混合市场环境下计及电转气的园区燃气机组调峰优化模型

清洁能源消纳是当前我国电力市场改革加速推进的一项重要目标。在此背景下,文章构建了混合市场环境下计及电转气(power-to-gas,P2G)的园区燃气机组调峰优化模型。首先,设计了风光机组、燃气机组、电转气和储气罐参与的园区电力系统运行结构;其次,计及绿证交易市场和调峰辅助服务市场机制,分别构建了园区发电机组绿证交易模型和调峰补偿模型;然后,以清洁能源消纳最大化、燃气调峰意愿最大化、CO₂排放最小化和系统净收益最大化为目标,构建了清洁能源驱动下含P2G设备的园区供电系统经济调度数学模型;最后,采用混沌粒子群算法对模型求解。结果表明,此模型兼顾了P2G设备以及调峰补偿机制的园区电力系统,清洁能源消纳率提升了6.69%,CO₂排放量减少了14.66 t;燃气机组积极参与了调峰,系统净收益最高提升了18.706万元,验证了所提模型的有效性,并体现了求解算法较好的收敛效果。     

电-气互联综合能源系统多时段暂态能量流仿真

考虑到气网的慢动态特性,研究了电-气互联综合能源系统的多时段暂态能量流仿真,其中电网采用稳态潮流模型,气网采用暂态能量流模型。运用隐式有限差分法将天然气系统暂态能量流方程转化为非线性代数方程组,然后用牛顿法求解以非线性代数方程组描述的综合能源系统的多时段暂态能量流方程。同时,计及了电力系统与天然气系统2个层面的耦合,即燃气轮机与电转气(P2G)技术。最后,基于修改的IEEE 24节点电力系统和比利时20节点天然气系统,计算其多时段暂态能量流。仿真结果表明,在短时间尺度研究中,天然气系统的稳态模型与暂态模型的计算结果存在显著差异。除此之外,还定量评估了P2G对风电消纳的积极影响。     

电转气设备与燃气机组的联合竞价策略

电转气(P2G)设备和燃气机组作为联系电力系统与天然气系统的能源转换单元,是未来多能源互联系统的重要枢纽。在竞争性能源市场环境下,P2G设备和燃气机组如何构造竞价策略是相关各方关注的重要问题。对于P2G设备和燃气机组而言,在构造其参与竞争性电力市场和天然气市场的竞价策略时,这两个市场的出清价格未知,可以采用概率分布或其他方法进行模拟。在此背景下,发展了基于场景分析的P2G设备和燃气机组的最优竞价策略模型。首先,采用拉丁超立方抽样生成含概率信息的场景集合,用于处理采用概率分布模拟的市场出清价格,并对场景进行消减。之后,以收益最大化为目标,分别构建了P2G设备同时参与日前能量市场和调频市场的单独竞价模型及其与燃气机组的联合竞价模型,确定次日各交易时段的竞价策略。然后,针对具体的市场出清结果,采用夏普利值法对P2G设备与燃气机组的收益进行合理分配。最后,用算例对所构建的模型和采用的求解方法加以说明,并分析了P2G设备和燃气机组竞价策略的特征。     

Optimal operation of integrated energy system including power thermal and gas subsystems

As a form of hybrid multi-energy systems, the integrated energy system contains different forms of energy such as power, thermal, and gas which meet the load of various energy forms. Focusing mainly on model building and optimal operation of the integrated energy system, in this paper, the dist-flow method is applied to quickly calculate the power flow and the gas system model is built by the analogy of the power system model. In addition, the piecewise linearization method is applied to solve the quadratic Weymouth gas flow equation, and the alternating direction method of multipliers (ADMM) method is applied to narrow the optimal results of each subsystem at the coupling point. The entire system reaches its optimal operation through multiple iterations. The power-thermal-gas integrated energy system used in the case study includes an IEEE-33 bus power system, a Belgian 20 node natural gas system, and a six node thermal system. Simulation-based calculations and comparison of the results under different scenarios prove that the power-thermal-gas integrated energy system enhances the flexibility and stability of the system as well as reducing system operating costs to some extent.     

CO2甲烷化研究进展

CO_2是造成温室效应的主要气体,作为碳基能源使用的末端形态,CO_2也是种重要的基础碳源。因此,将CO_2转化为能源产品可以快速实现碳的循环,对环境与能源领域意义重大。介绍了CO_2的排放、回收以及资源化利用现状,从催化剂体系、反应机理、合成工艺以及工业化现状等方面系统地介绍了CO_2甲烷化的发展。针对H2供给对CO_2甲烷化应用的限制,分析了电解水制氢再与CO_2进行甲烷化反应的电制气(Pt G)技术的发展现状、工艺路线及其经济性,讨论了该技术在我国应用的可行性。提出随着CO_2捕集与新能源相关技术的发展,Pt G技术会更加成熟,将有望成为未来CO_2资源化利用的重要形式。     

考虑电转气设备和风电场协同扩建的气电互联综合能源系统规划

随着电转气技术的发展和燃气机组占比的日益提高,电力、天然气系统间的耦合程度逐渐加深。在此背景下,对气电互联综合能源系统扩建规划时,考虑投建发电机组、输电线路、天然气气井、输气管道、风电场、电转气设备,并探究电转气设备和风电场协同扩建对系统扩建方案、风电消纳和经济性的影响。在计及电力、天然气系统相关运行约束的前提下,建立以系统投资运行总成本之和最小为目标的气电互联综合能源系统长期协调规划扩建模型;通过分段线性法将该模型转化为混合整数规划模型进行求解;通过IEEE 24节点的电力系统和12节点的天然气系统组成的算例系统验证所提模型的有效性,结果表明合理的电转气设备和风电场协同投建可以减少输电线路阻塞和输电线路的过度投建,提高系统经济性和运行安全性。     

计及电转气热回收的综合能源系统蓄热罐容量规划与运行策略

针对电转气的强放热反应特性未得到充分重视和仅配置储热来增大风电消纳空间的方法存在局限的现状,在分析和考虑电转气热回收价值的基础上,建立兼顾规划经济性和弃风率的综合能源系统蓄热罐容量多目标优化模型,并使用法线边界交叉(NBI)法提供可行的求解Pareto前沿的方案。通过对比在不同电转气运行成本与不同放热效率情形下的系统规划与运行策略,分析接入电转气且考虑其热回收对配置储热的综合能源系统规划与运行的影响。基于典型算例研究,结果表明在电转气与储热装置的协同消纳弃风方式下,随着电转气放热效率提高与运行成本降低,电转气的弃风消纳能力将提高,其供热、气效益将提高,系统运行成本将降低,同时储热装置供热任务得以减轻,进而影响储热装置的规划策略。     

考虑P2G及多能融通的分布式能源网络优化调度

研究分布式能源网络(Distributed Energy Network, DEN)是解决传统分布式能源系统(Distributed Energy System, DES)动态供应错位问题的迫切需求。电转气(Power-to-Gas, P2G)技术及多能源融通在促进DEN发挥最大价值的同时,使其协调控制变得更加复杂。基于此,文章研究考虑P2G及电热气融通的DEN调度问题。以DEN运行成本最小建立数学模型,并在目标函数中考虑弃风、弃光成本,采用一种改进粒子群算法进行求解。结果分析表明,模型可通过优化能源供给方式,以最小运行成本满足不同用户的动态能源诉求;引入P2G实现富余电能的大范围时空平移,带来一定环保效益;构建多能融通网络,能够协调不同用户供需之间的差异性;考虑P2G及多能融通的DEN调度更为灵活、精准,综合性能优异。文章研究为未来DEN建设提供一定参考。     

Techno-economic feasibility of power to gas–oxy-fuel boiler hybrid system under uncertainty

One of the main challenges associated with utilisation of the renewable energy is the need for energy storage to handle its intermittent nature. Power-to-Gas (PtG) represents a promising option to foster the conversion of renewable electricity into energy carriers that may attend electrical, thermal, or mechanical needs on-demand. This work aimed to incorporate a stochastic approach (Artificial Neural Network combined with Monte Carlo simulations) into the thermodynamic and economic analysis of the PtG process hybridized with an oxy-fuel boiler (modelled in Aspen Plus^®). Such approach generated probability density curves for the key techno-economic performance indicators of the PtG process. Results showed that the mean utilisation of electricity from RES, accounting for the chemical energy in SNG and heat from methanators, reached 62.6%. Besides, the probability that the discounted cash flow is positive was estimated to be only 13.4%, under the set of conditions considered in the work. This work also showed that in order to make the mean net present value positive, subsidies of 68 €/MW_elh are required (with respect to the electricity consumed by PtG process from RES). This figure is similar to the financial aids received by other technologies in the current economic environment.     

具有电转气功能的多能源系统的市场均衡分析

电转气技术(P2G)的出现让电力系统和天然气系统间的能量双向流动成为可能,促进了气—电网络的深度融合,也为解决间歇性可再生能源发电出力的波动性问题提供了新途径;P2G技术使天然气和电能间具有相互可替代性,使多能源市场的联系更加紧密,是未来多能源系统的重要支持技术。在此背景下,针对包括P2G的多能源系统的市场均衡问题,首先采用近年来发展起来的能源中心建模方法对集成了P2G设备、储气装置、燃气机组等多种能源转换装置的多能源系统进行建模。之后,在博弈论的框架下,研究了各个能源中心同时参与多个能源市场时的市场均衡问题,建立了确定市场均衡点的优化模型,并适于采用并行算法求解。最后,采用一个4节点能源中心测试系统和澳大利亚维多利亚州气电联合系统为例对所提出的模型与方法进行了仿真验证。