面向零碳园区的综合能源系统优化运行技术综述

双碳背景下,零碳园区级综合能源系统(integrated energy system,IES)成为我国节能降碳、提质增效政策的重点。然而,园区级综合能源系统具有源-网-荷-储一体化、多能互补、供需方动态博弈等特点,其优化运行技术面临强不确定性和耦合机理不明等诸多挑战。为此,对零碳园区级IES优化运行的研究现状、关键技术与未来发展趋势等方面进行综述至关重要。该文首先聚焦于多类型能源耦合能效提升,系统阐述了零碳园区级综合能源系统架构;进一步,从零碳园区实施路径入手,对零碳园区级综合能源系统优化运行所涉及的多类型储能技术、碳捕集技术、多能协同规划设计、需求响应、能源监测与优化调度等关键技术进行了归纳分析;最后以实现园区零碳为主要目标,从全方位融入零碳理念、综合探索碳吸收/碳排放等方面分析零碳园区优化运行所面临的核心问题,并从数字化、社会环境因素一体化、全域综合能源化等方向指明零碳园区的发展趋势。     

多能互补集成优化能源系统的研究与实践

以苏州工业园区为例,介绍多能互补集成优化能源系统组成及项目建设情况,分析系统总体架构和控制架构,对其中冷热电三联供系统建模与仿真、虚拟电网优化调度、分布式能源系统协同优化等关键技术进行了研究。多能互补能源系统在节能减排、经济发展等方面具有广阔的应用前景。     

园区能源互联网的规划与运行研究综述

园区能源互联网作为"源-网-荷-储-充"协调互补的能源系统,具有多能耦合互补的特性,有助于降低社会供能成本,提升能源利用效率.首先阐述了园区能源互联网的内涵,对其进行结构划分,并讨论了园区能源互联网的功率平衡模型与电-气-热网潮流模型;然后分别从设备规划、多能流优化调度、负荷侧多类型响应和计及储能的优化调度4个环节对该领域的研究现状进行了综述;最后对有待深入研究的方向进行了展望,分析了园区能源互联网在广义规划、智能优化以及市场交互方面的研究前景,以期为园区能源互联网规划与运行未来的研究提供参考.     

面向可再生能源消纳的多能源系统：述评与展望

打破不同能源系统之间相互分立的格局,实现多能源系统的集成与协同是解决可再生能源消纳问题的有效途径。首先,分析了多能源系统理论与方法研究框架,在此基础上从基本建模、运行优化、系统规划等多个角度评述了现有的研究并提出相应的思考。然后,将现有研究分为"以电—热耦合为主的区域多能源系统"和"以电—气耦合为主的跨区多能源系统"两个典型研究对象,综述了面向新能源消纳的多能源系统的关键研究点。最后,总结了面向可再生能源消纳的多能源系统关键科学问题,并对多能源系统未来的研究方向做了展望。     

面向含氢综合能源系统的电-碳-氢耦合交易市场研究综述

在我国“双碳”目标愿景下,电-碳-氢耦合交易市场正通过市场机制优化能源配置,加速能源转型,但含氢综合能源系统的兴盛给多能耦合交易市场的发展带来了新的挑战。介绍了含氢综合能源系统的基本结构,并在电-碳、电-氢交易市场研究的基础上分析了电-碳-氢耦合交易机制,深入探究了面向含氢综合能源系统的电-碳-氢耦合交易市场机制。分别从市场的交易标的物、交易对象、交易价格角度进行了阐述,并归纳分析了目前实现市场均衡的能源定价策略与市场出清机制。最后总结了电-碳-氢交易市场与含氢综合能源系统发展面临的挑战,并对后续的研究方向进行了展望。     

面向新型城镇的能源互联网关键技术及应用

面向新型城镇的能源互联网具有多能协同、交易开放的特点,能源互联网技术可改变城镇用户的用能方式,将成为解决中国城镇化过程中未来城镇能源问题的有效途径之一。从多能耦合综合能源系统规划和优化运行、分布式多能“源荷”预测不确定性与市场化交易两个方面,分析了面向新型城镇的能源互联网面临的关键科学问题。在此基础之上,提出了面向新型城镇的能源互联网关键技术及应用的研究体系。从多能网络综合规划、面向多主体的优化调度、分布式能源交易与多能市场机制、全环节能源互联网客观综合评价、面向多能接入和协调运行的互动用能装备以及典型示范工程建设思路等5个方面,阐述了面向新型城镇的能源互联网关键技术具体细节及研究路线。     

多能流能量管理研究:挑战与展望

多能流耦合是能源互联网和综合能源系统区别于智能电网的关键特征之一。多能流能量管理面临三方面挑战:多能流耦合、多时间尺度和多管理主体。总结了国内外的研究现状,展望了多能流能量管理的研究趋势和重点:多能流实时建模与状态估计;多能流多时间尺度安全分析与安全控制;多能流混合时间尺度优化调度;多能流能量管理系统设计、开发和验证。     

考虑电-气-热-交通相互依存的城市能源系统韧性评估与提升方法

能源转型背景下，城市能源系统得到了快速发展。当高影响、低概率的极端事件发生时，城市能源系统可能因为各子系统间的相互依存关系而承受更大风险。针对此问题，该文提出考虑电-气-热-交通相互依存的城市能源系统韧性评估与提升方法。首先，针对极端事件的发生全过程，提出包含整体性和针对性两个角度的多维韧性评估指标；然后，建立电、气、热、交通各子系统及耦合元件的模型；进而，为实现系统韧性的提升，提出采用发电车紧急供电、维修人员调度、拓扑重构等措施，以及考虑建筑物热惯性的协同优化模型；最后，在一个92节点的电-气-热-交通融合系统中进行算例分析。结果表明，所提的韧性评估指标能全面地反映系统在各个阶段的性能；所提的韧性提升方法可以协调各子系统间的措施与设备，实现系统性能的维持与恢复。     

多能互补、集成优化能源系统关键技术及挑战

有效能源的获取、转换、控制和利用是现代人类文明的核心,能源互联网作为能源系统的新一步革新,将分布式能量转化、存储装置和各类型负荷构成的冷、热、电、气等能源节点连接起来,以实现多种能量双向互补与集成优化。文中选取能源互联网在多能互补集成优化方面的关键技术为研究对象。首先,总结了近年来能源互补集成的研究现状。然后,以多能流混合建模为基础,对多能系统规划、智能调控、协同控制与互动、综合评估、系统信息安全与通信及能源交易和商业服务运行模式等关键技术和挑战进行归纳。最后,对未来能源系统在多能互补优化方面的研究进行展望,以期为多能互补、集成优化提供部分研究思路。     

综合能源系统建模仿真规划调度及效益评价综述与展望

建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系是实现能源革命、落实《能源发展"十三五"规划》的共同目标和要求。目前,综合能源系统的系统建模是能源领域研究的热点问题。在已有研究的基础上,对综合能源系统中建模仿真、规划运行、协同调度及效益评价等关键技术和问题进行梳理和归纳,提出了未来综合能源系统领域的研究重点和发展方向,以期为相关研究和项目落地提供参考和借鉴。     

面向区域综合能源服务的电-水联合潮流

现有关于综合能源系统潮流的研究大多以电力、热力、燃气系统耦合形成的多能系统为研究主体,而少量关于电-水联合系统潮流的研究又存在耦合方式单一、模型适应性差等问题。为此面向区域供电、供水综合服务商,提出配电网、配水网耦合形成的区域电-水联合系统的潮流模型和计算方法。提出2种用户级电-水能源集线器模型以描述终端用户综合用能行为产生的电-水关联关系;在此基础上,考虑电-水之间的泵站耦合和用户级能源集线器2种耦合方式,以及水负荷的水压特性,提出区域电-水联合潮流模型及计算方法;用2个不同规模的区域电-水联合系统验证了所提潮流计算方法的有效性,并对比分析了用户级电-水能源集线器及水负荷水压特性对联合潮流的影响。     

综合能源系统电-气-冷-热互济协调规划模型研究

传统能源系统往往单独进行运行分析而忽略掉各能源系统之间的耦合关系，导致不同能源之间无法充分互补。综合能源系统能够整合一定区域内的多种能源以保证满足多元化需求，同时提高能源利用效率，已成为支撑能源转型的重要技术。首先介绍综合能源系统中电-气-冷-热各个耦合设备的建模，并在此基础上进行综合能源系统潮流分析，进一步构建各能源协同互济的综合能源系统协调规划模型，最后结合实例验证综合能源系统的可行性与实用性。     

欧洲综合能源系统发展的驱动与现状

随着分布式发电供能技术,能源系统监视、控制和管理技术,以及新的能源交易方式的快速发展和广泛应用,综合能源系统(集成的供电/供气/供暖/供冷/供氢/电气化交通等能源系统)近年来在欧洲迅速发展,引发了欧洲能源系统的深度变革,成为各国新的战略竞争和合作的焦点。文中讨论综合能源系统的特点,介绍欧洲综合能源系统发展的驱动力,并从工业界和学术界两方面介绍欧洲在该领域的发展现状。欧洲的科研和实践说明能源系统间的耦合和互动显著增强,更好地理解和优化这些耦合和互动是提升整个能源系统性能、降低能源价格的关键。优化、可控的综合能源系统是实现端对端能量交易和推动能源互联网发展的物理基础。     

综合能源系统规划分析与控制关键技术

综合能源系统利用先进的物理信息技术和创新管理模式,整合区域内煤炭、石油、天然气、电能、热能等多种能源,实现多种异质能源子系统之间协调规划、优化运行、协同管理和互补互济,可提高能源的综合利用效率与供需协调能力,推动能源清洁生产和就近消纳,减少弃风、弃光、弃水限电,对于建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系具有重要的现实意义和深远的战略意义。相较于传统电网,综合能源系统在产能、用能、储能、能量传输和转换等方面都发生了很大变化。各类能源的特性差异及生产消费间的复杂耦合关系对综合能源系统的规划、调控、运行、分析提出了新的挑战,是近年来学术界、工程界的研究热点。     

考虑冰蓄冷空调多模式的工厂综合能源系统多能协同优化模型

综合能源系统(integrated energy system,IES)是实现多能耦合与能量梯度利用的关键技术。工厂是包含多种能源形式的复杂能源系统,存在较大的优化空间。文章针对工厂IES提出一种考虑冰蓄冷空调多种工作模式的多能协同优化模型。首先介绍工厂IES供能架构,并对IES中的各类设备进行建模。然后,以运行维护成本、购电成本、燃料成本和储能折旧成本构成的日运行费用最低为优化目标,在冷热电功率平衡约束以及设备物理约束下,采用混合整数线性规划法对模型进行求解。算例分析表明,多能协同优化策略能够有效减少工业用户的运行费用,设备的不同工作模式也将影响工厂的供能策略。优化模型可根据工厂设备工作模式不同,提供更加准确的优化策略,在工程实际中具有很好的参考价值。     

计及淡水生产过程调控的电-水综合系统协同优化运行EI北大核心CSCD

配水系统可通过水泵等元件的调节实现用电调度与控制,具有消纳可再生能源、助力“双碳”目标的巨大潜力。海水淡化厂和废水处理厂是配水系统中淡水的重要来源,耗电量巨大,然而现阶段鲜有考虑二者用电量控制的相关研究,通过淡水生产过程的调节对负荷曲线进行优化亦是研究空白。鉴于此,该文对计及淡水生产过程调控的电-水综合系统协同优化运行进行研究。对影响淡水生产过程的因素进行分析,从中辨识出关键影响因素,通过云变换理论实现淡水生产用电功率从微分、积分模型到代数模型的转化,解决“维数灾”难题。建立电-水综合系统协同优化运行的数学模型,并设计双层分布式算法高效求解该模型。提出两阶段电-水综合系统协同优化策略,以保证所得优化方案满足淡水生产的物理过程约束。算例分析表明,该文提出的模型和算法能大幅增加可再生能源消纳量,保证求解精度的同时大大缩短优化时间。     

考虑大量EV接入的电-气-热多能耦合系统协同优化调度

随着能源互联网的发展,在未来多能源网络将深度耦合的大背景下,传统的电网调度模式已不能够满足对多能源系统协同优化的要求,电动汽车的大量推广也给制定更合理的调度策略,支撑多能源系统运行带来了新的挑战和机遇。基于上述背景,文中考虑电网潮流、天然气网潮流、能源中心供能和电动汽车出行及充电需求等约束,利用模糊理论处理电动汽车总体需求及风电出力的不确定性,以全系统供能成本和污染物排放最小为目标,建立了计及大量电动汽车接入下的多能源系统协同调度模型,并采用内点法进行求解。最后,以典型的11节点多能源系统为算例,分析了电动汽车不同充放电模式和不同能源中心结构下的调度策略及效益,并比较了不同接入车数与不同置信水平下的调度结果,验证了电动汽车参与多能源系统的协同调度能够提升系统运行的经济性。     

垃圾能源利用与城市多能源系统协同优化模型

随着城市级多能源系统的快速发展和城市垃圾处理设施供能规模的不断扩大,考虑垃圾处理过程的多种能源供能协调优化,并将其与城市多能源系统协同优化进行综合考虑,是提高城市垃圾处理能力和资源化利用水平及综合能源利用效率的重要途径之一.该文将垃圾处理系统等效为一个以垃圾为输入的供能系统,建立城市垃圾能源化利用供能系统(WRESS)、城市多能源系统和城市多源储能系统三者协同优化模型.首先,研究一定时间尺度内可用于供能的城市垃圾产量、最大允许堆存量与其对应的供能种类和供能特性之间的关系,建立垃圾能源化利用供能优化模型;其次,针对垃圾能源化利用可调节特性与多能源系统、多能源储能系统自身协调能力间关系,建立以运行和调节成本最小为目标的城市垃圾能源化利用与多能源系统协同优化模型;最后,以中国某城市实际垃圾处理与多能源运行数据为基础,通过三个场景仿真验证所提模型的有效性.仿真结果表明,该模型在提高城市垃圾处理能力的同时,能够有效降低多能源系统运行成本,并提升系统调节能力.     

能源互联网多源多层次协调优化方法研究

能源互联网已经成为分布式设备智能化管理,多种形式能源耦合互补应用的关键技术。为了解决能源互联网中的多能协调优化问题,文中针对含可再生能源的能源互联网,按照"分层控制-协同优化"的思想,提出一种多源多层次的调度层级划分模型对系统内的分布式设备进行管理,实现区域系统内冷、热、电、气等能源的优化调度。文中采用基于实数编码的遗传算法对该优化模型进行仿真分析,验证了该分层优化方案能够以最小成本为优化目标实现区域能源互联网能量自治及多能优化,同时协调不同区域间的优化调度。     

海港综合能源系统低碳经济发展研究综述

在我国“碳达峰与碳中和”愿景下,海港综合能源系统正通过全面电气化降低二氧化碳排放,实现海洋能源的可持续发展,但多能流融合给海港能源配置与优化运行带来新挑战。该文首先结合海港节能减排政策,对海港综合能源系统低碳经济发展进行概述;然后,从能源侧、负荷侧和能源存储3个层次分析海港综合能源系统特点,总结促进海港低碳减排的能源交易、碳捕集与利用封存、储能系统优化配置和多能互补协同优化运行关键技术;最后,对基于储能系统的未来海港低碳经济发展研究方向进行展望。