综合能源系统中的综合需求响应研究

需求响应是刺激需求侧资源参与调度的关键措施.综合能源系统可集成多种形式的能源,为需求响应带来了新的发展.文章研究了综合能源系统中的综合需求响应项目,介绍了综合需求响应的基本概念和推广价值,并以典型电力-天然气耦合的能量系统为例,分析了综合需求响应的工作原理.然后阐述了欧洲、美国、中国的典型综合需求响应的工程项目概况.最后,提出了目前综合需求响应项目发展的一些建议,以期为今后的研究和工程实践提供参考。     

面向含氢综合能源系统的电-碳-氢耦合交易市场研究综述

在我国“双碳”目标愿景下,电-碳-氢耦合交易市场正通过市场机制优化能源配置,加速能源转型,但含氢综合能源系统的兴盛给多能耦合交易市场的发展带来了新的挑战。介绍了含氢综合能源系统的基本结构,并在电-碳、电-氢交易市场研究的基础上分析了电-碳-氢耦合交易机制,深入探究了面向含氢综合能源系统的电-碳-氢耦合交易市场机制。分别从市场的交易标的物、交易对象、交易价格角度进行了阐述,并归纳分析了目前实现市场均衡的能源定价策略与市场出清机制。最后总结了电-碳-氢交易市场与含氢综合能源系统发展面临的挑战,并对后续的研究方向进行了展望。     

基于需供互动的综合能源系统优化调度研究

基于综合能源系统的多种能源形式、多时间尺度工况的特点,研究能源管理优化调度是实现能源系统中供需互动,达到供需平衡的必要前提。首先阐述了综合能源系统各环节、各层次的结构和调度过程的交互机理,尤其是需—供两个环节的交互。提出了优化调度的逻辑机制,并选取一种长时间尺度的调度层次对综合能源系统进行优化调度建模。在此基础上,对系统运行进行约束条件分析,并选取经济性最优作为目标函数,采用混合整数线性规划方法对算例进行仿真求解。通过对某一典型日负荷条件下的仿真计算,考虑柔性负荷和分时电价等因边界条件,基于"需—供"互动对综合能源系统进行优化调度。最后对2种调度策略条件下综合能源系统的需供和成本分析,验证了系统经过优化调度后,可通过负荷削减、转移和有效分配,降低能耗,实现经济环保运行。     

数据中心综合能源系统优化运行研究综述

作为数字基础设施的重要载体,数据中心的数量和规模不断增长,导致系统能源消耗与日俱增,运行成本成倍上升。而综合能源系统(integrated energy system, IES)是以电力系统为核心,涵盖供电/气/冷/热等能源产供销一体化的复杂系统,其优化运行可实现对多种能源的综合管理和经济调度,采用IES替代数据中心的供能系统将是降低数据中心运行成本的有效方案。目前对IES的典型架构尚未明确定义,对基于数据中心的IES优化运行问题鲜有研究。首先介绍了IES以及基于数据中心的IES典型物理框架;其次分析了系统中耦合型运行设备的物理模型和能源集线器(energy hub, EH)及其扩展模型在系统中的应用;在此基础上,总结和梳理了国内外IES及基于数据中心的IES的优化运行现状,并提出了基于数据中心的多能源输入-多能源耦合-多能源输出的运行方式;最后,对基于数据中心的IES中能源不确定性及负荷预测、能源动态建模、优化调度策略及效益评价等重点发展方向和潜在的可研究内容进行了展望,以期为未来相关的项目落地、仿真研发等提供参考和借鉴。     

数据中心综合能源系统优化运行研究综述

作为数字基础设施的重要载体,数据中心的数量和规模不断增长,导致系统能源消耗与日俱增,运行成本成倍上升。而综合能源系统(integrated energy system, IES)是以电力系统为核心,涵盖供电/气/冷/热等能源产供销一体化的复杂系统,其优化运行可实现对多种能源的综合管理和经济调度,采用IES替代数据中心的供能系统将是降低数据中心运行成本的有效方案。目前对IES的典型架构尚未明确定义,对基于数据中心的IES优化运行问题鲜有研究。首先介绍了IES以及基于数据中心的IES典型物理框架;其次分析了系统中耦合型运行设备的物理模型和能源集线器(energy hub, EH)及其扩展模型在系统中的应用;在此基础上,总结和梳理了国内外IES及基于数据中心的IES的优化运行现状,并提出了基于数据中心的多能源输入-多能源耦合-多能源输出的运行方式;最后,对基于数据中心的IES中能源不确定性及负荷预测、能源动态建模、优化调度策略及效益评价等重点发展方向和潜在的可研究内容进行了展望,以期为未来相关的项目落地、仿真研发等提供参考和借鉴。     

含多个能源站的区域综合能源系统建模及协同优化运行策略

区域综合能源系统通过统一调度不同能源设备,协调优化电、气、冷、热多种能源系统来提高区域供能的经济性和环保性。但是多种能源的耦合提高了系统运行的复杂性,因此需要有效的优化方法来保证其运行经济性。通过分析多能源站区域综合能源系统结构,构建了区域综合能源系统模型。在此基础上,提出了一种以系统运行经济性为目标、包含多个能源站的区域综合能源系统协同优化调度方法。案例仿真结果显示,多能源站协同优化运行可以大幅提高区域综合能源系统运行的经济性。     

基于离散混合自动机的园区综合能源系统多模式建模与日前优化EI北大核心CSCD

综合能源园区是推进能源系统低碳发展的关键应用场景。针对电、气、冷、热耦合的综合能源园区,给出一种供需互动的园区综合能源系统日前优化方法。基于离散混合自动机(discrete hybrid automaton,DHA)架构,搭建考虑多种运行模式的综合能源系统设备级模型与系统级模型;通过搭建用户空调负荷预测模型,给出基于调节价格的园区需求侧负荷响应机制;通过搭建供需互动的园区综合能源系统双层优化模型,计算在低成本模式与低碳模式下的园区综合能源系统日前优化结果。算例仿真验证了所提建模方法在描述设备运行模式的优势,计算园区供需互动带来的经济效益,并评估园区在低碳运行模式下的减排能力。最后,讨论通过清洁机组与储能设备的升级改造实现零碳园区的可行性,以及在设计规划阶段需要考虑的评估指标。     

耦合风光储及热泵的CCHP系统集成优化与运行特性研究

为提高可再生能源的有效利用和冷热电联供系统的综合性能，在天然气冷热电联供系统中引入光伏电池、风力发电、地源热泵和储能单元，构建一种耦合可再生能源的天然气冷热电联供（wind-solar-storage and heat pump,combined cooling,heating and power,WSSH-CCHP）系统，利用层次分析法（analytic hierarchy process,AHP）建立考虑能效、经济及环境性能的综合评价指标，采用混合整数线性规划（mixed integer linear programming,MILP）算法，对该系统进行设备选型、容量配置及运行策略协同优化，以分供系统（separate production,SP）为参照系统，以济南市某能源中心为例，分析该系统集成优化效果及其运行特性。研究结果表明，该系统的综合指标优化结果相比SP系统提高37.8%，具有较好的综合性能，为耦合风光储及热泵天然气CCHP系统的发展及其集成优化与运行特性研究提供了参考。     

垃圾能源利用与城市多能源系统协同优化模型

随着城市级多能源系统的快速发展和城市垃圾处理设施供能规模的不断扩大,考虑垃圾处理过程的多种能源供能协调优化,并将其与城市多能源系统协同优化进行综合考虑,是提高城市垃圾处理能力和资源化利用水平及综合能源利用效率的重要途径之一.该文将垃圾处理系统等效为一个以垃圾为输入的供能系统,建立城市垃圾能源化利用供能系统(WRESS)、城市多能源系统和城市多源储能系统三者协同优化模型.首先,研究一定时间尺度内可用于供能的城市垃圾产量、最大允许堆存量与其对应的供能种类和供能特性之间的关系,建立垃圾能源化利用供能优化模型;其次,针对垃圾能源化利用可调节特性与多能源系统、多能源储能系统自身协调能力间关系,建立以运行和调节成本最小为目标的城市垃圾能源化利用与多能源系统协同优化模型;最后,以中国某城市实际垃圾处理与多能源运行数据为基础,通过三个场景仿真验证所提模型的有效性.仿真结果表明,该模型在提高城市垃圾处理能力的同时,能够有效降低多能源系统运行成本,并提升系统调节能力.     

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。     

基于区域互联的能源零售市场双边竞价出清策略

随着综合能源系统与多能源市场的发展,通过市场交易实现能源优化分配已成为研究热点.当前区域间能源互联成为趋势,多区域的能源传输与交易得以实现.以分布式能源站及多能用户为市场参与主体进行研究,首先研究互联分布式能源站的运行原理与连接方式,并建立机理模型,引入用户竞价策略,构建互联区域能源零售市场框架.其次,对比独立或互联区...     

考虑热能动态平衡的含氢储能的综合能源系统热电优化

在综合能源系统中,电力系统和热力系统通过热电联产机组、电锅炉等装置耦合,对系统内电能和热能进行协调管理,可提高系统的运行灵活性,为系统消纳可再生能源提供新途径。为此,提出了一种考虑热能动态平衡的含氢储能的综合能源系统热电优化模型。首先,建立氢能系统模型,对系统内电解槽、氢燃料电池等设备进行精细化建模,挖掘氢能的利用潜力,提高了系统的运行经济性。然后,基于用户对室温要求的模糊性,引入热功率松弛项使热能保持动态平衡,提高了系统设备出力的灵活性。最后,以综合能源系统运行成本最低为目标函数,以能量平衡、网络安全为约束条件,建立综合能源系统热电优化模型。仿真结果表明,所提模型可在满足用户用能需要的同时降低系统的运行成本,提高风电消纳水平。     

能源互联网背景下的电力储能技术展望

基于能源互联网的特征,给出了广义电力储能的定义,提出了储能在能源互联网中的2种应用模式。对电化学储能、电动汽车、储热、储氢等将在能源互联网中发挥重要作用的储能技术现状进行了分析,并对储能在能源互联网中的关键应用技术进行了探讨。指出了新能源发电和储能的协调规划和调度技术、基于储能的能源路径和能源分配策略、储能与能量转换装置的集成设计和协调配置、考虑储能的能源交易机制是储能在能源互联网应用中的几项关键技术。     

考虑综合需求响应与“双碳”机制的综合能源系统优化运行

针对我国经济社会发展所面临的高耗能、高污染问题,综合能源系统(integrated energy system, IES)为解决能源效率和环境污染等问题提供了新的途径。同时,灵活协调系统内各设备出力是实现系统低碳经济运行的关键前提。为进一步挖掘IES在经济运行与低碳环保方面的调度潜力,提出一种IES低碳经济调度模型。首先,建立一个包含光伏、风电、燃气机组、多种储能、碳捕集与电转气等设备的IES模型,并结合电、气、热负荷能源转换间耦合关系与柔性特征,构建综合需求响应模型。其次,考虑IES加入碳交易市场,引入阶梯式碳交易成本模型,对系统碳排放量进行制约。最后,以包含购能成本、碳排放相关成本以及需求响应补偿成本的系统综合运行成本最低为优化目标,采用CPLEX软件对模型求解。采用CPLEX软件对多种运行场景仿真求解,结果表明：所提出模型可有效降低系统运行成本与碳污染排放量。     

碳交易在综合能源系统规划与运行中的应用及展望

由于化石能源的大规模消耗和随之而来的碳排放,能源与环境问题在世界范围内日益突出.引入碳交易和发展综合能源系统成为实现能源行业低碳化和可持续发展的重要手段,两者如何结合促进应予以重点关注.文中聚焦碳交易在综合能源系统中的应用问题,总结了碳交易关键要素和碳市场发展状况,分析了碳交易对综合能源系统规划与运行的影响过程,全面梳理了考虑碳交易的综合能源系统规划与运行模型的组成要素和研究现状,从影响机理、交易机制和应用模式三个方面对碳交易与区域综合能源系统的协同发展进行了探讨和总结.     

基于模型预测控制的能源产消者端对端交易策略

新能源政策市场化无补贴发展背景下,为保障分布式光伏资源的消纳,须探索有效的市场机制,发挥用户调动灵活性资源的主动性。端对端(Peer-to-Peer, P2P)能源交易作为本地电力消费者和生产者间直接能源交易模式,有利于局部区域功率平衡。采用连续双向拍卖市场机制,提出基于模型预测控制的P2P市场交易策略。针对储能参与后的产消者电量投标决策问题,利用模型预测控制滚动优化储能的充放电功率,指导市场主体的电量投标。在此基础上,将具有学习能力的增强零信息策略作为报价方法,实现各主体的自主决策。辽西某区域电网算例结果表明：所提方法能够有效调动市场主体的积极性,指导其投标行为,进一步增加个体收益,提高配网接纳分布式光伏的能力。     

基于碳交易机制的电—气互联综合能源系统低碳经济运行

燃气轮机等发电技术为低碳电力提供了一条有效途径,"能源互联网"的提出也使得天然气网络与电力网络的联系更加紧密。文中提出了一种电—气互联综合能源系统的联合经济运行模型,并引入碳交易机制,以综合能源系统发电能源成本与碳交易成本之和最小为目标函数,综合考虑了天然气网络和电力网络的安全约束。采用修改的IEEE 30节点电力网络与比利时20节点天然气网络进行算例分析,通过燃气轮机建立两个网络之间的耦合,分析比较了基于碳交易机制的电—气互联综合能源系统和单纯火电机组电力系统低碳经济模型下的运行状态,验证了所提出模型的有效性。最后,分析了碳交易价格、天然气价格及天然气网络约束对系统运行的影响。     

考虑不确定性因素的综合能源系统协同规划研究

为提高新能源高比例接入的综合能源系统能源配置效率,对新能源不确定性建模和综合能源系统协同规划进行了深入研究。首先描述了风电出力和电动汽车充电负荷的不确定模型。然后提出一种基于随机模型的最大熵方法对风电出力和电动汽车充电负荷的边缘概率分布进行建模,并采用主成分分析方法提取典型运行场景集;考虑园区内供冷期、供暖期和过渡期三个场景建立综合能源系统协同规划模型,并使用YALMIP工具求解。仿真算例结果表明,所述方法能够在考虑不确定性因素的基础上得到经济效益更高的协同规划方案,有效提高综合能源系统的经济性和灵活性。     

考虑季节性氢储及期货式碳交易的综合能源系统年度规划研究

随着新能源渗透率不断提高,季节性供需波动成为新型综合能源系统在中长期规划内需要解决的重要问题。首先提出了考虑碳流及氢能的多能耦合综合能源系统框架,选择燃氢轮机取代燃料电池作为氢-电耦合方式,研究了氢气作为季节性储能的制-储-用过程;其次,为了控制系统年度碳排量,提出了适应系统年度规划的期货式碳交易机制,建立了以系统改造升级成本、运行成本、碳成本以及惩罚成本综合目标最优的综合能源系统年度规划模型,利用改进差分进化算法对模型进行求解;最后通过具体算例,证明了季节性氢储可有效平抑净负荷曲线的季节性峰谷差,期货式碳交易机制在控制系统年度碳排量不超标的基础上,降低了系统碳交易成本,为未来新型综合能源系统年度规划提供参考。     

面向能源互联网的微平衡调度交易设计

能源互联网旨在突破化石能源的制约,整合多种能源综合互补,探索能源生产与消费的发展模式。文中将电能作为能源系统的主要能量支撑,首先在系统协调分解与帕累托最优的经济学基础上,表征了能源互联网微平衡遵循的经济学理论;进而对比了传统集中调度机制,阐释了能源互联网的微平衡调度机制,并对微平衡交易主体、交易模式、交易机制进行了分析;最后建立了能源互联网交易激励分摊机制,协调能源互联网的调度交易计划与区域各方利益关系。