Optimization Method for Renewable Energy Investment Planning Under Electricity-Carbon Coupled Market

YE Yujian; WANG Huiyu; LIU Ximu; TANG Yi; GAO Ciwei; Goran STRBAC

doi:10.7500/AEPS20230621006

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Optimization Method for Renewable Energy Investment Planning Under Electricity-Carbon Coupled Market

Invited Paper | 更新时间：2025-06-16

- Optimization Method for Renewable Energy Investment Planning Under Electricity-Carbon Coupled Market
- Automation of Electric Power Systems Vol. 47, Issue 23, Pages: 92-104(2023)
- 作者机构：
  
  1.东南大学电气工程学院，江苏省南京市 210096
  2.伦敦帝国理工学院电气与电子工程系，伦敦 SW72AZ，英国
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.7500/AEPS20230621006
  CLC：
- Received：21 June 2023，
  
  Revised：2023-08-20，
  
  Published Online：07 November 2023，
  
  Published：10 December 2023
- 稿件说明：
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叶宇剑,王卉宇,刘曦木等.电-碳耦合市场环境下可再生能源投资规划优化方法[J].电力系统自动化,2023,47(23):92-104.

YE Yujian,WANG Huiyu,LIU Ximu,et al.Optimization Method for Renewable Energy Investment Planning Under Electricity-Carbon Coupled Market[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(23):92-104.
叶宇剑,王卉宇,刘曦木等.电-碳耦合市场环境下可再生能源投资规划优化方法[J].电力系统自动化,2023,47(23):92-104. DOI： 10.7500/AEPS20230621006.

YE Yujian,WANG Huiyu,LIU Ximu,et al.Optimization Method for Renewable Energy Investment Planning Under Electricity-Carbon Coupled Market[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(23):92-104. DOI： 10.7500/AEPS20230621006.

摘要

中国面临着可再生能源高速发展和电力市场改革、碳市场建设稳步推进的多重机遇，市场化机制将科学引导可再生能源合理规划与有效投资。电力市场和碳市场虽分开运营，两者的出清结果却紧密耦合，且共同影响市场主体的运营与投资模型。在电-碳耦合市场的背景下，文中提出了一种最大化可再生能源接入容量并保障其投资成本回收的可再生能源投资规划双层优化模型。首先，基于动态碳排放特性推导了常规机组的电-碳耦合报价，提出了考虑碳配额交易影响的电力现货市场机制。然后，在“投资-运行”框架下建立了可再生能源投资规划双层优化模型：上层在能收回投资成本的前提下，最大化可再生能源的投资容量并对其进行定容和选址决策；下层分别模拟电力现货市场和国家核证自愿减排量市场的出清过程，以向上层模型的可再生能源发电商投资决策提供相应的价格信号。通过下层问题最优性条件和线性化方法，将双层优化模型转化为混合整数线性规划进行求解。最后，通过仿真算例验证了所提方法有效性，并探索了碳市场交易、网络容量与储能等不同因素对可再生能源最优投资容量的影响。

Abstract

China faces multiple opportunities such as rapid development of the renewable energy source (RES)

the reform of the electricity market

and the steady progress of carbon market construction

and market-oriented mechanisms will scientifically guide rational planning and effective investment of RES. Although the electricity market and carbon market operate in a separate fashion

their clearing outcome is tightly coupled and jointly affects the operation and investment planning models for market participants. Under the background of electricity-carbon coupled market

a bi-level optimization model of RES investment planning is proposed

targeted to maximize the hosting capacity of RES

while ensuring its investment cost recovery. First

based on dynamic carbon emission characteristics

the electricity-carbon coupled quotation of conventional units is derived

and the power spot market mechanism considering the influence of carbon quota trading is proposed. Then

a bi-level optimization model of RES investment planning is established under the framework of “investment-operation”. The upper-layer model maximizes the investment capacity of RES and determines its capacity and location under the premise of recovering the investment cost. The lower-layer model simulates the clearing process of the electricity spot market and the Chinese certified emission reduction market respectively to provide corresponding price signals to the investment decisions of RES generators in the upper-layer model. The bi-level optimization model is transformed into mixed-integer linear programming for the solution by the optimization condition and linearization method. Finally

the effectiveness of the proposed method is verified by a simulation case

and the influence of different factors such as carbon market trading

network capacity and energy storage on the optimal investment capacity of RES is discussed.

关键词

Keywords

references

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