Carbon Trajectory Tracking Method for Electric-Thermal Interconnected Integrated Energy System Based on Carbon Entropy Index

WANG Mengxue; ZHAO Haoran; LIU Chunyang; WANG Junjie; XIN Sixiao; HUANG Xiaoli

doi:10.7500/AEPS20220409003

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Carbon Trajectory Tracking Method for Electric-Thermal Interconnected Integrated Energy System Based on Carbon Entropy Index

Power System Analysis and Optimization from Carbon Perspective | 更新时间：2025-06-16

- Carbon Trajectory Tracking Method for Electric-Thermal Interconnected Integrated Energy System Based on Carbon Entropy Index
- Automation of Electric Power Systems Vol. 47, Issue 9, Pages: 13-22(2023)
- 作者机构：
  
  1.电网智能化调度与控制教育部重点实验室(山东大学),山东省济南市 250061
  2.山东大学能源与动力工程学院,山东省济南市 250061
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Key R&D Program of China(2018YFA0702200)
- DOI：10.7500/AEPS20220409003
  CLC：
- Received：09 April 2022，
  
  Revised：2022-06-17，
  
  Published Online：04 November 2022，
  
  Published：10 May 2023
- 稿件说明：
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王梦雪,赵浩然,刘春阳等.基于碳熵指标的电-热互联综合能源系统碳轨迹追踪方法[J].电力系统自动化,2023,47(9):13-22.

WANG Mengxue,ZHAO Haoran,LIU Chunyang,et al.Carbon Trajectory Tracking Method for Electric-Thermal Interconnected Integrated Energy System Based on Carbon Entropy Index[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(9):13-22.
王梦雪,赵浩然,刘春阳等.基于碳熵指标的电-热互联综合能源系统碳轨迹追踪方法[J].电力系统自动化,2023,47(9):13-22. DOI： 10.7500/AEPS20220409003.

WANG Mengxue,ZHAO Haoran,LIU Chunyang,et al.Carbon Trajectory Tracking Method for Electric-Thermal Interconnected Integrated Energy System Based on Carbon Entropy Index[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(9):13-22. DOI： 10.7500/AEPS20220409003.

摘要

“碳达峰·碳中和”目标背景下，节能减排成为中国能源改革的首要任务。碳排放(简称碳排)的宏观计量无法满足能量系统碳排深入研究的需求，精细化的用能侧碳排特征能够有效指导用户低碳用能。文中基于碳熵指标提出了电-热互联综合能源系统的碳轨迹追踪方法。首先，基于“熵”与“碳排”的相似特征引入了“碳熵”概念，用以描述碳排随能量流动的无序化，研究源与荷的碳熵关系。其次，基于电、热系统的叠加特性建立了电-热互联综合能源系统的碳熵模型，形成源荷作用关系的显式表达式，对电-热互联综合能源系统进行碳轨迹追踪，并分析单个碳源作用于用户侧的碳熵分量。最后，以中国吉林省某地区电-热互联综合能源系统为例进行算例分析，验证了碳熵模型的优势及有效性。

Abstract

Under the target of carbon emission peak and carbon neutrality

energy conservation and emission reduction has become the primary task for energy reform in China. The macroscopic measurement of carbon emission can no longer satisfy the in-depth study on carbon emission from energy system. The detailed description of carbon emission characteristics of the energy consumption side can further guide users to realize low-carbon energy consumption. A carbon trajectory tracking method of the electric-thermal interconnected integrated energy system (ETI-IES) is proposed based on the carbon entropy index. Firstly

this paper introduces the concept of “carbon entropy” based on the similar characteristics of “entropy” and “carbon emission” to describe the disorder of carbon emission with energy flow and study the carbon entropy relationship between the energy supply side and the demand side. Secondly

based on the superposition of electric and thermal systems

this paper establishes a carbon entropy model of the ETI-IES to form an explicit expression of the relationship between carbon source and load

to track the carbon emissions in ETI-IES and calculate the carbon index of the demand side under multi-energy supply

as well as to analyze the carbon entropy component of a single carbon source. Finally

an example of ETI-IES in a region of Jilin Province of China is used for arithmetic analysis to verify the advantages and effectiveness of the carbon entropy model.

关键词

Keywords

references

CHEN S ， CONEJO A J ， WEI Z N . Conjectural-variations equilibria in electricity， natural-gas， and carbon-emission markets ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2021 ， 36 （ 5 ）： 4161 - 4171 .

张笑演，熊厚博，王楚通，等 . 基于最优出力区间和碳交易的园区综合能源系统灵活经济调度［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 16 ）： 72 - 83 .

ZHANG Xiaoyan ， XIONG Houbo ， WANG Chutong ， et al . Flexible economic dispatching of park-level integrated energy system based on optimal power output interval and carbon trading ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 16 ）： 72 - 83 .

赵冬梅，王浩翔，陶然 . 计及风电-负荷不确定性的风-火-核-碳捕集多源协调优化调度［J］. 电工技术学报， 2022 ， 37 （ 3 ）： 707 - 718 .

ZHAO Dongmei ， WANG Haoxiang ， TAO Ran . A multi-source coordinated optimal scheduling model considering wind-load uncertainty ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2022 ， 37 （ 3 ）： 707 - 718 .

张立辉，戴谷禹，聂青云，等 . 碳交易机制下计及用电行为的虚拟电厂经济调度模型［J］. 电力系统保护与控制， 2020 ， 48 （ 24 ）： 154 - 163 .

ZHANG Lihui ， DAI Guyu ， NIE Qingyun ， et al . Economic dispatch model of virtual power plant considering electricity consumption under a carbon trading mechanism ［J］. Power System Protection and Control ， 2020 ， 48 （ 24 ）： 154 - 163 .

程耀华，张宁，康重庆，等 . 低碳多能源系统的研究框架及展望［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 14 ）： 4060 - 4069 .

CHENG Yaohua ， ZHANG Ning ， KANG Chongqing ， et al . Research framework and prospects of low-carbon multiple energy systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 14 ）： 4060 - 4069 .

SUN Y L ， KANG C Q ， XIA Q ， et al . Analysis of transmission expansion planning considering consumption-based carbon emission accounting ［J］. Applied Energy ， 2017 ， 193 ： 232 - 242 .

陈志，胡志坚，翁菖宏，等 . 基于阶梯碳交易机制的园区综合能源系统多阶段规划［J］. 电力自动化设备， 2021 ， 41 （ 9 ）： 148 - 155 .

CHEN Zhi ， HU Zhijian ， WENG Changhong ， et al . Multi-stage planning of park-level integrated energy system based on ladder-type carbon trading mechanism ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2021 ， 41 （ 9 ）： 148 - 155 .

张晓辉，刘小琰，钟嘉庆 . 考虑奖惩阶梯型碳交易和电-热转移负荷不确定性的综合能源系统规划［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 19 ）： 6132 - 6142 .

ZHANG Xiaohui ， LIU Xiaoyan ， ZHONG Jiaqing . Integrated energy system planning considering a reward and punishment ladder-type carbon trading and electric-thermal transfer load uncertainty ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 19 ）： 6132 - 6142 .

张沈习，王丹阳，程浩忠，等 . 双碳目标下低碳综合能源系统规划关键技术及挑战［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 8 ）： 189 - 207 .

ZHANG Shenxi ， WANG Danyang ， CHENG Haozhong ， et al . Key technologies and challenges of low-carbon integrated energy system planning for carbon emission peak and carbon neutrality ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 8 ）： 189 - 207 .

矫舒美，乔学博，李勇，等 . 计及综合能源系统全寿命周期碳排放和碳交易的电转气设备和光伏联合优化配置［J］. 电力自动化设备， 2021 ， 41 （ 9 ）： 156 - 163 .

JIAO Shumei ， QIAO Xuebo ， LI Yong ， et al . Joint optimal configuration of P2G equipment and PV considering life-cycle carbon emissions and carbon trading of IES ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2021 ， 41 （ 9 ）： 156 - 163 .

陈锦鹏，胡志坚，陈颖光，等 . 考虑阶梯式碳交易机制与电制氢的综合能源系统热电优化［J］. 电力自动化设备， 2021 ， 41 （ 9 ）： 48 - 55 .

CHEN Jinpeng ， HU Zhijian ， CHEN Yingguang ， et al . Thermoelectric optimization of integrated energy system considering ladder-type carbon trading mechanism and electric hydrogen production ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2021 ， 41 （ 9 ）： 48 - 55 .

KANG C Q ， ZHOU T R ， CHEN Q X ， et al . Carbon emission flow in networks ［J］. Scientific Reports ， 2012 ， 2 ： 479 .

LI B W ， SONG Y H ， HU Z C . Carbon flow tracing method for assessment of demand side carbon emissions obligation ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2013 ， 4 （ 4 ）： 1100 - 1107 .

李保卫，胡泽春，宋永华，等 . 电力碳排放区域分摊的原则与模型［J］. 电网技术， 2012 ， 36 （ 7 ）： 12 - 18 .

LI Baowei ， HU Zechun ， SONG Yonghua ， et al . Principle and model for regional allocation of carbon emission from electricity sector ［J］. Power System Technology ， 2012 ， 36 （ 7 ）： 12 - 18 .

周天睿，康重庆，徐乾耀，等 . 电力系统碳排放流的计算方法初探［J］. 电力系统自动化， 2012 ， 36 （ 11 ）： 44 - 49 .

ZHOU Tianrui ， KANG Chongqing ， XU Qianyao ， et al . Preliminary investigation on a method for carbon emission flow calculation of power system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2012 ， 36 （ 11 ）： 44 - 49 .

周天睿，康重庆，徐乾耀，等 . 电力系统碳排放流分析理论初探［J］. 电力系统自动化， 2012 ， 36 （ 7 ）： 38 - 43 .

ZHOU Tianrui ， KANG Chongqing ， XU Qianyao ， et al . Preliminary theoretical investigation on power system carbon emission flow ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2012 ， 36 （ 7 ）： 38 - 43 .

周天睿，康重庆，徐乾耀，等 . 碳排放流在电力网络中分布的特性与机理分析［J］. 电力系统自动化， 2012 ， 36 （ 15 ）： 39 - 44 .

ZHOU Tianrui ， KANG Chongqing ， XU Qianyao ， et al . Analysis on distribution characteristics and mechanisms of carbon emission flow in electric power network ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2012 ， 36 （ 15 ）： 39 - 44 .

CHEN G ， CHEN B ， ZHOU H ， et al . Life cycle carbon emission flow analysis for electricity supply system： a case study of China ［J］. Energy Policy ， 2013 ， 61 ： 1276 - 1284 .

CHEN S S ， SUN B B ， HE Z H ， et al . Calculation method of carbon emission flow in power system based on the theory of power flow calculation ［C］// Proceedings of the 2015 6th International Conference on Manufacturing Science and Engineering ， July 17-19 ， 2015 ， Paris， France ： 443 - 450 .

KANG C Q ， ZHOU T R ， CHEN Q X ， et al . Carbon emission flow from generation to demand： a network-based model ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2015 ， 6 （ 5 ）： 2386 - 2394 .

SUN T ， FENG D H ， DING T ， et al . Directed graph based carbon flow tracing for demand side carbon obligation allocation ［C］// 2016 IEEE Power and Energy Society General Meeting ， July 17-21 ， 2016 ， Boston， USA .

李岩松，刘启智，张朕搏，等 . 基于电网功率分布的碳排放流计算方法［J］. 电网技术， 2017 ， 41 （ 3 ）： 840 - 844 .

LI Yansong ， LIU Qizhi ， ZHANG Zhenbo ， et al . Algorithm of carbon emission flow based on power distribution ［J］. Power System Technology ， 2017 ， 41 （ 3 ）： 840 - 844 .

POURAKBARI-KASMAEI M ， LEHTONEN M ， CONTRERAS J ， et al . Carbon footprint management： a pathway toward smart emission abatement ［J］. IEEE Transactions on Industrial Informatics ， 2020 ， 16 （ 2 ）： 935 - 948 .

汪超群，陈懿，文福拴，等 . 电力系统碳排放流理论的若干问题及改进方法［J/OL］. 电网技术［ 2022-04-09 ］. https：//doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2021.2071 https://doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2021.2071 .

WANG Chaoqun ， CHEN Yi ， WEN Fushuan ， et al . Some problems and improvement of carbon emission flow theory in power systems ［J/OL］. Power System Technology ［ 2022-04-09 ］. https：//doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2021.2071 https://doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2021.2071 .

龚昱，蒋传文，李明炜，等 . 基于复功率潮流追踪的电力用户侧碳排放计量［J］. 电力系统自动化， 2014 ， 38 （ 17 ）： 113 - 117 .

GONG Yu ， JIANG Chuanwen ， LI Mingwei ， et al . Carbon emission calculation on power consumer side based on complex power flow tracing ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2014 ， 38 （ 17 ）： 113 - 117 .

CHENG Y H ， ZHANG N ， WANG Y ， et al . Modeling carbon emission flow in multiple energy systems ［C］// 2019 IEEE Power & Energy Society General Meeting （PESGM）， August 4-8 ， 2019 ， Atlanta， USA .

李梦，李作志 . 面向碳排与固碳的中国碳熵动力系统研究［J］. 中国人口·资源与环境， 2017 ， 27 （增刊1 ）： 214 - 217 .

LI Meng ， LI Zuozhi . Chinese carbon-entropy dynamic system oriented on industrial carbon and carbon sequestration ［J］. China Population， Resources and Environment ， 2017 ， 27 （ Supplement 1 ）： 214 - 217 .

王锡凡，王秀丽 . 电流追踪问题［J］. 中国科学（E辑）， 2000 ， 30 （ 3 ）： 265 - 270 .

WANG Xifan ， WANG Xiuli . Tracing the current ［J］. Science in China （Series E）， 2000 ， 30 （ 3 ）： 265 - 270 .

冯林桥，许文玉，邓昌安，等 . 共轭电流全损耗功率分量定义及其叠加原理［J］. 中国电机工程学报， 2002 ， 22 （ 5 ）： 65 - 69 .

FENG Linqiao ， XU Wenyu ， DENG Chang’an ， et al . Definition of conjugate current whole power loss component and their superposition theorem ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2002 ， 22 （ 5 ）： 65 - 69 .

ZHANG S H ， GU W ， LU H ， et al . Superposition-principle based decoupling method for energy flow calculation in district heating networks ［J］. Applied Energy ， 2021 ， 295 ： 117032 .

LU S ， GU W ， ZHOU J H ， et al . Coordinated dispatch of multi-energy system with district heating network： Modeling and solution strategy ［J］. Energy ， 2018 ， 152 ： 358 - 370 .

GU W ， WANG J ， LU S ， et al . Optimal operation for integrated energy system considering thermal inertia of district heating network and buildings ［J］. Applied Energy ， 2017 ， 199 ： 234 - 246 .

HUANG W J ， ZHANG N ， WANG Y ， et al . Matrix modeling of energy hub with variable energy efficiencies ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2020 ， 119 ： 105876 .

彭元，娄素华，吴耀武，等 . 考虑储液式碳捕集电厂的含风电系统低碳经济调度［J］. 电工技术学报， 2021 ， 36 （ 21 ）： 4508 - 4516 .

PENG Yuan ， LOU Suhua ， WU Yaowu ， et al . Low-carbon economic dispatch of power system with wind power considering solvent-storaged carbon capture power plant ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2021 ， 36 （ 21 ）： 4508 - 4516 .

何晨可，朱继忠，刘云，等 . 计及碳减排的电动汽车充换储一体站与主动配电网协调规划［J］. 电工技术学报， 2022 ， 37 （ 1 ）： 92 - 111 .

HE Chenke ， ZHU Jizhong ， LIU Yun ， et al . Coordinated planning of electric vehicle charging-swapping-storage integrated station and active distribution network considering carbon reduction ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2022 ， 37 （ 1 ）： 92 - 111 .

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