考虑电热气耦合特性的低碳园区综合能源系统氢储能优化配置

氢储能具有零碳排放、电热气联供等诸多优点,有望成为实现碳中和目标的重要支撑技术.针对工业园区综合能源系统的电热气负荷需求特点以及低碳化发展的总体需要,提出了一种以氢储能作为多种能量形式转换枢纽的低碳园区综合能源系统架构,在分析氢储能单元电热气多能特性的基础上,建立了氢储能多能联储联供模型;进一步地,以投资运行成本以及碳排放为优化目标,提出了园区综合能源系统氢储能单元优化配置模型.基于实际算例分析了清洁能源发电及热电负荷特性、碳减排政策、氢储能投资成本等关键因素对综合成本及碳减排目标的影响,验证了通过配置氢储能降低园区综合能源系统供能成本和碳排放的可行性,并指出了其典型的适用场景.     

考虑功能区差异性和虚拟储能的综合能源系统多元储能规划

综合能源系统实现了冷、热、电等多种能源形式的横向互补以及"源-网-荷-储"多个环节的纵向协调.基于区域综合能源系统功能区内冷热产消就地平衡,以及电作为功能区间能量枢纽的特点,分析了典型功能区"源-网-荷-储"的差异特性,包括电动汽车(EV)的时空特征、用户冷热需求的柔性和供热系统的热惯性等;考虑了EV负荷、冷热负荷和供热系统的虚拟储能特性,建立了计及功能区间能量交换能力、储能设备成本等差异的区域综合能源系统实体储能(设备)规划模型;以某一包含居民区、办公区、商业区和工业区的新区综合能源系统为例进行算例分析,结果表明考虑了虚拟储能的多功能区综合能源系统优化调度为整个系统带来了更多的弹性和联网效益,有效减少了消纳可再生能源所需的实体储能配置容量.     

计及碳成本的电-气-热-氢综合能源系统经济运行策略

为构建低碳可持续能源系统,推动我国未来能源系统转型,文章聚焦能源系统中低碳与清洁,建立了考虑经济与碳排放的电-气-热-氢综合能源系统日前调度模型。首先,在综合能源系统网络中,考虑负荷不确定性建立了电网潮流模型以及热网、气网的动态潮流模型。在能量转换设备中考虑到氢能的清洁、高效、安全等优点,引入电转氢(power to hydrogen, P2H)设备和氢储能设备。考虑到燃气轮机、燃料电池等余热浪费,引入有机朗肯循环(organic Rankine cycle, ORC)余热发电将剩余热能转化为电能,提高能源利用效率。其次,考虑以系统运行成本和环境成本为目标函数,给出电-气-热-氢的综合能源系统最优运行调度方案。最后针对多种优化运行模式进行仿真分析,结果表明,文章提出的电-气-热-氢综合能源系统优化运行策略能够有效保证运行的经济性和环保性。     

电-氢-碳综合能源系统协同经济调度

在“双碳”背景下,为优化能源结构,提高可再生能源消纳,进而促进综合能源系统的碳减排工作,提出了一种基于碳捕集和电-氢-气双向转换的电氢碳协同运行的低碳经济调度模式。首先分析电转气两阶段过程中分别耦合氢储能、氢燃料电池以及碳捕集设备的运行机理,构建以清洁能源为主的能源供应和以电、热、冷、气负荷为终端消费的综合能源系统的能量流模型;然后针对其参与碳排放权交易市场,分析碳交易机制下系统各设备的碳成本;最后构建以运行维护成本、购能成本、环境成本和售氢收益之和最小的低碳经济运行数学模型,综合考虑设备约束和系统的能量平衡约束,分析对比不同典型运行模式,验证了所提调度模型的消纳特性、环保性和经济性。     

考虑风-氢-电的混合能源系统容量规划与运行优化

本文主要研究由风力发电、电解槽、燃料电池及电池储能共同组成的混合能源系统最优配置.在离网状态下,风电作为主要的能量来源,在氢储能和电池储能的辅助下实现周边居民用电负荷的供应,并尽可能满足加氢站的氢气需求.以系统年化成本最小化为目标,同时考虑氢储能和电池储能运行约束,优化考虑风-氢-电的混合能源系统容量.通过算例分析表明...     

含压缩空气储能的冷热电联供微网优化运行策略

新能源冷热电联供微网对实现可再生能源高效利用和节能减排具有重要意义。然而,高比例可再生能源渗透、多种能量流相互耦合,使其协调控制极其困难。该文以提高能源利用率与能量梯级利用为目标,设计一种含压缩空气储能的新型冷热电联供微网结构;考虑其多种能量流与多品位热源并存的特点,从流程设计的角度,优化了压缩空气储能在冷热电联供微网中的工作模式;分析了不同工作模式下,系统的输出能量与?损;以此为基础,提出一种综合环境效益、能源节约率以及安全性的系统运行多目标优化模型,从而在不同工况下得到冷热电联供微网最优工作模式与各主动设备的出力规划。算例结果显示,优化后的运行策略节能效果明显;同时,模式细化与温度匹配有效增强了系统能量梯级利用。     

源荷储协调的冷热电综合能源系统随机优化运行

冷热电综合能源系统是促进多种能源综合利用的重要载体,也是能源互联网发展的重要基础.为实现源荷双重不确定时冷热电综合能源系统的运行优化,并充分发挥源荷储各环节的调控潜力,本文提出了一种考虑源荷储协调的冷热电综合能源系统随机优化运行方法.首先采用非参数核密度估计与概率场景抽样相结合的方法对综合能源系统中源荷不确定性进行挖掘和表征,在此基础上,全面考虑储电、储冷、储热等多种能源存储形式及负荷需求响应措施,建立了源荷储协调的冷热电综合能源系统随机优化运行模型.针对模型中能源存储设备的运行时段耦合约束和日运行能量平衡约束等带来的复杂多阶段决策问题,提出基于序列二次规划算法的模型求解方法.以某典型冷热电综合能源系统为测试算例,对不考虑储能、不考虑需求响应及详细考虑源荷储协调的多种情形进行了对比分析,结果证明了所提模型和方法的有效性.     

游船用氢燃料电池和储能电池的优化配置

燃料电池通常与储能电池组构成一个供能系统为电动船舶供电.为了更好地实现船舶燃料电池和储能电池的容量配置,实现系统高效工作,对燃料电池+储能电池系统进行建模,考察储能电池不同荷电状态(SOC)下供能系统的输出性能,对输出数据加以分析优化,用以指导实际工程中电能系统的配置设计.以“德国汉堡航道运营某游船氢燃料电池能量系统”为目标原型,基于Matlab/Simulink建立了仿真验证程序,优化与验证储能电池的选型及配置.经计算,配置530 V/100 Ah容量锂电池组,可满足船舶正常运行负载需求,并制定相应的能量管理策略使燃料电池和储能锂电池均处于高效工作区间.优化配置后的储能电池容量比原设计减少了近70％.     

面向统一能源系统的氢能规划框架

统一能源系统该如何考虑新能源随机性对供能可靠性的影响,利用多能互补与季节性储能技术,提高能源利用率,确保中长时间尺度上电/热/气/油化产品的可靠供应。首先,提出氢能系统的基本结构(电制氢–储氢–氢转X)及其支撑统一能源系统的运行模式。其次,提出季节性氢储能规划框架,根据季节性氢储能的关键特征,建立其运行分析与能量调控模型;考虑统一能源系统对储能功能的不同需求,建立储能互补机制,以短时储能调节时间的上限作为季节性储能能量调节的时间分辨率,基于此提出季节性氢储能的配置方法,确保季节性氢储能配置后系统无长时能量缺失;再对季节性氢储能规划方案进行综合评估。最后,在统一能源系统背景下,验证所提氢能规划框架的有效性。     

楼宇综合能源系统容量配置优化

冷热电三联供系统在满足用户多种负荷需求的同时梯级利用能源，系统能源利用效率高。随着可再生能源技术的迅速发展，集成多种可再生能源的综合能源系统受到广泛的关注。由于不同地区、不同建筑类型的多能源负荷需求差异较大，文章基于负荷模拟获得典型建筑冷热电负荷需求，分析不同气候区域不同建筑类型的热电比、冷电比等负荷需求特征。将能源的利用过程归为生产、回收、转换和储存四环节，基于能量平衡原则建立包含四环节的综合能源系统的混合整数非线性规划模型，从而获得影响综合能源系统和三联供系统经济性的重要因素，研究综合能源系统、三联供系统配置在不同地区和建筑的适用特点，结果体现出不同地区、建筑类型综合能源系统配置的差异性。     

某大型公共建筑分布式能源系统集成与优化运行研究

以某大型公共建筑分布式能源系统为例,根据其冷、热、电负荷特性,对基于燃气轮机和燃气内燃机2种类型的分布式能源系统的经济效益评估进行分析,提出了“燃气冷热电三联供系统加电制冷机组加燃气锅炉加蓄能系统”的整体设计方案。选择冷热电三联供系统的配置,分析其系统集成与优化运行控制策略,并将其与燃气直燃型一体化机组进行经济性和节能性对比,结果表明其平均能源综合利用效率为82．5％,供热经济性优势明显,但投资回收效果不理想。     

微燃机冷热电三联供系统建模及热力学分析

某200 k W微燃机冷热电三联供系统按季节负荷特点分为热电联供和冷电联供2种模式,基于Ebsilon软件对该系统构建模型并进行仿真模拟及性能分析,分别计算出不同工况下冷热电三联供系统的一次能源利用率和效率。结果表明:冷电联供时,环境温度从24℃变化到38℃,系统一次能源利用率为65.2%~68%;热电联供时,环境温度从-10℃变化到24℃,系统一次能源利用率为66.4%~74.2%。系统冷电联供(取环境温度为32℃)运行时,效率为31.1%,损失之和为451.92 kW,当微燃机负荷率在30%~100%变化,系统一次能源利用率为60.3%~66.9%;系统热电联供(取环境温度为0℃)运行时,效率为38.5%,损失之和为408.4 kW,当微燃机负荷率在30%~100%变化,系统一次能源利用率为54.4%~68.5%。通过搭建的微燃机三联供系统模型对实际运行数据进行分析,结果认为:实际运行工况主要存在冷负荷较小的问题,通过蓄冷罐蓄存多余冷量,系统的一次能源利用率可提高13.8%。     

考虑储能电站服务的冷热电多微网系统优化经济调度

提出一种考虑储能电站服务的冷热电多微网系统日前优化调度方法。首先提出在多微网系统建立公共储能电站,并给出用户侧储能电站服务模式;然后将储能电站服务应用到冷热电联供型多微网系统优化调度,通过协调微网与储能电站间的交互功率,实现微网内冷热电负荷功率平衡和运行经济成本最优;最后以典型场景为例,对冷热电联供型多微网系统在3种运行方式下进行经济优化调度分析。结果表明,所提冷热电多微网系统优化调度方法可以充分发挥公用储能电站的充放电灵活性,实现微网多余电能的时域转移和可再生能源发电的100%消纳,并降低多微网系统的运行成本。     

基于随机动态规划的多能联供系统冷热电经济分配模型

建立了风力发电机组与燃气轮机联合驱动下含压缩空气储能装置的多能联供系统冷热电经济分配模型。该模型考虑风电输出功率和冷、热、电负荷的波动特性,利用概率密度函数对系统的随机变量进行拟合。以投资成本和运行成本作为目标函数,以冷、热、电负荷平衡及各设备出力特性作为约束条件,采用随机动态规划对系统能源进行合理的调度和分配以达到最优经济效益,并通过控制系统的制冷比和风电输出功率平抑系数,实时调整系统各设备的容量及运行状态。实例的计算结果表明,压缩空气储能能够有效地平抑风电输出功率的波动,减少弃风经济损失;相比于固定能量分配,采用动态规划对系统的能量进行分配具有更多的价值和优势。     

基于㶲经济学的综合能源系统动态冷热电成本

多能流耦合的综合能源系统(IES)成本分摊是综合能源服务研究的一个关键技术问题。现有IES产品成本计算未虑能量品位的影响,并且对含储能的IES成本变化缺乏深入研究。以热力学第二定律为基础,建立IES动态㶲经济学模型,并以某园区综合能源系统为例,研究动态负荷以及储能工况对系统冷热电成本的影响。结果表明：储热装置能够有效降低单位冷热电成本;相较无储热工况,在储热工况下系统单位冷、热、电成本分别降低6%、24%、1.2%;此外,储热工况下的IES冷热电平均成本与电负荷成正相关,与冷热负荷呈负相关。动态㶲经济学模型能够高效地分析含储热的IES在优化周期内的逐时冷热电成本,为冷热电实时定价提供依据,合理利用储能装置能够降低冷热电产品的成本,有助于内燃机消纳,提高系统运行的稳定性和经济性。     

考虑燃料电池变工况特性的风-光-氢综合能源系统优化调度

燃料电池是氢储能中的重要组成部分，其运行效率对含氢储能的综合系统的经济性有较大影响。为此，提出考虑燃料电池变工况特性的风-光-氢综合能源系统优化调度方法。通过分析燃料电池输出功率和运行效率间的关系，建立燃料电池变工况条件下运行效率的分段线性化模型。提出考虑燃料电池的变工况效率特性的多模块输出功率协同优化策略和燃料电池多模块工作协同策略，从而提升燃料电池总体运行效率和各模块使用寿命。基于此，以风-光-氢综合能源系统优化调度为例，验证了所提优化运行策略的有效性。     

基于储能实时修正双环控制的微电网能量管理方法

提升各类可再生能源(RES)高效并网发电是应对全球环境恶化、能源短缺的有效方法。但各类能源的出力特性不同,如何有效分配使用各类能源是目前微电网需要解决的主要问题。针对此问题,采用冷热电联产(CCHP)与储能系统相结合的运行方式,利用优化算法分层控制微型燃气轮机出力和储能系统的充放电功率,综合协调光伏、风电、微型燃气轮机输出和用户负荷需求,解决能源出力和负荷需求分布不对等问题,实现RES高效使用。其中,针对储能系统充放电控制,提出一种基于预测数据实时修正的能量管理方法,可以减小预测误差对储能系统充放电控制的干扰,提高能量管控的灵活性。实测数据试验结果显示,与固定阈值法和自适应算法相比,所提算法在充分利用各类能源基础上有效起到了削减负荷峰值的作用,减小冲击负荷对电网的影响,实现了能源的经济、优化利用。     

考虑风光利用率和含氢能流的多能流综合能源系统规划

传统多能流综合能源系统往往面临绿色可再生能源装机比例低、利用率低的问题,同时氢燃料汽车的逐渐普及将增加对氢能的需求,将电能转化为氢能是满足交通部门潜在氢需求的有效途径。针对风光装机比例低、利用率低和氢能需求的问题,提出了一种考虑风光利用率和含氢能流的多能流综合能源系统规划方法。首先,计及氢能流构建了电/热/冷/氢多能流综合能源系统。其次,考虑系统年投资费用、运行费用和风光利用率的多目标,构建双层规划-调度模型,以电、热、冷、氢等4种形式能量平衡和元件工作特性为约束,采用非支配性排序遗传算法和商用求解器结合的混合智能算法进行求解。最后,以某地区实际工业园区为例,对所提方法进行验证。案例结果分析表明所提出的方法可有效降低系统年总投资成本,显著提高风光装机比例和利用率,提高系统运行稳定性和经济性。