基于热解-沼气协同与碳绿耦合的农村多能源系统优化

谭文雄; 杨晓辉; 熊永康; 陈宜祎; 胡雄; 王志聪

doi:10.13648/j.cnki.issn1674-0629.2026.08.003

欢迎来到能源电力期刊网！

English Version 期刊登录

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

基于热解-沼气协同与碳绿耦合的农村多能源系统优化

“乡村新型能源系统关键技术与应用"专题 | 更新时间：2026-09-16

- 基于热解-沼气协同与碳绿耦合的农村多能源系统优化
- Optimization of Rural Multi-Energy System Based on Synergistic Pyrolysis-Biogas Generation and Carbon Green Coupling
- 南方电网技术 2026年20卷第8期页码：29-40
- 作者机构：
  
  1.南昌大学信息工程学院，南昌 330031
  2.国网江西省电力有限公司南昌供电分公司，南昌 330069
- 作者简介：
  
  谭文雄（1999），男，通信作者，硕士研究生，研究方向为综合能源系统运行优化，wxtan@email.ncu.edu.cn；
  杨晓辉（1978），男，教授，博士，研究方向为新能源并网控制、电力电子在新能源中的应用，yangxiaohui@ncu.edu.cn；
  熊永康（1992），男，副教授，博士，研究方向为主动配电网规划，yongkang_xiong@ncu.edu.cn。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金地区科学基金项目(62563027)
- DOI：10.13648/j.cnki.issn1674-0629.2026.08.003
  中图分类号： TM712
- 收稿：2026-01-07，
  
  网络首发：2026-04-13，
  
  纸质出版：2026-08-20
- 稿件说明：
移动端阅览
谭文雄,杨晓辉,熊永康等.基于热解-沼气协同与碳绿耦合的农村多能源系统优化[J].南方电网技术,2026,20(08):29-40.

TAN Wenxiong,YANG Xiaohui,XIONG Yongkang,et al.Optimization of Rural Multi-Energy System Based on Synergistic Pyrolysis-Biogas Generation and Carbon Green Coupling[J].Southern Power System Technology,2026,20(08):29-40.
谭文雄,杨晓辉,熊永康等.基于热解-沼气协同与碳绿耦合的农村多能源系统优化[J].南方电网技术,2026,20(08):29-40. DOI： 10.13648/j.cnki.issn1674-0629.2026.08.003.

TAN Wenxiong,YANG Xiaohui,XIONG Yongkang,et al.Optimization of Rural Multi-Energy System Based on Synergistic Pyrolysis-Biogas Generation and Carbon Green Coupling[J].Southern Power System Technology,2026,20(08):29-40. DOI： 10.13648/j.cnki.issn1674-0629.2026.08.003.

摘要

农村多能源系统（rural multi-energy system，RMES）能有效推动农村地区能源转型，具有提高经济和环境效益的潜力。然而现有的农村能源系统未充分考虑能源设备的耦合使用，也缺乏对市场政策影响的考量。提出了一种考虑热解和沼气池设备联合运行、阶梯碳交易（carbon emission trading，CET）与绿色证书交易（green certificate trading，GCT）耦合机制和全生命周期环境评估的低碳经济优化模型。首先，建立了基于热解设备和沼气池联合的RMES运行框架，明确了各能流和设备间的耦合关系。其次，引入了碳-绿证耦合的市场交易机制，借助市场调控作用提升可再生能源利用率。然后，基于环境因素建立了系统全生命周期评估（life cycle assessment，LCA）过程，量化了不同阶段的碳及标准污染物排放量并纳入模型优化体系。最后，通过多场景算例对比分析，结果表明该方法能够有效提高环境效益，促进可再生能源消纳并提高系统的经济性。

Abstract

The rural multi-energy system (RMES) can effectively advance the energy transition in rural areas and holds the potential to enhance economic and environmental benefits. Nevertheless

the existing rural energy systems fail to fully account for the coupled utilization of energy equipment and lack consideration of the impacts of market policies. This paper proposes a low-carbon economic optimization model that takes into account the combined operation of pyrolysis equipment and biogas digesters

the coupling mechanism of carbon emission trading (CET) and green certificate trading (GCT)

as well as life-cycle environmental assessment. Firstly

an operation framework of RMES based on the joint operation of pyrolysis devices and biogas digesters is constructed to clarify the coupling relationships among various energy flows and equipments. Secondly

a coupled market trading mechanism integrating carbon and green certificates is introduced to raise the utilization rate of renewable energy via market regulation. Thirdly

a life cycle assessment (LCA) procedure for the system is established with environmental factors taken into consideration

which quantifies carbon emissions and standard pollutant discharges at different stages and incorporates these indicators into the model optimization system. Finally

comparative analysis is conducted through numerical examples under multiple scenarios. The results demonstrate that the proposed method can effectively boost environmental benefits

facilitate the consumption of renewable energy and improve the economic performance of the system.

关键词

Keywords

references

张裕，李庆生，罗宁 . 面向低碳经济目标的输配电系统协同电网扩展规划［J］. 高压电器， 2025 ， 61 （ 5 ）： 247 - 257 .

ZHANG Yu ， LI Qingsheng ， LUO Ning . Collaborative power grid expansion planning of transmission and distribution system towards low-carbon economic target ［J］. High Voltage Apparatus ， 2025 ， 61 （ 5 ）： 247 - 257 .

卢有飞，邹时容，刘璐豪，等 . 基于知识共享的高比例可再生能源系统发电控制［J］. 高压电器， 2024 ， 60 （ 10 ）： 33 - 45 .

LU Youfei ， ZOU Shirong ， LIU Luhao ， et al . Generation control of high percentage renewable energy systems based on knowledge sharing ［J］. High Voltage Apparatus ， 2024 ， 60 （ 10 ）： 33 - 45 .

杨胜，樊艳芳，侯俊杰，等 . 可再生能源ALK-PEM联合制氢系统多时间尺度优化运行策略［J］. 电力系统保护与控制， 2025 ， 53 （ 3 ）： 68 - 80 .

YANG Sheng ， FAN Yanfang ， HOU Junjie ， et al . Multi-time scale optimization strategy of a renewable energy ALK-PEM combined hydrogen production system ［J］. Power System Protection and Control ， 2025 ， 53 （ 3 ）： 68 - 80 .

杨旭东，尹继娇，刘志坚，等 . 考虑多重不确定性的高海拔施工园区综合能源系统低碳经济鲁棒优化调度［J］. 电力系统保护与控制， 2026 ， 54 （ 10 ）： 115 - 126 .

YANG Xudong ， YIN Jijiao ， LIU Zhijian ， et al . Robust low-carbon economic scheduling of integrated energy systems for high-altitude construction parks considering multiple uncertainties ［J］. Power System Protection and Control ， 2026 ， 54 （ 10 ）： 115 - 126 .

崔杨，孙喜斌，付小标，等 . 考虑电转氨和生物质废能转换的农村化工综合能源系统低碳调度方法［J］. 电网技术， 2024 ， 48 （ 8 ）： 3350 - 3360 .

CUI Yang ， SUN Xibin ， FU Xiaobiao ， et al . Low-carbon dispatch method of rural chemical industry integrated energy system considering power to ammonia and biomass waste energy conversion ［J］. Power System Technology ， 2024 ， 48 （ 8 ）： 3350 - 3360 .

裴越，张靖，唐孜童，等 . 基于改进AHP法组合赋权的变权可拓云的乡村能源系统效益评估［J］. 南方电网技术， 2026 ， 20 （ 8 ）： 3 - 17 .

PEI Yue ， ZHANG Jing ， TANG Zitong ， et al . Benefit evaluation of rural energy systems based on variable-weight extension cloud with combined weighting via improved AHP ［J］. Sou-thern Power System Technology ， 2026 ， 20 （ 8 ）： 3 - 17 .

WU Y ， XU Y . A comprehensive evaluation of an environmentally friendly multi-heat recovery system using biogas energy source from thermodynamic， economic， and environmental perspectives ［J］. Journal of Environmental Chemical Engineering ， 2024 ， 12 （ 3 ）： 112783.1 112783.11-.

LIU Y ， XU X ， LIU Y ， et al . Operational optimization of a rural multi-energy system supported by a joint biomass-solid-waste-energy conversion system and supply chain ［J］. Energy ， 2024 （312）： 133528.1 - 133528.15.

张时聪，李涵钰，刘志坚，等 . 考虑建筑屋顶光伏/光热和生物质耦合的农村综合能源系统研究［J］. 太阳能学报， 2025 ， 46 （ 7 ）： 93 - 103 .

ZHANG Shicong ， LI Hanyu ， LIU Zhijian ， et al . Research on rural integrated energy system considering building RTPV/T and biomass ［J］. Acta Energiae Solaris Sinica ， 2025 ， 46 （ 7 ）： 93 - 103 .

粟世玮，吴仕龙，李咸善，等 . 考虑生物质-太阳能耦合的综合能源系统冷热电优化调度［J/OL］. 南方电网技术，［2025 - 06 - 04］， 1 - 14 . https：//link.cnki.net/urlid/44.1643.tk.20250604.0927.004.

SU Shiwei ， WU Shilong ， LI Xianshan ， et al . Optimal scheduling of cooling， heating and power in an integrated energy system considering biomass-solar coupling ［J/OL］. Southern Power System Technology ，［2025 - 06 - 04］， 1 - 14 . https：//link.cnki.net/urlid/44.1643. tk.20250604.0927.004.

崔世超，杨海柱，白亚楠，等 . 考虑生物质燃气和电转气耦合的综合能源系统低碳优化调度［J］. 热力发电， 2025 ， 54 （ 1 ）： 56 - 66 .

CUI Shichao ， YANG Haizhu ， BAI Yanan ， et al . Low-carbon optimal scheduling of integrated energy system considering coupling of power to gas and biomass gas ［J］. Thermal Power Generation ， 2025 ， 54 （ 1 ）： 56 - 66 .

WANG L ， NI L ， WANG S ， et al . Low-carbon economic dispatch of waste incineration power plant and biogas purification multi-energy coupling system considering power-to-gas ［J］. Energy Reports ， 2025 （ 13 ）： 2997 - 3012 .

ONWUEMEZIE L . Rural development through solar and pyrolysissystems： Towards energy sustainability ［J］. Renewable Energy ， 2024 （237）： 121500.1 - 121500.10.

滕云，孙鹏，张明理，等 . 基于农村新型产业结构的“能源-环境-经济”鲁棒优化模型［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 2 ）： 614 - 631 .

TENG Yun ， SUN Peng ， ZHANG Mingli ， et al . Robust optimization model of “Energy-environment-economy” based on the new rural industrial structure ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 2 ）： 614 - 631 .

尚楠，陈政，卢治霖，等 . 电力市场、碳市场及绿证市场互动机理及协调机制［J］. 电网技术， 2023 ， 47 （ 1 ）： 142 - 154 .

SHANG Nan ， CHEN Zheng ， LU Zhilin ， et al . Interaction principle and cohesive mechanism between electricity market， carbon market and green power certificate market ［J］. Power System Technology ， 2023 ， 47 （ 1 ）： 142 - 154 .

骆钊，秦景辉，梁俊宇，等 . 含绿色证书跨链交易的综合能源系统运行优化［J］. 电网技术， 2021 ， 45 （ 4 ）： 1311 - 1320 .

LUO Zhao ， QIN Jinghui ， LIANG Junyu ， et al . Operation optimization of integrated energy system with green certificate cross-chain transaction ［J］. Power System Technology ， 2021 ， 45 （ 4 ）： 1311 - 1320 .

王辉，董宇成，夏玉琦，等 . 考虑阶梯碳-绿证互认与重力储能的矿区综合能源系统优化调度［J］. 中国电力， 2025 ， 58 （ 7 ）： 54 - 67 .

WANG Hui ， DONG Yucheng ， XIA Yuqi ， et al . Optimal scheduling of coal mine integrated energy systems considering stepped carbon-green certificate mutual recognition and gravity energy storage ［J］. Electric Power ， 2025 ， 58 （ 7 ）： 54 - 67 .

樊帅志，张靖，严儒井，等 . 考虑绿证-碳交易和热电灵活输出的HIES优化调度［J］. 电力工程技术， 2025 ， 44 （ 3 ）： 86 - 96 .

FAN Shuaizhi ， ZHANG Jing ， YAN Rujing ， et al . Optimal scheduling of HIES considering green certificate-carbon trading and flexible output of heat and power ［J］. Electric Power Engineering Technology ， 2025 ， 44 （ 3 ）： 86 - 96 .

CAO J ， XU C ， SI Q ， et al . Scenario-driven distributionally robust optimization model for a rural virtual power plant considering flexible energy-carbon-green certificate trading ［J］. Applied Energy ， 2025 （379）： 124904.1 - 124904.13.

陈兴龙，曹喜民，陈洁，等 . 绿证-碳交易机制下热电灵活响应的园区综合能源系统优化调度［J］. 中国电力， 2024 ， 57 （ 6 ）： 110 - 120 .

CHEN Xinglong ， CAO Ximin ， CHEN Jie ， et al . Optimized dispatch of park integrated energy system with thermoelectric flexible response under green certificate-carbon trading mechanism ［J］. Electric Power ， 2024 ， 57 （ 6 ）： 110 - 120 .

陈文颖，郑修诺，闫倩文，等 . 绿证-碳交易交互机制下的虚拟电厂优化调度［J］. 南方电网技术， 2026 ， 20 （ 3 ）： 103 - 115 .

CHEN Wenying ， ZHENG Xiunuo ， YAN Qianwen ， et al . Optimal scheduling of virtual power plant under the green certificate carbon trading interaction mechanism ［J］. Southern Power System Technology ， 2026 ， 20 （ 3 ）： 103 - 115 .

朱继忠，周迦琳，张迪 . 清洁能源和电力系统碳足迹全生命周期核算综述［J］. 中国电机工程学报， 2025 ， 45 （ 4 ）： 1323 - 1343 .

ZHU Jizhong ， ZHOU Jialin ， ZHANG Di . Review of full life-cycle carbon footprints accounting of clean energy and power systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2025 ， 45 （ 4 ）： 1323 - 1343 .

DONG H ， FU Y ， JIA Q ， et al . Low carbon optimization of integrated energy microgrid based on life cycle analysis method and multi time scale energy storage ［J］. Renewable Energy ， 2023 （ 206 ）： 60 - 71 .

高月芬，孔凡鹏，员成博，等 . 考虑生命周期碳排放的综合能源系统容量配置优化［J］. 热能动力工程， 2024 ， 39 （ 9 ）： 71 - 79 .

GAO Yuefen ， KONG Fanpeng ， YUAN Chengbo ， et al . Optimization of capacity allocation of integrated energy system considering life cycle carbon emissions ［J］. Journal of Engineering for Thermal Energy and Power ， 2024 ， 39 （ 9 ）： 71 - 79 .

许小刚，嵇晓鹏，周楠楠，等 . 光-气-储互补的综合能源系统全生命周期优化研究［J］. 太阳能学报， 2024 ， 45 （ 7 ）： 60 - 72 .

XU Xiaogang ， JI Xiaopeng ， ZHOU Nannan ， et al . Research on whole life cycle optimization of integrated energy system with complementary solar， gas and storage ［J］. Acta Energiae Solaris Sinica ， 2024 ， 45 （ 7 ）： 60 - 72 .

LI C ， YANG H ， SHAHIDEHPOUR M ， et al . Optimal planning of islanded integrated energy system with solar-biogas energy supply ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2020 ， 11 （ 4 ）： 2437 - 2448 .

杨晓辉，邓叶恒，王晓鹏，等 . 基于碳交易-绿色证书联合交易机制的含CHP-CCS-P2G耦合的区域综合能源系统低碳经济调度［J］. 太阳能学报， 2024 ， 45 （ 6 ）： 244 - 254 .

YANG Xiaohui ， DENG Yeheng ， WANG Xiaopeng ， et al . Low-Carbon economic dispatching of regional integrated energy system with CHP-CCS-P2G coupling based on carbon trade-green certificate joint trading mechanism ［J］. Acta Energiae Solaris Sinica ， 2024 ， 45 （ 6 ）： 244 - 254 .

YANG X ， WU C ， HUANG Z ， et al . A two-stage dynamic planning for rural hybrid renewable energy systems under coupled carbon-green certificatetrading ［J］. Energy ， 2025 （316）： 134336.1 - 134336.12.

覃文力，荣娜 . 基于全生命周期法的含氢能梯级利用综合能源系统优化调度［J］. 电网与清洁能源， 2025 ， 41 （ 4 ）： 145 - 154 .

QIN Wenli ， RONG Na . Low-carbon and economical optimal scheduling of an integrated energy system with hydrogen energy cascade based on a whole life cycle approach ［J］. Power System and Clean Energy ， 2025 ， 41 （ 4 ）： 145 - 154 .

方仍存，杨洁，周奎，等 . 计及全生命周期碳成本的园区综合能源系统优化规划方法［J］. 中国电力， 2022 ， 55 （ 12 ）： 135 - 146 .

FANG Rencun ， YANG Jie ， ZHOU Kui ， et al . An optimal planning method for park IES considering life cycle carbon cost ［J］. Electric Power ， 2022 ， 55 （ 12 ）： 135 - 146 .

厉松芮 . 农村混合可再生能源系统运行优化模型研究［D］. 北京：华北电力大学， 2024 .

史伟平，莫峻，杨辉，等 . 碳交易机制下基于合作博弈的综合能源系统经济性分析［J］. 南方电网技术， 2025 ， 19 （ 7 ）： 182 - 194 .

SHI Weiping ， MO Jun ， YANG Hui ， et al . Economic analysis of integrated energy system based on cooperative game under carbon trading mechanism ［J］. Southern Power System Technology ， 2025 ， 19 （ 7 ）： 182 - 194 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

阶梯式碳交易机制下基于网络重构的交直流混合配电网优化运行

基于双层博弈理论的差异化乡村多微能网协同功率调度策略

特约主编寄语

基于改进TD3的农村微电网源网荷储优化运行策略

多微电网共享储能优化配置与成本分配方法