考虑碳排放成本的多能互补微能源网储能装置优化运行

随着综合能源管理技术的成熟,建立含大比例可再生能源和储能装置的多能互补微能源网成为发展趋势。近年来,我国在进行能源结构调整,碳排放控制力度逐步提升。因此在考虑碳排放成本的基础上,以微能源网日运行成本最低为目标建立经济运行模型,对储能的充放电策略进行调整,并采用商业软件CPLEX进行求解。以某一实际微能源网为例验证所提模型的有效性,分析了两种储能容量和功率配置对微能源网运行成本的影响。算例结果表明,所建模型纳入了碳排放成本的影响,在保障可再生能源消纳的前提下,对微能源网内的多种能源和储能装置充放电策略进行了优化,实现微能源网运行成本最低的同时达到多能互补的效果。     

计及碳配额的混合储能综合微能源网优化运行研究

综合微能源网系统是利用电、热、冷、气等多种能源构建的,可实现多类能量供应的小型可再生供能系统。然而,由于光伏、风电等可再生能源存在随机性和波动性等问题,该系统在负荷波动时可能会导致系统崩溃 。同时,国内的碳排放权交易市场已启动,综合能源系统中的碳排放成本不可忽视。为此,本文提出一种计及碳排放成本的混合储能微能源网优化运行模型。该模型首先结合源-荷-储及能源转换装置进行综合微能源网配置,根据碳排放配额分配实施方案建立考虑碳配额的目标优化函数,以某地区三种典型日场景下的数据为基础进行仿真,利用Gurobi求解得到满足碳排放成本最小时的系统优化运行结果。算例结果表明,碳排放免费配额能够降低综合能源系统运行成本,影响系统运行策略,本文所提模型能够反映碳排放成本因素对能源消费结构的影响,验证了储能装置可提高综合微能源网系统经济性、安全性与可靠性,为综合能源系统能源结构配置与运行提供参考和依据。     

基于综合需求响应的微能源网日前优化调度方法

微能源网是能源互联网(energy Internet,EI)终端供能发展方向,系统的经济优化运行亟需挖掘多能负荷的潜力,单一需求响应难以满足“源-网-荷”协调优化。针对微能源网中多种能源的耦合转换特性,首先,建立了含储能和综合需求响应(integrated demand response,IDR)的广义能量枢纽模型;引入微能源网能源运营商,建立了综合需求响应3种模式,即转移模型、转换模型和可削减模型。其次,提出了基于综合需求响应的微能源网日前优化调度方法,制定能源分时价格,协调优化3种需求响应模式,建立以利润最大化为目标的混合整数线性规划模型,并利用CPLEX软件求解。最后,结合算例,验证了所提综合需求响应模式与日前优化调度方法的有效性,最大化利用了微能源网多能负荷耦合互补能力,提高了系统运行的经济性。     

计及多类型需求响应的孤岛型微能源网经济运行EI北大核心CSCD

在区域能源互联网迅速发展及多能耦合日渐紧密的背景下,如何进一步优化孤岛型微能源网结构,提高系统运行的稳定性和经济性是当前热点问题。失去了外部电网的有效支撑,仅通过内部微源的调度,孤岛型微能源网难以维持系统能量的实时平衡。为此,针对孤岛型微能源网运行特点,引入冷、热、电多类型负荷需求响应,综合考虑能源耦合与转换特性、分布式微源运行特性的基础上,基于能源集线器架构提出了计及多类型需求响应的孤岛型微能源网优化调度模型。采用混合整数规划法求解模型,得出各机组与储能装置的启停状态、最优出力及系统综合运行成本。仿真算例表明:通过引入柔性冷、热、电多负荷的需求侧响应,可以提高孤岛型微能源网能源供应的灵活性,并降低系统的运行成本。     

基于能源集线器的微能源网建模与多目标优化调度

提高能源利用率是实现能源可持续发展的重要举措。基于能源集线器的概念,提出了微能源网的通用化建模方法,得到线性的功率平衡方程。进一步地,以系统总收益最大化和能源利用率最大化为优化目标,构建了微能源网多目标优化调度模型。结合加权和法在Matlab和GAMS软件上求解得到多目标优化调度模型的Pareto前沿,并采用模糊隶属度函数求取最优折中解,作为多目标优化调度方案。最后,构建典型的微能源网进行验算。结果表明,所提出的通用化建模方法具有直观性和通用性,所提出的多目标优化调度模型能为调度决策者提供多维度的调度方案,兼顾了系统运行的经济性和高效性。     

计及广义储能的园区综合能源系统低碳规划

以综合能源系统的低碳规划为目标,建立了考虑蓄电池电储能、楼宇热储能、数据中心热储能为广义储能的通用统一模型,量化分析了广义储能运行灵活性对园区综合能源系统低碳化转型的支撑作用。计及负荷长短期增长不确定性与碳排放约束,建立了以规划年扩建成本与运行成本之和为目标函数的综合能源系统低碳扩建模型;以园区各设备运行约束为基础,考虑广义储能的灵活性运行方式,建立了基于能源枢纽的园区运行模型;以江苏省某工业园区为测试算例,分析了广义储能资源的灵活性运行对园区扩建规划的影响。结果表明,广义储能资源可利用时间转移特性实现多能源跨时段高效利用,有效促进了新能源消纳,保证了综合能源系统的规划方案兼具经济性与环保性。     

考虑电/热/气耦合需求响应的多能微网多种储能容量综合优化配置

在多能微网中配置多种储能设备有利于平滑可再生能源波动性,提升供能可靠性和用能经济性。以含风光发电和电/热/气负荷的多能微网为研究对象,研究考虑电/热/气耦合需求响应的微能源网多种储能系统优化配置方法。首先,基于人体对温度的模糊度以及电负荷和气负荷的可转移特性建立耦合需求响应模型。在此基础上,以经济成本和碳排放量最小为目标,建立了基于耦合需求响应的多种储能容量综合规划的多目标优化模型。然后,采用自适应动态权重因子以适应规划场景的灵活多变。最后,通过算例比较了应用耦合需求响应以及配置储能系统前后多能微网的经济性以及碳排放量,从而验证了所提方法的有效性。     

考虑电气转换储能和可再生能源集成的微能源网多目标规划

建立了由电解氢、燃料电池和储气构成的电气转换储能系统(P2G-based storage system,P2GSS)模型,构建了包含风电机组、光伏、冷热电三联供系统、P2GSS和蓄电池等的微能源网。基于全生命周期法计算微能源网全生命周期成本,以全生命周期成本最低和年CO2排放量最小为优化目标,考虑电制冷比例和电制热比例等运行方式的影响,对微能源网的关键设备容量进行多目标优化配置研究。通过不同场景对比,研究了P2GSS对微能源网规划方案的经济成本、CO2排放和可再生能源集成的影响。     

考虑变工况特性的微能源系统优化规划：(一)基本模型和分析

微能源系统是能源互联网发展应用的重要形式之一。微能源系统是一个多输入多输出系统,各类能源转换设备和存储设备构成系统输入和输出的耦合关系。各设备通常具有非线性工作特征,使其运行特性与设计点发生偏移。针对微能源系统输入/输出的非线性关系,考虑储能的接入,建立微能网变工况静态耦合模型和储能状态转移模型,通过输入能源的统一折合,定义系统综合能源消耗,并提出依据微增率安排能源转换设备出力的策略。最后,以一个包含光伏、配电变压器、天然气热电联供、热泵、电池储能、蓄热式电锅炉的系统对所建立模型进行了应用和验证。提出的考虑微能源系统变工况特性的通用模型,是微能源系统优化设计和运行的基础。     

考虑可再生能源消纳的CCHP微能源网优化配置模型

微能源网中电、气、热等多种能源相互耦合,其容量与运行协调优化是促进可再生能源消纳和提高能源利用率的关键。针对含冷热电联供系统(CCHP)的微能源网优化配置问题,首先分析了含电、气输入和电、热输出耦合的微能源网系统构架和能量流,提出考虑促进可再生能源消纳和提高能源利用率的运行策略,建立基于能量流的供热可靠性指标,然后建立考虑投资费用、一次能源消耗、CO2排放、供能可靠性的综合评价指标的含CCHP的微能源网系统容量和运行策略的优化配置模型。算例仿真结果表明,所建立的模型在保证系统供能可靠性下能够促进可再生能源的消纳并提高系统的经济性。     

基于多能源协同的微能网群能源转供优化模型

微能网针对用户的用能需求特点和本地资源条件,可实现分布式能源生产的互补利用。为实现微能网群的高效运行,建立了一种基于多能源协同的微能网群能源转供优化模型。首先阐述了微能网群的概念并建立基于外部能源集线器互联的微能网群基本架构。其次建立了基于内部能源集线器的微能网模型,并在其基础上进一步建立了微能网群的能源转供优化模型。然后将该模型进一步细分为2个运行阶段:微能网内部的多能源转供优化和微能网之间的多能源转供优化。第1阶段是在单个微能网层面解决某种特定能源的短缺问题,而第2阶段是在第1阶段未能完全解决能源的短缺问题时,通过多个能源集线器的协调,从微能网群层面解决多种能源的短缺问题。最后,以一个包含电、气、热/冷负荷和外部能源集线器的系统对所建立模型进行了验证。     

计及含氢储能与电价型需求响应的能量枢纽日前经济调度

为了解耦冷热电联供(combined cool,heat and power system,CCHP)机组“以热定电”的运行约束,提高风电消纳能力,降低社会碳排放,提出了计及含氢储能与电价型需求响应的能量枢纽日前经济调度模型。源侧利用冷、热、电、氢4种储能装置,打破CCHP机组热电耦合约束;荷侧引入电价型需求响应改变用户用电行为,通过优化各机组出力与电负荷曲线,增加风机出力。该模型以系统日运行成本最低为目标,引入弃风惩罚成本增加风电消纳,综合功率平衡等约束,调用Gurobi求解器进行优化求解。对不同场景下能量枢纽的优化结果进行分析,并计算燃油汽车的碳排放量以量化氢燃料电池汽车节约的社会碳排放。结果表明:在电价型需求响应策略下,考虑CCHP与含氢储能的能量枢纽系统在增加风电消纳能力的同时降低了系统的日运行总成本,减少了社会碳排放。     

含热泵和相变储能的多能互补微能源网运行优化方法研究

在区域能源互联网大力推进、绿色低碳经济大力发展和多能流耦合度不断增高的背景下,如何提高微能源网的经济稳定性,实现其运行优化已成为研究热点。然而空调负荷的日渐增长给微能源网的经济运行带来了挑战。为此引入热泵和相变储能,以缓解用能紧张,提高能源利用效率和系统的灵活性。综合考虑热泵的出力特性和相变储能的储能特性,提出了一种多能互补微能源网运行优化模型。为分析模型的经济节能性,在分时电价和并网运行条件下,以全寿命周期成本最低为目标函数,采用混合整数规划法进行求解。仿真结果表明,引入热泵和相变储能能够减少空调负荷耗能,降低系统运行成本,具有较好的灵活性和经济性。     

计及可靠性的电-气-热能量枢纽配置与运行优化

含可再生能源的电—气—热互联多能源系统可实现多能源网络互联与多能源优化利用,有效解决资源匮乏与能源浪费等问题。能量枢纽是多能源耦合的关键,但现有的能量枢纽优化配置问题未考虑系统运行可靠性的影响。因此,重点研究多能源系统中计及可靠性的能量枢纽优化配置问题。首先,针对风机、变压器、热电联产、燃气锅炉、电储能、热储能等设备组成的能量枢纽,建立了一种新型多能源系统容量协同优化配置的混合整数线性规划模型。然后,根据该双层优化模型计及能量枢纽的运行可靠性,引入失负荷期望等可靠性指标作为约束。最后,为了确定配置方案,结合优化策略进行整体规划,同时得到各机组能量分配情况,对算例进行仿真分析。结果表明,提出的模型有利于负荷供应可靠性的提升。     

冷热电气多能互补的微能源网鲁棒优化调度

随着能源结构调整,集成风/光等可再生能源输入、冷热电气等多种能源互补输出的微能源网得到了逐步发展,如何协调调度微能源网内冷热电气源网荷成为当前研究热点。建立了冷热电气多能互补的微能源网在孤岛/并网模式下的协调调度模型,并利用供热/供冷系统的热惯性和热/冷负荷的柔性,发挥供热/供冷系统的“储能”功能,以电转气(P2G)装置实现电-气网络双向互通。模型采用鲁棒线性优化理论将随机优化模型进行确定性转化,取得经济性和鲁棒性的适当折中。算例仿真验证了温度负荷储能特性对微能源网灵活调度的优化作用和鲁棒性指标对优化结果的协调作用。     

考虑市场计划的微能源网双层优化配置方法

微能源网多能协同运行、消纳清洁能源发电的作用在“双碳”目标和新型电力系统背景下具有广泛的应用价值。但是随着风光接入规模日益增大，风光出力的不确定性势必会影响微能源网运行的稳定性。为此，本文充分考虑风光出力不确定性与相关性，提出了一种考虑市场计划的微能源网双层优化配置方法。首先，基于Wasserstein距离指标将风光概率分布最优离散化处理，采用Frank-Copula函数建立风光出力联合分布函数，生成典型日出力场景；然后，考虑电力市场与天然气市场计划经济性，建立微能源网双层优化配置模型，实现设备配置与系统运行的紧密耦合；最后，基于某地区微能源网实测数据生成典型风光出力场景进行优化计算，算例结果表明，双层优化配置方法可以降低微能源网的年化成本，增加对风光极限信息的包容性，提高系统运行的经济性与稳定性。