考虑天然气-电力耦合的多能源系统风电消纳分析

燃气-蒸汽联合循环机组将电热冷气等多种能源系统耦合成多能源系统,电转气(P2G)技术应用于消纳弃风,进一步加强了电力与天然气2个系统间的耦合。文中探讨了P2G的消纳弃风原理,研究了P2G设备的启停控制策略,并建立了基于P2G的气电耦合模型和天然气管网储气模型,构建了考虑天然气-电力耦合运行的多能源系统协同优化调度模型。最后通过算例仿真,分析了计及天然气-电力耦合的多能源系统的消纳弃风效果,以及天然气管网储气能力与P2G配置容量的关系。研究表明,充分利用天然气管网的储气能力可进一步消纳弃风,且管网储气能力越强,系统配置的P2G容量可越小。     

计及燃气-蒸汽联合循环机组的热电联合调度模型

为了解决北方城市冬季供暖期的空气污染问题,我国正积极发展"煤改气"技术,将传统的燃煤热电机组改为燃气热电机组。建立了燃气-蒸汽联合循环机组的数学模型,并以系统成本最低为目标函数,构建了包含燃气-蒸汽联合循环机组的热电联合系统调度模型。分析了燃气-蒸汽联合循环机组替换传统热电机组后,燃气-蒸汽联合循环机组比例变化、风电渗透率不同对电网弃风率的影响。算例分析表明,燃气-蒸汽联合循环机组替换常规热电机组虽然增加了运行成本,但有利于电网消纳弃风。     

含P2G的电—气互联网络风电消纳与逐次线性低碳经济调度

电转气(P2G)技术具有弃风消纳和碳捕获的能力,是电—气互联网络(IEGN)实现能源清洁低碳化利用的重要支撑技术。基于P2G的技术特性,首先分析了P2G消纳弃风与低碳协同机理,并结合碳交易市场的背景,提出了P2G的碳交易市场激励机制,建立了IEGN综合碳成本模型。进而计及P2G碳原料成本、天然气网动态管存特性,搭建了IEGN日前低碳经济调度模型。模型目标函数以弃风罚系数作为协同参量,实现对低碳经济成本最小和最大风电消纳两目标的协同。针对模型强非线性的特性,提出了改进的逐次线性化方法对模型进行线性化求解。算例仿真表明,气网动态管存特性和碳交易激励对提升P2G运行空间、提高系统弃风消纳和低碳效益具有积极作用,而所提的改进逐次线性化法在保证计算精度的同时可提升求解效率。     

弃风参与电网调频的电转气-储气-燃气轮机容量优化配置

电转气(P2G)技术为消纳可再生能源提供了新的途径,然而,投资成本高、经济性较差的问题限制了P2G技术的应用与发展。为实现弃风资源的消纳与P2G经济性的提升,首先提出通过P2G技术用弃风生产天然气,经储气罐存储并通过燃气机组(NGGU)发电参与调频的运行场景,并提出了各装置的协调运行策略。其次,根据上述运行策略,构建了P2G、储气罐、NGGU参与调频过程的成本–收益模型,以最大化净收益为目标实现各装置的容量优化配置。最后,以某风电场实际弃风、某自动发电控制(AGC)机组实际下发指令为参考,利用粒子群优化算法进行规划计算。结果分析了利用风电场弃风与P2G技术在P2G、储气与NGGU容量优化配置下参与电力市场调频辅助服务经济性与可行性。     

电锅炉配置方式对弃风消纳效果的影响研究

配置电锅炉可削热峰填电谷,是消纳"三北"地区弃风的主要途径之一。对比分析源侧集中式与荷侧分布式配置电锅炉的弃风消纳效果。首先在机理上从热网衰减对热源供热功率影响、热网延时对热电机组供热功率影响、热网延时对电锅炉供热功率和填谷效果的影响三个方面分析了两种电锅炉配置方式的消纳弃风效果的异同。然后分别构建了两种电锅炉配置方式的电热联合系统的调度模型。通过实例仿真分析,证明了荷侧分布配置方案的热网总损耗更小,热电机组供热功率和"以热定电"功率更小,电锅炉的填谷效果更好,弃风消纳效果更佳。     

碳捕集燃气热电机组碳循环及其虚拟电厂优化运行

针对新型含碳捕集热电联产燃气机组的碳利用和经济运行问题,构建其与风电、电转气（power-to-gas,P2G）聚合的虚拟电厂。将所排放的CO₂捕集并输送至P2G,作为电转气的碳原料,产气为燃气机组提供燃料补充,从而在虚拟电厂中实现碳循环利用。以虚拟电厂收益最大为目标,以CO₂捕集率、热电比、热电厂电出力以及电转气功率为决策变量,建立虚拟电厂优化运行模型。仿真结果表明,这种聚合模式的虚拟电厂,可获得更高的经济效益、更好的风电消纳效果、更低的碳排放。这种虚拟电厂及其碳循环利用方式,是一种有效的减少弃风、降低排放、增强碳利用的能源运转途径,具有显著经济及社会效益。     

碳捕集燃气热电机组碳循环及其虚拟电厂优化运行

针对新型含碳捕集热电联产燃气机组的碳利用和经济运行问题,构建其与风电、电转气（power-to-gas,P2G）聚合的虚拟电厂。将所排放的CO₂捕集并输送至P2G,作为电转气的碳原料,产气为燃气机组提供燃料补充,从而在虚拟电厂中实现碳循环利用。以虚拟电厂收益最大为目标,以CO₂捕集率、热电比、热电厂电出力以及电转气功率为决策变量,建立虚拟电厂优化运行模型。仿真结果表明,这种聚合模式的虚拟电厂,可获得更高的经济效益、更好的风电消纳效果、更低的碳排放。这种虚拟电厂及其碳循环利用方式,是一种有效的减少弃风、降低排放、增强碳利用的能源运转途径,具有显著经济及社会效益。     

基于储热热电机组和电锅炉的风电消纳调度模型

为解决中国北方地区严重弃风问题,考虑通过储热装置解耦热电机组"以热定电"特性,通过电锅炉增大负荷侧用电负荷来提高风电消纳能力。以系统总经济成本最小和弃风量最少为目标函数,建立了含热电机组、火电机组、风电机组、储热装置以及电锅炉在内的多目标风电消纳协调调度模型。算例分析表明:所提模型有效,储热装置和电锅炉的联合调度,使得弃风时刻机组电出力明显减小,弃风状况得到改善,进一步验证了储热装置和电锅炉对于风电消纳的促进作用。     

计及燃气-蒸汽联合循环机组的热-电联合调度模型

随着我国风力装机容量的不断增加,风电消纳能力成为制约其发展的瓶颈。尤其在北方冬季供暖期,城市内的热电联产机组实行"以热定电"的运行模式,其发电功率受到供热量的限制,在电力谷荷时段可能造成严重的弃风现象。为解决该问题,本文研究了燃气-蒸汽联合循环机组的模式转换特性,讨论了利用该特性消纳弃风的运行机理,建立了计及燃气-蒸汽联合循环机组模式转换特性的热-电联合调度模型。通过算例分析发现,与常规热电联产机组相比,联合循环机组在不同时段进行"一拖一"和"二拖一"模式转换,可在更大范围内灵活调节发电功率,降低电力谷荷时段热电联产机组的发电功率,有效提升系统的风电消纳能力。     

基于场景分析的含P2G装置电气能源系统协同优化

目前,弃风现象严重抑制了风电的应用和发展,而电转气(power to gas,P2G)技术有望通过将电能转化为天然气,从而促进风电的消纳利用.此外,由于风电出力具有不确定性,会影响电气能源系统的优化调度结果,因此,文章提出了基于场景分析的含P2 G装置电气能源系统的协同优化模型.首先,构建了含P2 G装置的电气互联能源...     

考虑P2G多源储能型微网日前最优经济调度策略研究

由于新能源发电装机容量不断增加、电网建设不同步等原因,出现了弃风、弃光等现象,造成了能源的浪费。通过综合能源系统形成多元消纳技术和多元存储技术可以增加可再生能源的就地消纳,提高风机利用率。该文首先介绍了电转气(power to gas,P2G)技术的原理,然后基于微网型能源集线器模型,将含P2G多源储能型微网系统划分为供给侧、转换组件和负荷侧三个部分进行模型。在此基础上建立基于经济最优的微网系统日前优化调度模型,考察P2G消纳可再生能源的潜力。最后在算例中采用三种不同场景的微网系统进行验证,结果证明P2G对弃风现象有很大的改善作用,具有良好的应用前景。     

计及碳交易的热电联产-储热-电锅炉风电消纳策略

为解决传统热电联产机组的热电耦合特性以及冬季采暖期间弃风消纳问题,提出了计及碳交易含储热热电联产机组和电锅炉联合运行的弃风消纳策略。首先将储热设备、电锅炉与热电联产机组联合运行来满足系统所需热负荷,从而提高热电联产机组电调峰能力。其次,为进一步控制碳排放量,引入阶梯式碳交易与优化电锅炉运行模式,兼顾系统运行成本、弃风消纳量以及碳排放量,构建计及碳交易的热电联产-储热-电锅炉风电消纳模型并进行求解。最后,以IEEE-30节点为例进行算例分析,结果表明所提策略能够有效促进风电消纳、减少碳排放量且有效降低系统运行成本。     

考虑P2G的多能源系统优化运行研究*

电转气技术(P2G)的出现给多能源系统中风电消纳问题带来了新的解决方案,而目前P2G设备的运行成本的高昂又与实现充分的弃风消纳存在矛盾。基于此,文中在考虑P2G设备运行成本的基础上,提出了一种计及分段弃风成本的多能源优化运行模型。首先,本文基于能源中心的概念,分析了包含P2G设备等多种能源转换装置在内的多能源系统模型。以能源系统供能成本最小为目标函数,并在目标函数中考虑了计及分段弃风惩罚因子的风电弃风成本,采用变惯性权重w的粒子群算法进行求解,对24h时间段内多场景下系统风电消纳情况、系统供能成本变化进行分析。结果表明,多能源系统中利用P2G设备可以提高风电利用效率,减少系统供能成本,综合效益显著。     

考虑源侧灵活性改造及可调节电热负荷的电热联合调度模型

在对电热联合系统源侧灵活性改造的基础上,协调运用电热柔性负荷以进一步增强系统风电消纳能力。建立了纯凝火电机组深度调峰运行成本、补贴及分摊模型,以蓄热罐蓄放热特性为基础建立了配置蓄热罐后的等效热电机组调节范围扩展模型,并以弃风开启的调峰电锅炉为可调节电负荷、其输出为可调节热负荷,构建了以总运行成本最小为目标、综合考虑热电机组调节范围扩展、火电机组深度调峰改造及负荷侧可控电锅炉3种弃风消纳方案的电热联合系统优化调度模型。算例分析表明,所提模型能够对3种方案的任意组合场景进行仿真,且能在利用源侧灵活性的同时挖掘负荷侧调节潜力,依次调度成本低、消纳效果好的可调度资源,实现弃风的低成本梯级消纳。     

考虑源侧灵活性改造及可调节电热负荷的电热联合调度模型EI北大核心CSCD

在对电热联合系统源侧灵活性改造的基础上,协调运用电热柔性负荷以进一步增强系统风电消纳能力。建立了纯凝火电机组深度调峰运行成本、补贴及分摊模型,以蓄热罐蓄放热特性为基础建立了配置蓄热罐后的等效热电机组调节范围扩展模型,并以弃风开启的调峰电锅炉为可调节电负荷、其输出为可调节热负荷,构建了以总运行成本最小为目标、综合考虑热电机组调节范围扩展、火电机组深度调峰改造及负荷侧可控电锅炉3种弃风消纳方案的电热联合系统优化调度模型。算例分析表明,所提模型能够对3种方案的任意组合场景进行仿真,且能在利用源侧灵活性的同时挖掘负荷侧调节潜力,依次调度成本低、消纳效果好的可调度资源,实现弃风的低成本梯级消纳。     

小水电站内电转气及储能设备协同规划

电转气(Power to Gas,P2G)和储能技术的发展,为解决小水电弃水问题提供了途径。以总收益最高为目标函数,建立了小水电站优化配置P2G设备和储能设备的协同规划模型,同时建立了能源转换设备的投资成效评估体系。仿真分析了配置能源转换设备前后小水电站的收益和水电消纳情况,验证了P2G设备和储能设备协同配置对提高水电消纳和水电站收益的有效性。     

基于蓄热式电锅炉电-热时移特性的弃风消纳方案经济性分析

针对我国"三北"地区冬季供暖期弃风量巨大的问题,本文在分析蓄热式电锅炉电-热时移特性的基础上,考虑供暖期风电弃风特性及其与负荷的相关性,以及供热面积、弃风电量和供热电价等因素,提出了基于蓄热式电锅炉和蓄热式电锅炉-热电联产的2种风电供热组合方案;从用户侧角度,建立了考虑社会综合收益的弃风消纳组合供热方案模型。计算结果表明,本文方案能够在低谷时段消纳更多弃风,随着风电供热成本的降低,本文2种方案的经济性均优于常规供热方案,而低谷电价降低程度的不同会改变本文方案的择优采用结果。     

混合市场环境下计及电转气的园区燃气机组调峰优化模型

清洁能源消纳是当前我国电力市场改革加速推进的一项重要目标。在此背景下,文章构建了混合市场环境下计及电转气(power-to-gas,P2G)的园区燃气机组调峰优化模型。首先,设计了风光机组、燃气机组、电转气和储气罐参与的园区电力系统运行结构;其次,计及绿证交易市场和调峰辅助服务市场机制,分别构建了园区发电机组绿证交易模型和调峰补偿模型;然后,以清洁能源消纳最大化、燃气调峰意愿最大化、CO₂排放最小化和系统净收益最大化为目标,构建了清洁能源驱动下含P2G设备的园区供电系统经济调度数学模型;最后,采用混沌粒子群算法对模型求解。结果表明,此模型兼顾了P2G设备以及调峰补偿机制的园区电力系统,清洁能源消纳率提升了6.69%,CO₂排放量减少了14.66 t;燃气机组积极参与了调峰,系统净收益最高提升了18.706万元,验证了所提模型的有效性,并体现了求解算法较好的收敛效果。     

计及电转气热回收的综合能源系统蓄热罐容量规划与运行策略

针对电转气的强放热反应特性未得到充分重视和仅配置储热来增大风电消纳空间的方法存在局限的现状,在分析和考虑电转气热回收价值的基础上,建立兼顾规划经济性和弃风率的综合能源系统蓄热罐容量多目标优化模型,并使用法线边界交叉(NBI)法提供可行的求解Pareto前沿的方案。通过对比在不同电转气运行成本与不同放热效率情形下的系统规划与运行策略,分析接入电转气且考虑其热回收对配置储热的综合能源系统规划与运行的影响。基于典型算例研究,结果表明在电转气与储热装置的协同消纳弃风方式下,随着电转气放热效率提高与运行成本降低,电转气的弃风消纳能力将提高,其供热、气效益将提高,系统运行成本将降低,同时储热装置供热任务得以减轻,进而影响储热装置的规划策略。     

基于含储热热电联产机组与电锅炉的弃风消纳协调调度模型

为解决风电消纳问题,从解耦热电耦合约束、提升电力系统调节能力角度出发,提出基于含储热热电联产机组与电锅炉的弃风消纳协调调度模型。在分析含储热热电联产机组工作原理基础上,提出极限消纳弃风电量的电锅炉供热量计算方法,对比了储热装置不同工作方式以及含储热热电联产与电锅炉协调供热时的经济性。算例结果表明,电锅炉供热在极限消纳弃风时具有最佳经济性。