面向生态友好型远洋海岛群的储电概念船舶及其供能路径优化策略研究

远洋海岛群可再生能源十分丰富,各岛屿就地开发条件得天独厚,然而受限于地理隔离,负荷中心岛难以直接得到电力供给,而铺设电缆或大规模配置储能价格不菲。该文提出基于储电船舶的远洋海岛群能量调度优化策略。首先针对海岛群差异化资源禀赋的互补特性提出共享储能的概念,通过分时段共享的方式提高设备利用率,降低系统储能设备的整体规模,并建立起时空耦合情况下的能量流、交通流混合模型。在此基础之上,充分考虑日前调度预测误差,以多场景负荷中心岛切负荷均值最小、系统运行成本均值最少为目标,借助统一平台对储电船舶进行时空调度,灵活消纳多形态新能源和进行负荷支撑。仿真结果表明,基于EV的远洋海岛群能量供给系统实现了岛屿间的无缝连接和能量的动态平衡。该文为远洋海岛群的经济、可靠运行提供了一个全新的视角。     

基于概率图像灰度比对算法的远洋海岛可再生能源机组配置方案优选策略研究

由于远洋海岛无法获得大陆主电网的支持,且其常规机组的燃料补给线超长,传统发电配置方法并不能直接适用于对远洋海岛可再生能源发电机组进行配置和方案优选。对此类远洋海岛而言,储量丰富的可再生能源应作为建设绿色海岛能源供应系统的主要依托。该文基于全清洁化远洋海岛能量供给系统的拓扑特性与基本框架,并计及远洋海岛自然环境和功能定位,分别建立契合海岛可再生能源出力及负荷短时间尺度波动规律的概率模型。在此基础上提出的基于归一化积相关算法(normalized product correlation,NPROD)能有效支撑长时间尺度基础负荷、并能实现海岛能量供给系统出力/电量—负荷最佳匹配的可再生能源机组配置方案优选策略。最后,通过算例仿真验证所提配置方案优选策略的合理性和优越性。     

远洋海岛群可再生能源消纳装置定容研究

远洋海岛所在海域风、光、波浪能等可再生能源资源丰富,周边暗礁、沙洲等无人岛礁密布,浅水礁盘宽阔。若能协调开发岛群资源,实现优势互补,将为远洋海岛发展提供强大助力。着眼远洋海岛未来发展需要,引入区分岛屿功能定位、能量联动、多岛联合发展的创新发展模式,可为远洋海岛发展提供多重物资能量支撑。在资源岛支撑负荷中心岛物资能量需求的模式下,对资源岛利用制淡装置和蓄电池储能装置经济消纳可再生能源进行了容量配置研究,并利用寻优算法得出最优容量配置方案。在总成本最小的情况下可实现充分利用资源岛可再生能源且能较好地满足负荷中心岛物资能量需求。     

面向远洋海岛的多能源礁盘电站布局优化及发电潜力勘探

远洋海岛远离大陆,现有研究考虑利用风、光等可再生能源进行远海海岛的能量供给,但并未考虑远洋海岛土地资源紧张等问题。针对这些问题,文中在充分评估海岛及其周边礁盘区域场景中风/光/波浪能资源状况的基础上,基于无桨叶风机、漂浮式太阳能电池板以及振荡浮子式波能捕集装置,提出了多能源礁盘电站的一体化建设布局方案。在等年值投资成本和布局约束下,以年总发电量最大为目标函数,建立布局优化和发电潜力勘探混合整数规划模型,利用CPLEX对模型算例进行求解,并与不同精确度下穷举法的计算结果进行对比。算例结果表明,所提建设布局方案合理可行,其发电潜力较大,能较为充分地满足对远洋海岛的电力供应,同时尽可能避免了对海岛土地的过多占用。     

远洋海岛群综合能量供给系统

在国家的整体安全战略中,远洋海岛(群)作为维护国家海防和海洋权益的重要支点和平台,具有特殊的地缘战略意义。可靠的能量供给是远洋海岛(群)发展建设的动脉,而目前已有研究大多针对近海海岛,对远洋海岛缺乏相关理论与方法。因此,首先探究了海岛电网研究的现状,分析了其应用于远洋海岛(群)的限制与缺陷;进而提出了充分利用海岛丰富的可再生能源,实现海岛群整体资源的优化配置与可持续发展的远洋海岛群综合能量供给系统,打破了海岛电网孤立发展的格局,将海岛群作为一个整体通过独创性的储电(换电)船舶进行"互联";然后分析了该系统具有的内涵与特征;提出了构建远洋海岛群综合能量供给系统所需的关键技术,并给出了储电船舶设计与运行分析算例,以期为我国远洋海岛(群)的开发与建设提供参考。     

含风光柴蓄的电动汽车充电站容量优化配置方法

多能源互补的复合充电站模式是解决海岛电动汽车充电问题的有效途径之一。根据海岛地区能源结构特点,提出了考虑投资运营成本和可再生能源利用率的功率分配方案。以油机发电功率、蓄电池组电量、风机组功率、光伏机组功率、系统各部分功率平衡为约束条件建立数学模型,选用带精英策略的非支配排序遗传算法NSGA-II对所构建的模型进行求解。结合具体的算例,获得多组帕累托最优解;选取多组典型优化方案,进行功率平衡分析,验证所构建数学模型的有效性,为多能源复合电动汽车充电站的建设及运营管理提供理论依据和技术支持。     

远洋海岛群多态能量流鲁棒调度

远洋海岛群可再生能源十分丰富,为建设高渗透率清洁能源微网提供了可能。然而受限于地理隔离,岛屿间能量难以直接传输。为此,该文提出了基于鲁棒风险的远洋海岛群多态能量流经济调度。首先,针对远洋海岛群源荷时空逆向分布的特性,提出了基于换电船舶(electric vessel,EV)的岛间能量传输构想。在此基础上,量化分析了EV的时空转移特性和储能单元充放电特性,建立了兼具离散与连续特性的多态能量流混合模型。进而,充分考虑日前调度风险,基于信息间距决策理论搭建了远洋海岛群多态能量流鲁棒调度模型,并将原问题分解成不计潮流约束的主问题与潮流可行性检验子问题进行迭代求解。最后,仿真结果验证了所提方法的合理性与可行性。     

考虑储电船舶参与的近海海岛灵活供能网络规划

能源供给是近海海岛开发的先决条件,纯粹的独立微网供能方式往往面临着一定的可靠性问题,而海底电缆高昂的建设及维护成本,较大程度上限制了近海海岛的开发和利用。为此,提出一种考虑储电船舶（electric vessel,EV）参与的近海海岛灵活供能网络规划策略。首先,针对典型近海人居岛和资源岛相对位置及其可再生能源出力特点,提出包含EV能量链路、沟通人居岛、资源岛和大电网并网点的灵活供能网络架构,以充分利用无人岛上的可再生资源以及大电网的稳定支撑能力;进而,量化分析不同场景对EV交通转移的时延特性影响,搭建EV时空转移模型;以规划期内的海岛电网收益最大为目标函数,建立连续-离散能量流混合网络规划模型。此外,提出了一种两阶段求解算法,第一阶段预估EV数量,第二阶段确定规划模型的最优解。仿真结果表明：所提规划方案具有优越性,为海岛负荷供电及可再生能源开发利用提供了一种新的思路。     

独立风/光/储混合微电网多目标电源容量优化配置

海岛和偏远地区远离大电网,但可再生能源丰富,采用含风力、光伏等可再生能源的独立微电网供电是解决其电力紧缺的重要手段。为了充分利用可再生能源及更好地满足海岛和偏远地区电力用户需求,提出独立风/光/储微电网电源容量配置的多目标优化模型,该模型以电源总成本、负荷缺电率、电能浪费率、风/光输出功率波动率4个指标最小为目标函数,并采用具有自适应交叉和变异操作的改进遗传算法进行求解。对某海岛独立微电网,考虑了单峰和多峰2种日负荷特性校验所提出模型和方法的有效性。仿真结果表明:采用该方法可获得多个可行优化方案,便于决策者根据实际规划目标需要进行选择;当负荷缺电率降低时,电源总成本、能量浪费倍率和风/光输出功率波动率均增大;在负荷缺电率相同的情况下,用该方法获得的方案在电能浪费率和风/光输出功率波动率方面均优于HOMER软件配置方案。     

独立海岛终端一体化系统下电动汽车的投放数量规划研究

在综合能源系统与电动汽车技术高速发展的背景下,该文选取独立海岛的能源系统作为典型综合能源系统。针对实际独立海岛能源系统结构,构建以可再生能源发电与补给能源为源端,常规负荷与车辆耗能为终端的一体化系统。以海岛终端一体化系统运行成本最低为目标,考虑系统安全运行约束的同时,结合居民用车习惯的概率模型,模拟居民不同用车心理风险水平下,电动汽车与燃油汽车规划的投放数量。并根据不同规划结果,分析冬季和夏季典型日下系统运行成本与电力平衡情况。结果表明,居民用车心里风险水平对规划电动汽车投放数量以及系统运行成本有很大影响,为电动汽车在独立海岛上推广和发展提供了新的规划思路。     

计及需求响应的海岛微电网群优化运行研究

在海岛可再生能源替代与电动汽车技术大规模应用的背景下,为解决偏远海岛居民的用电需求,提出了计及需求响应的电动汽车接入海岛微电网群的优化方法。首先,根据实际监测数据集对电动汽车充电行为建模,对比多种分布形式的联合评价和指标,得到拟合较好的概率分布函数。其次,选取多个海岛构成低碳化海岛能源系统,在考虑可再生能源渗透率和用户满意度的前提下,建立了以海岛微电网群的经济性和环保效益最优为目标的微电网群优化模型,利用蜘蛛蜂优化(spider wasp optimization, SWO)算法求解。最后,以浙江某海岛群为例进行验证,算例结果表明,所提海岛微电网群优化模型能够在满足可再生能源高渗透率的场景下,有效降低系统成本,更具经济性。     

计及岛群辐射半径与能量波动性的远洋海岛群分割组合多目标优化策略

为了有效提高多海岛集群格局下各海岛资源的合理分配,解决远洋海岛电源布局不合理和供电系统有序分工的优化问题,引入了一种多海岛格局下的海岛集群分割组合策略,将分割组合问题优化为一个同时兼顾能量辐射半径和能量供给平衡度的多目标函数规划模型。在此基础上采用多目标粒子群算法获得相应Pareto最优解集,将所得最佳分割组合方案缩小在可供选择的范围内。仿真结果验证了所提方法的合理性与有效性。     

基于100%绿色能源供电目标的海岛微电网群容量优化配置

针对常规化石燃料机组在解决海岛供能时带来的环境污染问题,该文以100%的可再生能源发电满足海岛负荷需求为目标,探讨基于100%绿色能源供电的海岛微电网群优化配置问题。首先,构建由不同功能类型的微电网组成的海岛微电网群,并制定其100%可再生能源供电的运行规则和相应的协调控制策略;然后,根据蓄电池、抽水蓄能电站的运行特性提出以储能装置运行成本最小化为目标的运行成本动态优化策略,以使总成本最小化;最后,通过NSGA-Ⅱ算法求解不同场景下的容量优化配置模型,并分析可再生能源发电和负荷波动的不确定性对优化配置结果的影响。算例结果表明,所提的海岛微电网群优化配置模型能够在满足经济可靠性的要求下,实现100%绿色能源供电的目标,为发展"生态友好型"海岛微电网提供工程参考。     

基于储电船舶的远洋海岛群多能流优化调度

远洋海岛群可再生能源丰富,就地开发条件得天独厚,然而岛屿间存在天然的地理隔离,导致能量供需结构呈现时空逆向分布的格局。该文提出一种基于储电船舶(electric vessel,EV)的多能流模型,并将其应用于远洋海岛群能量经济调度中。首先,针对海岛群各岛屿差异化资源禀赋和空间隔离的特性,介绍基于EV的岛际能量传输通道的可行性。进而,量化分析单体EV的时空转移特性和微网子系统能量的时空分布规律,建立考虑二者交互作用关系的多能流混合模型。在此基础上,以系统运行总成本为目标,依托系统统一平台对多能流进行经济调度。通过精细化分析模型中大规模非线性、时空高度耦合的约束条件,提出基于两阶段分解的主、子问题迭代的求解方法。仿真结果表明,采用两阶段分解法能够高效、准确求解多能流模型,验证了远洋海岛群能量经济调度的合理性与可行性。     

考虑可再生能源供电的油改电汽车充电站调控能力评估

随着可再生能源的大规模接入和电动汽车充换电设施的推广,电动汽车充电可以作为移动储能发挥调控能力,促进光伏、风电等间歇性可再生能源的消纳,实现城镇能源清洁化改造。在交通运输油改电背景下,以汽车加油站和停车场的运行特性分析为基础,提出加油站与充电站映射关系模型以及充电负荷可调节能力的计算方法,并提出充电站调控策略。通过在线提取停车场和加油站数据,基于排队论和隶属度函数确定EV充电关键参数,构建充电站配置与运行综合优化模型。采用二阶段混合优化算法对区域配电网中油改电充电负荷进行算例分析,验证所提出算法评估和利用充电站调控能力的效果,以及可再生能源与EV充电站的协同增效利用。     

资源富集岛蓄–氢–冷联合可再生能源消纳系统设计及调度策略研究

远洋海岛的和平开发与利用在我国的海洋战略中占有极其重要的地位。对于远洋海岛中需要通过船运对负荷中心岛进行能量支援的资源富集岛而言,其离岸可再生能源消纳设备(renewable energy absorption facility,REAF)的高效运行至关重要。针对此问题,该文设计兼顾蓄–氢–冷多能源形式的制氢装置,有效提升了REAF系统能源吸收效率;同时,基于快速决策树剪枝算法及强化学习式蒙特卡洛算法设计包含蓄–氢–冷的REAF系统的综合调度策略。仿真算例表明,该文提出的决策树快速剪枝算法及改进强化学习式蒙特卡洛算法能够有效提升REAF系统调度策略的能源消纳能力。最后探讨进一步提升基于这2种算法的REAF系统调度策略性能的路径。     

世界首座可再生独立能源电站落户珠海

据悉,世界首座综合利用太阳能、风能、波浪能的海岛可再生独立能源电站将落户珠海担杆岛。中国科学院广州能源所就所承担的国家“十一五”“863”计划导向性专题——“海岛可再生独立能源系统研建”项目已与珠海市万山海洋开发区签约。据介绍,该项目的目标是建成世界上首座集太     

孤立发电系统参与电力市场的模式探讨

独立海岛群中可再生能源资源的最大化开发利用对远洋海岛的可持续发展至关重要。合理的开发模式应为政府搭建电力基础设施,构建合理的市场架构,吸引多元化主体投资建设运营。为此,构建了包含售电方、购电方及独立系统运营机构的独立海岛电力市场运营架构,并考虑到岛群内相当一部分海岛不具备与负荷中心岛敷设电缆(无线资源富集岛)的现实困难,提出一种多功能船舶运营商与无线资源富集岛合作的孤立发电系统参与电力市场的模式。基于上述架构和模式建立了相应的双层决策模型、日前市场统一出清模型。以我国南海南沙的岛屿群为背景,算例仿真结果表明,所提运营模式可以在保证社会效益最大化的同时提高资源富集岛发电主体收益,验证了孤立发电系统参与电力市场的可行性。     

基于可再生能源接入海岛直流微电网的探讨

海岛具有丰富的可再生能源,其开发和利用可给海岛带来多方面的益处。海岛微电网系统能有效地解决海岛能源缺乏、实现分布式能源可靠接入大电网、实现可再生能源的规模化利用以及更好地利用海岛的能源优势。首先介绍大容量并网型海岛和偏远孤立海岛的微电网组网方式,然后依据系统控制的复杂程度、运行稳定性等因素进行对比分析,得出分布式发电直流微电网系统更有优势的论断,最后设计了海岛直流微电网分层控制方案和保护方案。海岛直流微电网系统具有极高的商业推广价值。     

考虑车辆充电调度机制的电动公交车充电站规划

针对电动公交车充电站的最佳充电容量难以确定及其充电效率低的问题,提出了一种在站址既定情况下考虑车辆充电调度机制的电动公交车充电站优化规划方法。首先,根据电动公交车的发车状态模拟电动公交车日常运行中的电能消耗,生成电动公交车的总运行负荷时序曲线;然后,基于生成的运行负荷时序曲线,构建充电需求度指标,制定电动公交车的充电调度机制;最后,在满足电动公交车充电需求的同时兼顾充电站精细化规划的要求,建立以充电能力最强、投资运行成本最小、光伏能源综合利用指标最大为优化目标的充电站多目标优化规划模型,并采用小生境多目标粒子群优化算法对该模型进行求解,以确定电动公交车充电站的充电桩数量以及光伏发电系统和配电变压器的容量。工程实例分析结果验证了所提方法的正确性和有效性。