风电–氢储能与煤化工多能耦合系统能量协调控制策略

为了更好地发挥风电–氢储能与煤化工多能耦合系统(WP-HESCCMFCS)消纳风电、降低化工能耗、减少化工污染的优势,实现WP-HESCCMFCS能量广域协调控制蓝图,针对WP-HESCCMFCS本地部分,分析其内部各子系统间能量传递与转换关系,基于气体产、耗过程动态平衡的原则,采用分层递阶控制原理,提出了以灵活调整优先级顺序为思想,以风电消纳最大化为目标,以煤化工系统额定不间断运行、氢储能系统(HESS)状态处于正常区间为约束的本地WP-HESCCMFCS能量协调控制策略,构建了本地WP-HESCCMFCS双层控制模型。最后,利用MATLAB/SIMULINK搭建了本地WP-HESCCMFCS能量协调控制仿真模型并进行验证。结果表明,所提控制思路和方法能准确表征氢储能系统储能状态,提升风电消纳能力,实现既定目标。     

风氢-混合储能系统全寿命周期经济性研究

由于风力发电输出功率具有随机性和波动性,安装储能系统可以平滑风力发电输出功率,有效改善电能质量,提高风力发电点的经济效益。建立风氢-混合储能系统(WHMESS)全寿命周期经济性数学模型,考虑以平抑风电波动功率的经济效益和WHMESS的稳定运行为约束,对WHMESS系统投资回收周期和全寿命周期净利润进行求解。编写程序建立Qt界面,用算法求解WHMESS全寿命周期经济评估数学模型,得出全寿命周期内净利润和资金回收期,验证了WHMESS全寿命周期经济评估数学模型的合理性。     

风电—氢储能与煤化工多能耦合系统设备投资规划优化建模

以氢储能为媒介将风电与煤化工进行有机整合,是提升风电消纳能力、降低煤化工耗能与污染的有效技术路线。提出以风电全额消纳和煤化工低耗能、低污染的风电—氢储能与煤化工多能耦合系统(W-HESCC)集成架构设计方案;以多能耦合系统设备一次性投资最小为目标,以风电全额消纳与W-HESCC稳定运行为约束,构建多能耦合系统设备投资规划数学模型,进而使用遗传算法对上述模型求解;基于新疆某地区风电场与煤化工企业为算例背景,仿真结果表明提出的多能耦合系统设备投资优化规划数学模型的正确性,并进一步基于规定应用场景分析了不同风电并网比例与风电非电形态消纳比例条件下系统的投资成本变化规律。     

风电-氢储能与煤化工多能耦合系统及其氢储能子系统的EMR建模

为了提高风电消纳能力、减少煤化工对环境的污染,提出以氢储能技术为媒介将风电和煤化工进行整合.构建了风电-氢储能与煤化工多能耦合系统基本架构,将电网不能消纳的富裕风电通过电解水制氢储能;储存的氢气除供给煤化工使用以简化其生产流程外,还可在需要时用于发电以平抑风电对电力系统的安全稳定运行的掣肘;针对多能耦合系统中的氢储能过程,利用宏观能量描述法(EMR)建立了氢储能系统模型,揭示了制氢系统中的能量传递或转换机制;并基于反转规则建立了氢储能系统的控制结构,初步构建了调整系统功率流和氢气流的控制策略.最后,基于MATLAB/Simulink搭建了多能耦合系统中氢储能系统的仿真模型并进行了仿真实验.结果表明,氢气储能系统可以在0～100％额定功率范围内自适应风电功率的随机、间歇和波动等特性,验证了所提多能系统的基本思路和所建立的氢储能系统仿真模型的正确性.     

风电–氢储能与煤化工多能耦合系统能量广域协调控制架构

针对利用风电–氢储能与煤化工多能耦合系统(wind power-hydrogen energy storage and coal chemical multi-functional coupling system,WP-HESCCMFCS)提升风电的消纳能力,提出了基于广域协调、分层递阶控制原理的WP-HESCCMFCS能量广域协调分层控制方法。首先,分析了WP-HESCCMFCS内部能量流动及转换机制,提出了氢储能系统(hydrogen energy storage system,HESS)等效荷电状态(equivalent state of charge,ESOC)的概念及其数学模型,在此基础上,构建了WP-HESCCMFCS能量广域协调分层控制架构,并定性地描述了各层及相互间耦合关系的基本控制思路。其中,底层的本地WP-HESCCMFCS控制目标为风电最大限度消纳;多个WP-HESCCMFCS构成的中间层集群协调控制目标为本地电能质量最优;顶层电网调度以经济性为主控目标。进一步,重点对底层和中间层控制策略进行了探讨,提出了本地电能分配控制、气体分配控制和集群"同调等值"控制三种控制方式。基于MCGS组态软件搭建了本地WP-HESCCMFCS仿真模型,对HESS的ESOC进行了仿真验证,结果表明所提出的控制思路和方法是有效的。研究成果为广域WP-HESCCMFCS能量协调控制的进一步深入研究提供参考。     

提高风电并网系统调度计划可信度的HESS经济效益计算

针对风电-氢储能系统的经济性,文中提出利用氢储能系统(HESS)提高风电并网调度计划的可信度,分析了HESS提高风电并网调度计划的可信度的机理;然后,构建了计及风电预测出力、实际出力及调度出力的氢储能系统提高风电并网调度计划可信度的充放电价格策略体系;最后,建立了HESS收入及成本数学模型。在此基础上,构建了提高风电并网调度计划可信度的HESS全寿命周期的经济效益计算数学模型。以某风电场为例对所提模型进行了验证,并分析了经济效益对调度误差和电价的敏感性,结果表明所建立的HESS经济效益计算模型的正确性。研究结果为风电-氢储能系统前期投建的经济性评价提供了参考。     

风电-氢储能与煤化工本地多能耦合系统监控系统设计与实现

针对风电系统居高不下的弃风率以及对电网稳定可靠性影响越来越大等问题,本文基于风电—氢储能与煤化工多能耦合系统能量广域协调控制架构,研究了本地WP-HES&CCMFCS监控系统。首先,设计了储能装置集中式并网的本地WP-HES&CCMFCS的物理架构,并提出了能量分配控制策略,使风电系统输出较为平滑的功率的同时有效结合煤化工系统可应用电解水制得氢氧的特性提高电网的综合风电消纳水平。在此基础上设计了基于MCGS的本地WP-HES&CCMFCS监控系统,并对监控系统进行了仿真运行。监控系统输入、输出功率,系统储能状态变化规律以及电磁阀状态跟储能状态对应关系等仿真结果表明所提出的能量分配策略是正确有效的。     

基于储能协调蓄热式电锅炉消纳风电供暖系统的经济性评估

针对蓄热式电锅炉消纳风电过程中无法匹配快速波动的风电功率等问题,本文提出了基于储能协调蓄热式电锅炉消纳风电供暖系统的方案,并对该方案的经济性进行了评估。从"风电-电网-电锅炉-储能"联合运行系统的成本与收益出发,以蓄热供暖日收益最大为目标函数,在充分考虑分时电价、风电上网电价、弃风电量以及蓄热式电锅炉功率调节次数等约束条件的基础上,建立了"源-网-荷-储"联合运行系统风电消纳经济性评估模型,利用粒子群算法对模型求解。采用某电锅炉消纳风电示范工程实际运行数据进行测试,验证了该模型的有效性。测试结果表明,储能系统的加入可以有效减少电锅炉功率调节次数,可为储能协调蓄热式电锅炉蓄热供暖消纳风电提供理论依据。     

基于低通滤波的离网型风/氢耦合系统容量配置优化

针对提高风电消纳率和氢能利用率的需求,提出构建以风力发电机组、氢储能系统、蓄电池和负载为核心设备的离网型风/氢耦合系统,使风力发电机组输出功率满足负载需求,将经济成本、失电率和弃风率作为指标,对风电机组、氢储能系统以及蓄电池进行最优容量配置,基于粒子群算法求解得到满足经济性和供电可靠性的配置结果,并通过仿真算例验证了配置方案的正确性。     

计及储能全寿命周期运维的综合能源系统优化配置

传统的能源系统难以满足不断变化的发电结构及用户用能需求,包含冷、热、电等多能流的综合能源系统(integrated energy system, IES)可以充分发挥多种能量耦合互补优势,促进系统资源的高效利用。为此提出综合考虑经济性和环保性,以系统全寿命周期成本最低及一次能源消耗最少为目标,构造IES优化配置模型。首先计及储能的全寿命周期运维,综合考虑储能系统的充放电损耗、容量衰减、荷电状态、能量存储时间、削峰填谷效率等因素,建立计及储能的全寿命周期运维的IES优化配置模型;继而通过算例对比分析所提优化方案与传统方案的优劣性及多目标函数权重的影响。结果表明,所提方法具有削峰填谷、促进分布式能源消纳、改善电能质量、提升供电可靠性的功能和加强IES资源高效利用的优势。     

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。     

不同风电消纳的社会经济综合评价方法

为评价风电送出及消纳的综合社会经济效益,基于构建的评价指标体系．建立了指数标度优化层次评价模型,并对不同风电消纳方式进行了社会经济效益评价。以特高压直流工程配套风电为例进行了实证,分别对3种配套风电装机容量进行分析比较,得到了社会经济效益综合评价结果。     

中低压配电网节能改造方案经济效益评估

中低压配电网节能改造的节能潜力巨大,从更换电力设备、采用节能技术以及提升电能质量3个角度,分析并量化了中低压配电网4种节能改造方法的节能效益,建立各节能方法的全寿命周期成本模型,通过净现值、内部收益率及投资回收期对节能方案进行经济效益评估。最后对山东Q地区的实际算例进行计算,其经济效益评估指标均满足经济可行性,表明本文所建立的模型可为节能方案的经济效益评估提供参考。     

混合型孤立微网全寿命周期经济性评估

混合型孤立微网具有节能环保、供电可靠性高等优点。针对包含风力发电机、光伏电池板、储能电池和柴油发电机的混合型孤立微网,结合全寿命周期理论,建立系统从投资建设、运行维护到回收利用全寿命周期内的经济性评估模型。提出了用于衡量混合型孤立微网全寿命周期经济性的评估指标。通过算例分析,研究了混合型孤立微网采用不同调度策略时的全寿命周期经济性情况,对比了混合型孤立微网与传统孤立供电系统全寿命周期经济性的差异。研究结果体现出混合型孤立微网在节能与经济性方面的优势,同时验证了所提全寿命周期经济性评估模型的可行性与有效性。     

风/光/储微网规划经济性影响因素分析

风/光/储微网是实现分布式能源优势互补、高效利用的有效形式。然而,影响其经济性的因素众多、影响程度各异。对风/光/储微网内经济性影响因素的关键程度进行了量化分析。基于对微网运行方式的分析,建立了微网规划经济性模型。该模型以年净收益最优为目标,考虑了微网中微源特性、与上级电网间功率平衡和供电可靠性等约束,并建立了经济运行评价指标。在此基础上,通过计算影响因子来量化规划层面和运行层面各影响因素的关键程度。以云南某地实际微网为算例,分析结果表明,合理配置储能可提升微网规划经济性;风/光/储微网经济性的关键影响因素在规划层面包括储能等效循环次数、风光发电单元装机成本和贴现率等因素,在运行层面包括风光发电单元售电电量和售电单价以及单位环境收益等因素。     

计及线路电热耦合的新能源接入通道全寿命经济性评估

以大规模风电远距离传输并网为研究背景,考虑环境因素对新能源传输通道载流规律及其机械性能劣化影响的同步作用,将电热协调理论与线路老化失效模型有机结合。首先,提出了基于电热耦合和全寿命周期成本的新能源承载线路最大允许温度评估模型,为电网的新能源消纳能力及其运行绩效提供评价依据。模型依据多种最大允许温度设定方案,连续化处理环境变量值,基于架空导线热惯性方程模拟线路全年电气和物理状态参量的变化。然后,统计各温度区间的持续时间并依据输电线路老化失效模型预估线路全寿命周期性能演化。基于故障率模型计算线路全寿命周期成本,在单位风电接入收益固定的前提条件下建立输电线路投资年平均利润与线路最大允许温度的函数解析表达,从而实现年平均利润最大化目标。最后,通过实际场景算例分析验证所提模型的有效性,及其对提高系统运行经济性和安全性的作用。     

Dynamic economic evaluation of hundred megawatt-scale electrochemical energy storage for auxiliary peak shaving

With the rapid development of wind power, the pressure on peak regulation of the power grid is increased. Electrochemical energy storage is used on a large scale because of its high efciency and good peak shaving and valley flling ability. The economic beneft evaluation of participating in power system auxiliary services has become the focus of attention since the development of grid-connected hundred megawatt-scale electrochemical energy storage systems (ESS). Based on the relationship between power and capacity in the process of peak shaving and valley flling, a dynamic economic beneft evaluation model of peak shaving assisted by hundred megawatt-scale electrochemical ESS considering the equivalent life of the battery is proposed. The model considers the investment cost of energy storage, power efciency, and operation and maintenance costs, and analyzes the dynamic economic benefts of different energy storage technologies participating in the whole life cycle of the power grid. Then, according to the current ESS market environment, the auxiliary service compensation price, peak-valley price diference and energy storage cost unit price required to make the energy storage technology achieve the balance of payments are calculated, and the economic balance points of diferent energy storage types are clarifed. Finally, based on the measured data of diferent provincial power grids, the economies of six energy storage types applied to three provincial power grids are compared and analyzed, and the rationality and efectiveness of the relevant models proposed are verifed. The work has theoretical guiding signifcance for the economic beneft evaluation of hundred megawatt-scale electrochemical energy storage.     

电力变压器全寿命周期经济-物理综合寿命评估方法

针对电力变压器寿命定量评估问题,提出了电力变压器全寿命周期经济-物理综合寿命评估方法。首先建立电力变压器全寿命周期成本模型,分析了全寿命周期成本各组成部分与运行时间的关系,以全寿命周期成本最低原则得到电力变压器经济寿命。建立了电力变压器物理寿命评价指标体系,从电力变压器主绝缘老化程度、绝缘运行状态和部件缺陷风险三个方面进行综合评价,运用层次分析法确定了各评价指标的权重,得到电力变压器物理寿命。以电力变压器物理寿命作为基准,综合考虑经济寿命,建立全寿命周期经济-物理综合寿命模型。对某电力变压器进行实例分析,评估了该变压器的经济-物理综合寿命,验证了所提方法的合理性和实用性。     

考虑设备全生命周期成本的工厂多能微网经济调度策略

工厂是供能结构复杂的典型能源系统,生产过程中存在多能流耦合,优化空间大,是多能源系统的重点发展区域。同时,工厂中含大量的能源设备,各种能源设备的全生命周期成本会对工厂的用能策略产生较大影响。为此,文章针对同时考虑光伏、风机、储能、冰蓄冷空调、中央空调等多种能源设备的工厂多能微网模型,提出了一种考虑设备全生命周期成本的工厂多能微网经济调度策略。在考虑设备全生命周期成本的基础上,以工厂整体的运行费用最低为目标,建立工厂日前经济优化调度模型,并采用混合整数线性规划方法进行求解。算例结果表明,所提的优化策略使得多种能源进行协同互补,减小了能源转换和存储时的能量损耗,提升了能源利用效率。同时,在价格信号的激励下,充分发挥了需求侧设备的调节潜力,促进了可再生能源的消纳和电网的削峰填谷,并优化了能源消费结构。由于将设备的全生命周期成本考虑在内,在工程实际中具有更好的推广价值。