对含混合型电-热-甲醇储能的碳循环集成多能系统的鲁棒模型预测控制（Robust Model Predictive Control, RMPC）调度策略，以提升不确定性条件下的运行灵活性。该系统嵌入了闭环的电转甲醇转电（power-to-methanol-to-power, PtMtP）路径，实现了能量流与碳流的协同优化。研究采用数据驱动方法，结合多步预测法与核密度估计（Kernel Density Estimation, KDE）构建负荷时变不确定性集合以支撑鲁棒优化。考虑运行成本、绿色低碳利用方式补贴以及抵御不确定性的灵活性需求，构建了基于滚动预测的最小-最大（min–max）优化模型。研究提出了两项综合性指标以分别评估混合储能的协调性与系统的灵活性。算例分析结果验证了所提框架的有效性：碳循环产生了经济效益，实现了64.1%的碳利用效率，并达成了可观的CO2减排。对比分析表明，所提系统的整体灵活性指数为75.9%，优于无碳循环配置（54.5%）以及无甲醇储能配置（69.7%），证明了碳-能关联对于提供长期低碳灵活性的不可或缺性。
本文围绕含混合型电-热-甲醇储能的多能系统，提出了一种碳循环集成的鲁棒模型预测控制调度框架，旨在应对可再生能源不确定性、化石燃料机组调度及碳排放约束带来的双重优化挑战，将碳排放从负担转化为灵活性资源。
研究背景方面，全球能源转型过程中，可再生能源大规模接入多能系统虽提升了整体效率，但光伏（photovoltaic, PV）等资源的固有间歇性与不确定性对系统稳态及灵活运行构成严峻挑战。过渡期仍需可调度化石燃料发电保障供应可靠性，但这又引入了额外碳排放约束。现有研究在灵活性定义上缺乏统一框架，多聚焦于电化学储能（battery, BAT）与储热（thermal energy storage, TES）等短时储能的日内平衡，其灵活性受储能时长与能量密度限制，难以满足长周期能源转移需求。氢储能（hydrogen energy storage, HES）等燃料型储能虽具长时储能优势，但将甲醇储能（methanol energy storage, MES）嵌入碳捕集利用路径进行实时调度的研究尚处起步阶段。在不确定性处理方面，随机优化（stochastic optimization, SO）与鲁棒优化（robust optimization, RO）及其变体如分布鲁棒优化（distributionally robust optimization, DRO）得到广泛应用，而鲁棒模型预测控制（robust MPC）因兼具鲁棒性与闭环滚动优化特性，可实现实时调整。然而既有研究多将碳视为外部成本或约束，碳流未作为可控的双向灵活性资源纳入多能流协同优化。
针对上述问题，研究人员开展了以下创新性研究：首先，构建了碳流赋能的灵活性新范式，通过整合PtMtP路径，将CO
2从成本转化为价值创造资产，实现负荷-发电双重属性；其次，提出了协同优化动态能量流与碳流的鲁棒MPC框架，设计了奖励运行灵活性的目标函数；最后，建立了多时间尺度协调效率指标与整体灵活性指数等新型评估体系。
研究采用的关键技术方法包括：（1）多步预测与核密度估计相结合的数据驱动方法，用于构建负荷时变不确定性集合；（2）基于滚动时域的min-max鲁棒优化模型，在每小时分辨率的日调度周期内求解混合整数线性规划问题；（3）碳循环集成的系统建模方法，涵盖能量流与碳流的统一表征；（4）提出的多时间尺度协调效率指标与整体灵活性指数，量化评估混合储能与碳-能关联的协同运行效果。
研究成果部分，"系统与模型"章节建立了所提含混合型储能的多能系统能量流与碳流模型，为后续优化奠定物理基础。"鲁棒MPC框架"章节呈现了完整的日调度周期（t=1,2,…,T）鲁棒MPC架构：系统初始化与数据预处理阶段，将负荷与可再生能源发电的点预测转化为时变不确定性区间，为RO建立概率边界；核心滚动优化循环中，在每个时段构建并求解min-max优化问题，实现能源与碳流的协同调度。"算例分析与性能分析"章节基于Intel Core i5-8250U CPU及MATLAB R2017b平台，采用CPLEX求解器进行仿真验证，结果表明所提框架具有计算可追踪性，适用于实时调度应用。结果显示碳循环产生经济效益，碳利用效率达64.1%，并实现显著CO
2减排；系统整体灵活性指数达75.9%，较无碳循环配置（54.5%）与无甲醇储能配置（69.7%）均有显著提升。"结论"章节指出，PtMtP路径的集成创造了协同闭环，提供双向灵活性：电转甲醇（power-to-methanol, PtM）作为灵活负荷消纳可再生能源盈余，甲醇转电（methanol-to-power, MtP）作为可调度发电，同时降低碳排放。
研究讨论与结论认为，本研究开发的碳循环集成鲁棒MPC调度框架实现了从"将碳视为约束"到"将碳作为灵活性资源利用"的范式转变。主要结论为：PtMtP路径的集成创造了协同闭环，提供了双向灵活性，PtM作为灵活负荷吸收可再生能源盈余，MtP作为可调度发电，同时减少碳排放。
