化工系统消纳可再生能源的电-氢协调储能系统优化设计

针对可再生能源发电间歇性和波动性与化工过程系统氢气需求波动性协调匹配的问题,本文以电-氢储能系统总费用最小为目标,建立了可再生能源发电与化工生产中加氢系统耦合的电-氢协调储能系统优化设计模型,以确定电-氢协调储能系统的最优容量配置和功率调度方案。采用典型案例研究了可再生能源渗透率和电-氢储能系统构成对电-氢储能优化设计和运行特性的影响。研究表明：当化工系统的氢气需求全部由可再生能源发电制氢提供时,在系统中同时采用电池和氢气储罐储能可有效地降低系统的总费用;在该系统中,电池可用于平抑短期内发电侧和负荷侧的波动,氢气储罐可平衡发电侧和负荷侧长期的不匹配;随着可再生能源渗透率的增加,系统的总费用显著增大;为了维持外购氢气流率的稳定,系统中需要增加电解槽和储能系统的容量以解决发电侧和负荷侧的波动和不匹配问题。     

基于分布式能源的工业园区能源规划

分布式热电联产的能源系统在经济效益、能效和碳减排方面都有较大的优势,因此,针对目前工业园中普遍存在的能量利用效率低、温室气体排放严重等问题,本文建立了基于分布式能源的工业园区综合能源规划模型。根据园区的热、电、蒸汽、冷等各个时段的负荷需求、当地的可利用资源以及备选的能源转换技术,以最小化规划期内整个园区系统的总费用最少为目标,确定出园区内能源转换装置的类型和尺寸、各种能源的供应量及CO2排放量。同时将本文所建立的模型用于求解某工业园区的能源规划问题,验证了其有效性。     

我国将重点规划山东等9个大型现代风电基地

<正>从国家能源局获悉,按照《国务院办公厅关于印发能源风电与煤电上网电价相当。同时,有序推进光伏基地建设,发展战略行动计划(2014-2020年)的通知》,未来几年,我国加快建设分布式光伏发电应用示范区,稳步实施太阳能热发重点规划建设酒泉、内蒙古西部、内蒙古东部、冀北、吉林、黑电示范工程。鼓励大型公共建筑及公用设施、工业园区等建龙江、山东、哈密、江苏等9个大型现代风电基地以及配套送设屋顶分布式光伏发电。到2020年,光伏装机达到1亿千瓦出工程。以南方和中东部地区为重点,大力发展分散式风左右,光伏发电与电网销售电价相当。(来源:新华网)电,稳步发展海上风电。到2020年,风电装机达到2亿千瓦,更多信息敬请登录中国复合材料(www.frp.cn)!     

冷热电联供系统设计和运行集成优化

冷热电联供是提高能源综合利用效率的有效途径,其系统设计与运行策略通常相互耦合,因此实施联供系统的集成优化至关重要。本文同时考虑全生命周期内的投资与运行成本,提出以年度总成本最小化为优化目标,结合联供系统中燃气轮机、余热锅炉、吸收式制冷机等设备特性方程,以及针对以电定热、以热定电和混合热电三类典型运行策略,设置了冷、热和电三种负荷需求能量平衡方程,最终构建了包含固定电/热效率和动态电/热效率的联供系统设计与运行集成优化模型。所提方法应用于典型商业楼宇的冷热电联供系统优化设计,结果表明,只有通过综合运用混合热电运行策略、动态电/热效率和全年负荷特性数据,才有望获得合理可行的最优设计方案。     

天然气驱动小型冷热电联供系统节能性研究

以上海地区一幢典型五层住宅建筑冷、热、电负荷需求为计算对象,对基于以天然气为驱动热源的热气机、微型燃气轮机和小型燃气内燃机的小型分布式冷热电三联供系统进行了节能效益分析,验证了分布式三联供系统的节能性.分析结果表明系统余热利用情况和主要设备运行效率以及燃料价格是影响分布式三联供系统节能性的主要因素,系统方案选择应考虑应用场合冷、热、电负荷需求比例情况.     

基于带补偿随机规划的蒸汽动力系统优化设计

在蒸汽动力系统优化设计中,考虑不确定因素的优化策略能避免基于确定性设计策略的保守设计,并能针对不确定因素的实现提出相应的调度调节策略.本研究分析了蒸汽动力系统设计包含的不确定因素的特性及其对蒸汽动力系统优化目标和约束条件的影响.不确定因素的表达分成两类:基于时间变化表达和基于发生概率表达.对基于时间变化表达的因素,转化为多周期问题进行处理;对外部工艺过程变化引起的汽电需求不确定波动等基于发生概率表达的因素,应用随机规划策略,补偿不确定参数的实现可能引起的约束背离.基于本研究建立的多周期带补偿的二阶段随机规划MILP模型,求解蒸汽动力系统结构,同时优化调度调节策略,用调节决策和惩罚不足应对汽电需求等不确定因素的实现,实现系统安全稳定运行和经济效益最优.     

可再生能源制氢与波动氢气负荷耦合系统的调控策略

针对可再生能源制氢与波动性氢气负荷耦合的系统,在满足波动氢气负荷需求的前提下,提出通过可再生能源发电入网调整发电侧和通过氢气公用工程调整氢气负荷侧波形的协同调控模型,目的在于提高可再生能源耦合波动性氢气负荷需求的系统经济性,并研究需求侧氢气负荷的波动幅度和周期变化波动等特性对系统经济性和设计特性的影响,以及不同的调控策略对系统经济性的影响。研究表明:氢气负荷侧波形的幅度和周期变化对系统的经济性和容量配置影响显著;氢气公用工程调节和电力入网调节的调控策略可以有效降低系统的总费用。     

深冷空分精馏系统动态过程的研究进展

在能源紧张和产品需求多元化的背景下,不断响应时变电价、满足市场需求的空分系统呈现出越来越多的动态特性。精馏单元动态特征明显,是影响空分装置流程动态行为的关键设备,急需对空分装置中精馏单元的动态过程展开深入研究。文章综述了在空分精馏塔动态过程中的研究方向、模型和求解算法:首先将空分精馏塔动态过程中的研究分为过程变负荷控制、操作优化、调度规划和仿真软件4类,分别阐述了各部分的研究内容;然后介绍了动态建模的机理模型、数据模型和降阶模型,其目标是建立适合问题需要的合适精度模型;最后讨论了基于机理模型的动态优化问题中微分代数方程组的求解算法,并展望了空分系统未来的研究前景,实现机理模型和数据模型的有机融合和空分精馏塔动态过程中性能监控、运行维护将成为今后的研究重点。     

平抑电耗波动的热泵蓄热-供热系统优化

针对办公建筑物昼夜热负荷需求存在差异,从而导致热泵供热系统一天内电力供给需求波动较大的问题,本文构建了平抑电能消耗波动的热泵蓄热-供热系统,并提出了对应的优化运行策略。以热泵蓄热-供热系统耗电功率稳定及耗电成本最低作为优化目标函数,对蓄热和供热参数进行了优化分析。基于天津地区气象参数,根据某9000m²办公楼能耗,对所构建的可平抑电耗的热泵蓄热-供热系统进行了优化分析,结果表明：采用热泵蓄热并对运行参数进行优化控制后,系统的谷电电耗增加,峰电负荷降低,实现了供热系统日耗电功率恒定,典型日高峰时段系统耗电功率最大降低50.29%,日间平均耗电功率降低28.10%,全天耗电功率稳定于53.54kW;与无蓄热常规热泵供热系统相比,整个供热期的电耗波动大幅下降,总运行费用降低。     

燃气冷热电三联供系统节能性与经济性分析

燃气冷热电三联供(CCHP)系统作为分布式能源的一种,基于能量梯级利用思想,能够向用户提供电、热、冷多种能量,具有节能、经济、环保、安全可靠等多方面的优势。选取天然气发电、燃气锅炉供热、燃气发电制冷的分供系统为比较基准,通过建立数学模型,对CCHP系统与分供系统的节能性与经济性进行了分析对比。结果表明:要提高CCHP系统的节能性,除了选用较高发电效率的动力装置之外,根据余热形式及特点,合理选取高效的余热回收装置,充分利用发电余热,提高系统供热效率是关键;此外,根据负荷特点等因素合理确定系统运行模式也有助于提高系统节能性。分析了气电价比等因素对CCHP系统经济性影响,并对该系统的进一步发展提出了建议。     

基于等效电法的钢铁企业蒸汽系统多目标运行优化策略

针对钢铁企业蒸汽系统汽源设备多、能源品种多的特点,以某大型钢铁企业实际运行的蒸汽系统为背景,运用等效电方法对蒸汽系统的能量转换作出科学分析,采用数学规划方法,建立多目标的混合整数非线性规划模型（MINLP）。采用分步优化方法,先以蒸汽系统小时能源总成本最低为目标,将得到的结果乘以松弛系数建立成本约束并以(火用)效率最高为目标,利用LINGO软件求得多目标-约束优化模型的全局最优解,再通过改变松弛系数得到一组Pareto前沿。最后与单目标优化和多目标遗传算法结果相比较,证明分步优化方法所得的结果是可行的综合最优结果,能够实现低成本和高(火用)效率的双目标,并为生产调度提供依据。     

基于沼气的热电气联供系统全工况模型与性能分析

为了解决我国城镇化进程中日益增长的能源需求,高效循环利用有机废弃物,缓解农村环境污染问题,构建了基于沼气的内燃机热电气联供系统,将生物质厌氧发酵、内燃机热电联产、补充热源、用户侧需求等有机联系起来建立系统全工况动态数学模型,并以兰州地区5户建筑面积226.8 m²的新农村建筑为例,进行系统全年逐日供需能量平衡分析及性能分析。结果表明：寒冷地区新农村建筑负荷与商业建筑存在明显不同,冬夏季热负荷差异大,全天电负荷波动很明显;在充分考虑厌氧发酵生物质能源转化效率、热量传输及换热效率和火电厂发电效率的情况下,联供系统全年一次能源利用率为37.85%;与传统农村分供系统相比,系统一次能源节约率为17.12%。系统性能分析结果可为我国生物质沼气集中热电联产在村镇的规模化应用提供一定理论依据。     

燃料驱动无电热泵系统的节能模拟与运行经济性分析

创新性提出了一种燃料驱动无电热泵系统（NEHP）的热泵新技术，NEHP使用一套系统解决了夏季供冷、冬季供暖、生活热水及一定量生活用电，是一种可冷热电多联供的分布式能源系统。本文从原理及设计思路上对NEHP新技术进行了具体说明，对NEHP技术应用的节能性进行了模拟计算，并对运行经济性作了全面分析。NEHP技术适宜应用于缺电和无电地区，具有电热泵（EHP）无法比拟的适用性优势，也适用于燃气与电力均较为充裕的地区，具有广阔的应用场景。对于使用燃气的NEHP-G系统，若气电比rge小于某一数值，则在供热或供冷方面NEHP-G将比EHP具有更低的运行费用，其中额定制热时该值为4.17，额定制冷回收与不回收余热时该值分别为5.62和3.06。以重庆地区2021年商业气价与电价为例，NEHP-G在制热季可节省费用42.17%～47.49%，在制冷季回收与不回收余热可分别节省费用48.22%与32.26%。     

天然气电能互补分布式高效制冷系统热力学性能分析

天然气分布式能源是一项高效且低碳的综合能源利用技术。尽管我国天然气分布式能源系统已提出并发展近二十年,但分布式能源系统依旧面临总体效率低、运行时间短以及经济性低等问题。基于此,本文提出了一种天然气电能互补分布式高效制冷系统,针对该系统进行了热力学性能分析。结果表明:该系统不仅能提高制冷系统的整体性能,另一方面极大提高一次综合能源的利用效率;气电互补的高效制冷系统的一次能源综合利用率为2.20,要远高于分布式能源系统(0.75)和热电联产系统(0.8)。     

基于沼气的热电气联供系统全工况模型与性能分析

为了解决我国城镇化进程中日益增长的能源需求,高效循环利用有机废弃物,缓解农村环境污染问题,构建了基于沼气的内燃机热电气联供系统,将生物质厌氧发酵、内燃机热电联产、补充热源、用户侧需求等有机联系起来建立系统全工况动态数学模型,并以兰州地区5户建筑面积226.8 m2的新农村建筑为例,进行系统全年逐日供需能量平衡分析及性能分析。结果表明:寒冷地区新农村建筑负荷与商业建筑存在明显不同,冬夏季热负荷差异大,全天电负荷波动很明显;在充分考虑厌氧发酵生物质能源转化效率、热量传输及换热效率和火电厂发电效率的情况下,联供系统全年一次能源利用率为37.85%;与传统农村分供系统相比,系统一次能源节约率为17.12%。系统性能分析结果可为我国生物质沼气集中热电联产在村镇的规模化应用提供一定理论依据。     

基于等效电法的钢铁企业蒸汽系统多目标运行优化策略

针对钢铁企业蒸汽系统汽源设备多、能源品种多的特点,以某大型钢铁企业实际运行的蒸汽系统为背景,运用等效电方法对蒸汽系统的能量转换作出科学分析,采用数学规划方法,建立多目标的混合整数非线性规划模型(MINLP)。采用分步优化方法,先以蒸汽系统小时能源总成本最低为目标,将得到的结果乘以松弛系数建立成本约束并以憥效率最高为目标,利用LINGO软件求得多目标-约束优化模型的全局最优解,再通过改变松弛系数得到一组Pareto前沿。最后与单目标优化和多目标遗传算法结果相比较,证明分步优化方法所得的结果是可行的综合最优结果,能够实现低成本和高憥效率的双目标,并为生产调度提供依据。     

含分层储能的冷热电联供系统运行优化

为提高冷热电联供型微电网对可再生能源的消纳能力,解决源-荷的不确定性使得系统运行稳定性降低的问题,提出含分层储能的三级混合时间尺度滚动优化方法。日前优化目标为日运行成本最低;日内上层以燃料成本和蓄热罐功率变化惩罚成本最低为目标对冷热能进行优化,下层以电网交互成本和蓄电池功率变化惩罚成本最低为优化目标对电能进行优化;实时电系统反馈以电系统削峰填谷作用量和功率波动量最低为优化目标;得出最优的系统中各设备的出力计划。结果表明：该优化方法和分层储能能够有效达到削峰填谷的作用,各设备功率波动率均处于较低水平;冬季典型日的日运行成本比日前成本有所降低。     

适用可再生能源不确定特性的合成氨多稳态柔性工艺技术

双碳背景下,风光可再生能源发电是能源发展的重要方向,“绿氢”由于其长周期存储和零碳特征,可以有效解决风光电力消纳的难题,有望与电能一同成为未来能源体系的两大支柱。但是由于氢气自身特性和氢脆造成的材料瓶颈,“绿氢”发展遇到制储运多环节安全性与经济性挑战。绿电制氢制氨的“电制绿氨”路径被认为是解决“绿电”“绿氢”技术经济困局的重要途径之一。针对风光资源的不确定性,分析了基于合成氨“哈-博”工艺多种解决方案的优劣,提出了多稳态柔性“电制绿氨”工艺模式以解决“源网氢氨”复杂技术特征耦合下的设计、装置和运行问题;研究了多稳态柔性“电制绿氨”工艺的系统性技术架构、整定经济运行负荷与运行周期的最优化方法;开发了电氢氨一体化数字仿真模型,计及电力约束、资源波动、氢氨需求、系统运行效率和可靠性等因素,对全场景、全流程下的“电制绿氨”进行协同优化,形成了一套面向动态运行的绿电耦合化工的设计方法;研究了催化剂结构性能调优与合成塔内件结构的优化方法,开发了复杂变工况条件的催化剂宏观动力学模型,以及电氢氨一体化协同调度与智能控制技术。多稳态柔性“电制绿氨”工艺实现了合成氨经济运行负荷在30%～110%,负荷调节...     

考虑小功率波动的海上风电发电侧电化学储能配置优化及分析

解决海上风电发电侧电化学储能配置问题，从储能优化展开探索，直接涉及新能源系统功率波动，但新能源消纳比例依旧较低。提出考虑最小功率波动的海上风电发电侧电化学储能容量配置优化。针对海上风电发电侧电化学储能系统设置功率波动指标，建立最小化功率波动的优化运行模型。依托于多参数规划原理，分析功率波动指标与储能容量之间的关系，确定新能源和储能容量最佳配比。在此基础上定义包含最小储能成本、最小弃风量2个目标的综合优化目标函数，依托于改进鲸鱼优化算法进行迭代求解，即生成最终的储能容量配置优化方案。结果表明：在不同海上风电发电场景下应用所提的方法进行优化配置后，新能源消纳量稳定在116 400 kW·h左右，符合设计优化目标，可更好地满足了新能源消纳要求。     

电力市场下宝钢电厂的报价模型探讨

提出一种综合考虑机组发电成本和市场电价以及宝钢生产负荷变化的发电与报价优化策略。基于企业利润最大化原则,建立了不同于传统计划发电体制的带有多项安全约束条件的机组出力优化方案数学模型,得到机组各时段最优出力。