随着全球变暖问题日益凸显、传统能源加速消耗，世界主要国家已将能源系统节能降碳作为重要的未来发展方向。在“双碳”目标下，电力行业的低碳发展面临严峻挑战，传统火电厂的碳减排更是推进“双碳”目标的重要举措之一。综合能源系统被广泛认为是促进能源系统互联、营造可持续发展的低碳社会与低碳经济的一项关键技术。

近日，清华大学深圳国际研究生院助理教授沈欣炜课题组在电-气综合能源系统减碳规划方面取得研究新进展。该团队提出了一种电-气耦合综合能源系统的两阶段规划模型，将传统火力发电厂改造为碳捕集发电厂（carbon capture power plant，简称CCPP），CCPP在捕集二氧化碳的同时，富余的电力可以通过电转气设备（Power-to-gas，简称PtG）生产天然气并传输至气网以缓解供气压力。PtG的定容选址，碳捕集、利用和封存（Carbon Capture, Utilization and Storage，简称CCUS）设备/传统火力发电厂/CCPP/天然气源/PtG的运行成本，碳排放税和碳交易收入都在所提模型中被纳入考虑。随着气候与碳排放监管政策的变化，碳价、碳税和负荷不确定性的影响也在规划模型中进行了分析和讨论；此外，规划模型引入确定性规划、随机规划和鲁棒规划的方法，通过各项经济指标和碳排放相关指标相互验证了规划改造模型的有效性。

研究算例表明，该研究提出的规划方法在能源系统碳减排和增加PtG、CCUS投资从碳市场交易获利方面具有广阔的应用前景，可为电力公司、天然气公司及第三方投资机构的决策提供有效参考。随着未来PtG/CCUS技术在海上风电消纳、海洋碳汇等方面的快速发展，研究成果对加快我国新型电力系统建设、助力国家“双碳”目标实现具有重要借鉴意义。

CCUS商业模式流程图

碳捕集电厂改造框架图

不同碳价、碳税下的投资成本

不同电/气负荷下的投资成本

不同碳价、碳税下改造与不改造模型的总成本对比

研究成果以“考虑碳税和碳价不确定性及碳捕集、利用和封存的电-气耦合综合能源系统两阶段规划”（Two-stage Planning for Electricity-Gas Coupled Integrated Energy System with Carbon Capture, Utilization, and Storage Considering Carbon Tax and PriceUncertainties）为题发表于国际学术期刊《IEEE电力系统汇刊》（IEEE Transactions on Power Systems）。

该论文的第一作者为清华大学深圳国际研究生院2022届硕士轩昂，通讯作者为清华大学深圳国际研究生院助理教授沈欣炜，其他作者包括清华大学电机系教授郭庆来和孙宏斌。该项目得到了国家自然科学基金、深圳国际研究生院启动经费、南方电网公司科技项目的资助。