分布式小型有机朗肯循环运行特性实验

针对分布式能源系统中可利用热源的温度和流量频繁波动的特点,测试了kW级有机朗肯循环原型机组在110~150 ℃波动热源下的运行性能和以工质流量与膨胀机转速为控制变量的多工况运行能力。结果表明,通过调节工质流量可以在相对平稳的热效率下实现对机组输出功率的有效控制。机组输出功率随热源温度变化剧烈,但随热源流量变化规律不一:小工质流量下,换热面积冗余较多,热源流量的变化对机组性能的影响可以忽略;随着工质流量的提高,热源流量的影响逐渐凸显,表现为机组性能随工质流量下降而明显降低。机组在热源温度150 ℃下获得最大输出功约4 kW,最大热效率6.0%。     

有机朗肯循环系统中蒸发器的热经济性分析

为探究有机朗肯循环(organic Rankine cycle,ORC)系统中蒸发器的结构参数、运行参数等对系统回收余热经济性的影响,从火用回收角度,结合能源经济学,考虑设备初投资、资金的时间价值以及蒸发器全寿命周期内发生的费用,建立了以年净收益为指标的蒸发器热经济性评价模型;并基于该模型进行了算例计算和分析。研究发现,在ORC系统净回收火用量为正值的情况下,投资ORC余热回收项目的年净收益仍有可能为负值,表明单以净回收火用量为指标评价蒸发器性能的方法是不够准确的。ORC系统中存在某一最佳工况,使得系统运行的年净收益最大;当蒸发器换热面积为28 m2、有机工质流量为0.06 kg/s、余热烟气与有机工质质量流量比为7.8∶1时,系统获得最大年净收益约为14 650 元/年。当系统运行参数偏离最佳工况时,将导致投资余热回收项目的年净收益大大降低甚至出现亏损。     

基于交替方向乘子法的主动配电网分布式多目标优化调度

主动配电网优化调度是实现主动配电网中各类分布式能源协调、高效利用的有效手段。随着分布式能源渗透率的逐渐提高,传统的集中式优化调度面临计算复杂、通信量大、目标单一等问题,基于此,提出了一种基于交替方向乘子法(alternating direction method of multipliers,ADMM)的主动配电网分布式多目标优化调度方法。建立了计及分布式电源、柔性负荷、储能装置等的多区域、多目标优化调度模型,采用ADMM进行相邻分区间的交替迭代并行计算,降低了计算复杂度,并且各分区可根据利益主体的不同实际情况与重点需求,科学、独立地确定不同的优化目标,与目前普遍采用的统一设定各分区相同优化目标的调度方法相比,大大提高了灵活性;同时,相邻分区间只需交互少量信息,使通信量大幅减小。最后通过对算例的分析验证了所提方法的可行性与高效性。     

基于余热利用的有机朗肯循环系统的设计与研究

基于能量梯级利用的原则,利用微型燃气轮机排出的高温烟气,构建了一套有机朗肯循环(ORC)余热发电系统,并对其进行了研究。建立了ORC余热发电系统数学模型,选择R134a作为工质,选择螺杆式膨胀机作为动力机,并对ORC余热发电系统的性能进行了研究,指出在设计工况下ORC余热发电系统的输出功率为20.40kW,效率为12.65%。该发电系统不仅能够回收低品位热源,而且也实现了污染物的零排放,具有广泛的应用前景。     

低温地热水有机朗肯循环发电工质的优化

有机朗肯循环(organic rankine cycle,ORC)是利用地热发电的重要途径之一,而有机工质的物性是影响ORC发电效率的主要因素。针对地热水的特点,筛选了R134a、R245fa等6种有机工质,并对每种工质的余热发电系统进行计算。从系统的热效率、不可逆损失、压力水平及环保性等方面综合分析,得出R245fa是低温地热水ORC发电系统比较适合的有机工质。     

面向区域综合能源系统的分布式优化调度方法

为保障区域综合能源系统(integrated community energy system, ICES)中多元能源主体的信息安全与涉密隐私,满足终端用户电/热等多维度用能需求,提出了一种面向ICES的分布式优化调度方法。首先,分别对ICES中配电系统、配气系统及耦合系统进行建模,并采用合适的数学方法对模型进行线性化处理;其次,以系统运行成本最小化为目标,通过引入共识变量实现对ICES优化调度问题解耦,并给出适用于ICES多元能源主体接入的分布式优化调度算法;最后,采用一个典型的ICES算例对所提方法进行验证。结果表明,基于文章所提方法得到的优化调度方案与采用集中式优化调度方法所得方案一致,能够在满足不同能源系统的运行约束,实现ICES经济最优运行的同时,保障ICES中多元能源主体的信息安全与涉密隐私。     

低温地热水有机朗肯循环发电工质的优化

有机朗肯循环(organic rankine cycle,ORC)是利用地热发电的重要途径之一,而有机工质的物性是影响ORC发电效率的主要因素。针对地热水的特点,筛选了R134a、R245fa等6种有机工质,并对每种工质的余热发电系统进行计算。从系统的热效率、不可逆损失、压力水平及环保性等方面综合分析,得出R245fa是低温地热水ORC发电系统比较适合的有机工质。     

基于NSGA-Ⅱ算法的变温度热源有机朗肯循环系统性能分析及工质选择

针对120～150℃烟气余热,建立亚临界有机朗肯循环系统的数学模型。首先以R245fa为例,在不同热源温度下对系统进行了热力性能和经济性能分析;其次选取6种纯工质,基于NSGA-Ⅱ算法对系统进行了多目标优化研究;最后通过TOPSIS法和灰色关联分析对不同热源温度下的系统进行了工质选择和性能分析。结果表明：在研究温度范围内,过热度和蒸发器夹点温差的升高均不利于提升系统性能;不同热源温度下的最佳工质不同,热源温度为120℃时,R601的热力性能最优,R245fa的经济性最优,R1233zd的综合性能最优;热源温度的升高有利于提升系统的经济性能,各工质的最佳蒸发温度随着热源温度的升高而升高。灰色关联分析表明,6种工质的综合性能均随着热源温度升高有所提升。     

基于ADMM算法的多主体综合能源系统分布式协同优化研究

针对多园区综合能源系统的分布式调度问题,本文构造了多园区综合能源系统的多主体架构,提出了一种分布式经济调度的基本框架,建立了多决策主体的集中式优化调度模型;利用交替方向乘子法(Alternating Direction Method of Multipliers,ADMM),引入功率协调变量解耦园区间互济功率,将集中式优化调度转换为具有一致性的各园区分散自治子优化问题,构建了基于ADMM分布式调度模型与算法,实现了与集中式优化调度几乎一致的优化结果,同时克服了集中式方法信息隐私安全性低、通信成本高、建模复杂、求解难度大等缺陷。最后,分别以简单和复杂的多园区综合能源系统为算例,验证了ADMM算法的计算性能及其相较于集中式方法的特点和优势。     

地热源非共沸工质有机朗肯循环发电性能分析

建立有机朗肯循环热力学模型和蒸发器传热模型;基于工质的实验经验状态方程,利用REFPROP 8.0软件获得非共沸工质物性;以获得最佳的凝汽器温度匹配为原则选择工质。采用种温度的地热能,在给定的蒸发器和凝汽器夹点温差下,分析了采用组分比例为0.64：0.36的R600a/R601非共沸工质的有机朗肯循环发电系统的特性,并与R601纯工质发电循环进行了比较。结果表明：以对外输出功为目标函数的利用地热的中低温有机朗肯循环发电系统中不宜加入回热器;对于蒸发器热源进出口温差较小的工况,如热源来自水蒸气凝结放热,采用混合工质的循环的性能不如纯工质的;有机朗肯循环采用混合工质时其最大对外输出功要高于纯工质的,且热源温度越低时,这种优势越明显。     

背压式汽轮机组与有机朗肯循环耦合的热电联产系统

该文提出背压式汽轮机组耦合有机朗肯循环(organic Rankine cycle,ORC)的热电联产系统。通过提高背压式汽轮机组的蒸汽流量,多余排汽供 ORC 发电,以实现提高背压汽轮机组效率,增加系统发电量的目的。该系统可同时满足热负荷和电负荷的调节。ORC 的热效率随主气温度的提高而上升,但是其主气温度受背压式汽轮机排汽冷凝温度的限制。为了获取最大热效率,优化了 R600a、R245fa、R123和 R113这4种工质的运行压力。结果表明 R113运行压力最低而热效率最高,其净发电量比 R600a 约高10%。随热负荷的降低该联产系统的燃料利用系数降低,但是火用效率会高于原工况。     

基于ADMM算法的主动配电网分层优化经济调度

主动配电网(active distribution network,ADN)因其具有调度控制灵活、用户交互性高、能源利用率高等特征正逐渐取代传统配电网,在系统安全运行的前提下实现了经济性最优的目标。文章充分考虑配电网整体运行的经济性,提出一种基于交替方向乘子法(alternating direction method of multipliers, ADMM)的主动配电网分层优化经济调度方法。首先,以最小配电网整体运行成本为目标建立了主动配电网分层优化调度模型,借助ADMM算法分解为上下两层进行求解,上层以最小化配电网整体运行成本为目标进行优化,下层考虑配电网内部节点接入的分布式光伏和储能单元,以最小化本地储能运行成本和购电成本为目标进行优化。其次,上下两层通过有限的边界信息交换,相互迭代,直至满足收敛条件,得出最优解。最后,通过设计算例进行测试,验证了所提调度方法的有效性和可行性。     

基于ADMM算法的主动配电网分层优化经济调度

主动配电网(active distribution network,ADN)因其具有调度控制灵活、用户交互性高、能源利用率高等特征正逐渐取代传统配电网,在系统安全运行的前提下实现了经济性最优的目标。文章充分考虑配电网整体运行的经济性,提出一种基于交替方向乘子法(alternating direction method of multipliers, ADMM)的主动配电网分层优化经济调度方法。首先,以最小配电网整体运行成本为目标建立了主动配电网分层优化调度模型,借助ADMM算法分解为上下两层进行求解,上层以最小化配电网整体运行成本为目标进行优化,下层考虑配电网内部节点接入的分布式光伏和储能单元,以最小化本地储能运行成本和购电成本为目标进行优化。其次,上下两层通过有限的边界信息交换,相互迭代,直至满足收敛条件,得出最优解。最后,通过设计算例进行测试,验证了所提调度方法的有效性和可行性。     

基于交替方向乘子法的电力系统分散式经济调度

现代电力系统中分布式电源特性各异,数量越来越多且接入具有分散特点,传统的集中式经济调度方法将面临计算负担大、通信复杂以及灵活性不足等限制。鉴于此,文中综合考虑了风电功率波动特性和分布式电源的动态模型及其综合发电成本,提出了一种基于交替方向乘子法的电力系统分散式经济调度方法。该方法在每次迭代过程中仅需收集系统净负荷及分布式电源平均有功功率,即可实现每台分布式电源有功功率最优值的分散式独立求解。最后,利用MATLAB/Simulink搭建了含有多个分布式电源的配电网系统,在风电功率波动和负荷实时变化的情况下对所提方法进行测试,通过与传统集中式经济调度方法的比较验证了所提分散式经济调度方法的准确性和有效性。     

耦合有机朗肯循环的液化空气储能系统优化

储能是解决风能和太阳能等可再生能源发电间歇性和不稳定性的重要技术途径。针对常规液化空气储能系统循环效率较低的问题,引入有机朗肯循环以利用空气液化阶段产生的压缩热。构建耦合有机朗肯循环的液化空气储能系统,以系统循环效率和空气释能发电阶段㶲效率为目标函数,以压缩机组出口压力、低温泵出口压力、冷箱窄点温差和换热器效能为决策变量,运用非劣分类遗传算法NSGA-Ⅱ进行多目标优化。绘制Pareto最优前沿曲线,采用TOPSIS优选法,得到贴近度最大的系统最优设计方案,与之对应的系统循环效率为62.75%。     

基于纳什谈判理论的风-光-氢多主体能源系统合作运行方法

以可再生能源制氢为特征的能源系统将是今后能源互联网建设的重要方向之一。该文针对风-光-氢多主体能源系统的合作运行展开研究。首先,考虑主体间的电能交易建立各主体的优化运行模型,然后基于纳什谈判理论建立风-光-氢多主体合作运行模型,接着将其等效为联盟效益最大化和电能交易支付谈判两个子问题。为保护各主体隐私,运用交替方向乘子法提出上述两个子问题的分布式求解方法。最后通过算例验证所提合作运行模型以及分布式算法的有效性。仿真结果表明通过风-光-氢多主体的合作运行,可以较大幅度提高各主体的运行效益以及合作联盟的整体效益。此外,风光发电上网电价的降低,将促进风-光-氢多主体展开合作,以提升各自运行效益。     

基于串行和并行ADMM算法的电—气能量流分布式协同优化

在综合能源网框架下电力系统与天然气系统的耦合和交互愈加频繁,有必要考虑两个系统的相互作用开展电—气能量流的协同优化。针对电力流与天然气流的多主体分布自治决策特点,在构建分解协同交互机制的基础上,提出利用交替方向乘子法(ADMM)实现电力流与天然气流的分布式协同优化。分别给出了基于Gauss-Seidel串行迭代和Proximal Jacobian并行迭代的两种ADMM计算模式,并从通信模式、求解效率和适用范围等角度探讨了两种模式的应用差异。在RTS79-GAS14及IEEE 118-GAS90两个电—气互联能源系统上开展的算例测试结果验证了所述算法的有效性。