考虑典型日的综合能源系统容量配置与经济运行

综合能源系统 (IES)可以实现冷、热、电、气等多种能源形式之间的互补利用,提高能源利用效率.针对 以冷热电三联供 (CCHP)为核心的综合能源系统,选取夏季、过渡季和冬季的典型日负荷曲线,建立经济-环境效益最大化的综合能源系统容量配置优化模型,并利用路径跟踪内点法进行优化求解.最后,以某工业园区为研究对象, 计算综合能源系统的最优容量配置和经济运行曲线,并计算投资回收期,验证所提方法的有效性.     

考虑能源枢纽变工况特性的综合能源系统优化配置

区域综合能源系统（regional integrated energy system,RIES）通过能源枢纽耦合多种能源优势互补,提高能源利用率。考虑能源耦合设备变工况运行对改善综合能源系统优化配置经济性具有重要意义。首先,分析能源耦合设备变工况特性,建立设备变工况动态模型,并改进能源枢纽转换矩阵。其次,基于典型日负荷曲线,建立以系统年化投资最小、系统日运行经济性最优为目标的RIES优化配置模型。最后,结合算例分析了不同场景下容量配置结果和设备出力情况。结果表明,在RIES的优化配置中考虑能源枢纽变工况特性能够有效降低综合能源系统投运成本,利于实现系统合理配置。     

风光储氢综合能源系统容量配置策略优化研究

在风光机组大量扩张下,风能和光能的间歇性和波动性等特点造成了严重弃风弃光现象。为解决该问题,将电解水制氢技术与综合能源系统相结合,并结合储能发电设备,构建风光储氢综合能源系统。首先,建立风光储氢综合能源系统中各单元模型;其次,考虑各单元的约束条件和系统运行特性,建立综合考虑可靠性、经济性及弃电率的多目标容量配置策略。在此基础上,利用MATLAB和商用求解器CPLEX对模型进行配置求解优化,分析系统在有无储氢技术的2种运行模式及系统有储氢技术时,3组权重系数对容量分配的影响。研究结果可为风光储氢综合能源系统容量配置策略优化提供参考。     

考虑综合需求响应的园区综合能源系统优化配置

园区综合能源系统是用户侧多能源耦合与供应的典型形式,而综合需求响应(integrated demand response,IDR)则是实现多种能源间耦合互补关系的重要应用,而目前的园区综合能源系统规划研究并未考虑IDR的应用.为了进一步激发园区综合能源系统中的多能互补特性,提升规划的灵活性和经济性,文中提出了一种考虑综...     

考虑水电制氢的水-氢综合能源系统容量规划

为促进“双碳”目标的实现,将水电系统与氢能相结合可提高水电资源利用率、降低制氢成本,并提升能源系统的清洁程度,助力中国实现能源转型。为此,构建了一个考虑水电制氢的水-氢综合能源系统双层规划模型。在上层中,目标是最大程度降低系统成本,提高系统制氢、储氢能力以及燃料电池性能。而在下层中,目标是最大限度减少日常运行中的负荷损失,以提高综合能源系统中所有设施的利用率。通过综合考虑这两个层面的目标,优化系统的设计和运行策略。最后,以某水电站实际运行数据为基础进行了算例分析。结果显示,氢能设施建立后降低系统成本19.08%,减少弃水流量53.12%,提升了水电站的利用效率,从而验证了所建模型的合理性与有效性。     

基于系统动力学氢需求预测与综合能源系统优化配置研究

氢能作为新兴能源会促进工业、交通、电力和供热领域的绿色转型,实现能源的综合利用。首先,综合考虑钢铁和煤化工产业的工艺转型、氢能交通工具的迅速普及、氢燃料电池发电的快速发展、天然气掺氢的占比提升、绿电制氢的成本降低,建立了多领域氢需求预测的系统动力学模型,计及不同领域中的用氢特性,将用氢需求转化为等效电负荷;其次,以净现总成本最低为优化目标,计及设备运行、氢储能、负荷缺电率约束,构建了综合能源系统的容量配置模型;最后,以新疆地区为例,探究不同风光类型、绿氢渗透及风光占比对系统配置结果的影响,得到了各设备的最优容量配置以及成本情况,验证了所提模型在满足负荷需求的同时显著降低了系统总成本。     

考虑能量成本和污染排放的综合能源系统优化配置

综合能源系统通过对电、热、气多能流间的互补协调,能够在满足用户用能需求的同时提高系统能源利用率。本文针对热电耦合的分布式综合能源系统的最优容量配置问题,提出一种考虑能量成本和污染排放的线性加权双目标优化模型,并分析各目标不同权重对容量配置的影响;并以某厂房办公楼为例,计算得到不同权重组合下的最优容量配比,对不同权重下最优容量配比组合进行了运行分析。结果表明,随着权重配比的改变,系统组件容量、单位能量成本和污染排放成本也在不断波动,能量成本所占权重的增加会导致系统目标函数值的增大,从而使系统的性能降低。系统容量优化配置的运行分析表明,选取合适的权重系数,系统用能单价和污染物排放可以得到有效降低,具有经济和环保效益。     

考虑光热集热单元的氢储能热电联供综合能源系统容量优化配置

氢储能技术具有零污染、效率高、来源丰富等特点,是太阳能高效利用的重要手段。但是当氢储能进行热电联供时,因热电耦合约束的存在,其供能灵活性较差。针对上述问题,设计了一种考虑光热集热单元的氢储能热电联供系统,将光热集热单元作为氢储能系统的额外供热源,以系统的供能经济性为目标,建立含光热集热单元的氢储能综合能源系统容量优化配置模型。以典型的综合能源系统热电联供为算例进行仿真,验证了光热集热单元对提升氢储能热电联供能力的有效性以及所提氢储能综合能源系统容量优化配置方案的经济性。     

考虑能源重复转换的综合能源系统经济运行

在综合能源系统中引入电转气（power to gas,P2G）设备加强了电力和天然气网络间的耦合,减少了弃风弃光现象,但也使可再生能源在进行优化调度时发生能源重复转换,降低用能效率,产生能源损耗。在此背景下,提出了一种减少能源重复转换的双层优化调度模型,引入KKT条件将双层模型转化为单层模型,优化得到了协调各转换设备的调度运行计划及系统最小运行成本。在算例中采用4种不同的典型场景对系统进行验证,结果表明：所提优化调度模型能够在提高可再生能源消纳的情况下,降低系统运行成本,提高用能效率,与未考虑能源重复转换的传统调度模型相比经济性有显著提高。     

多区域综合能源系统的两阶段容量优化配置方法

综合能源系统(integrated energy system,IES)是能源体制改革的重要内容,对多区域IES进行统一规划与调度能够进一步改善IES的经济性与环保性。针对IES容量规划与运行问题,提出一种多区域IES两阶段优化方法。第一阶段优化是一个多目标规划问题,其目的是使经济成本和环境成本最小;第二阶段优化是一个运行问题,其主要作用是确定系统的最优运行方案。将多区域IES联合规划的结果与独立规划的结果进行比较,仿真结果表明,多区域综合能源系统联合规划更加经济实用。     

考虑储能峰谷价差套利的综合能源系统策略性经济配置

计及储能系统分时电价峰谷价差套利,提出了综合能源系统的供热/冷、供电策略,并以此作为经济配置模型的内层仿真优化内核。基于全寿命周期理论和策略性仿真优化内核,建立了综合能源系统双层规划模型:外层兼顾综合能源系统经济与环境效益,以系统年总规划成本最小为优化目标;内层优化模型采用年仿真时域(8760 h)以增强电源侧发电出力与用能侧负荷的匹配特性,提升配置结果的有效性和经济性。运用增强精英保留遗传算法调用内层仿真优化内核对双层配置模型仿真求解,算例分析验证了所提出的综合能源系统策略性经济配置方法的有效性,并探讨了适合配置储能系统能源套利的临界峰谷电价差,可为相关工程项目提供项目前期分析参考。     

计及综合需求侧响应的电-气综合能源系统协调优化运行

随着综合能源系统研究地不断深入,需求侧管理对优化负荷分布、降低系统经济成本等方面的作用越来越不可忽视。文中对计及综合需求侧响应的电-气综合能源系统的协调优化问题进行探讨。引入市场需求弹性概念对电力系统需求侧和天然气系统需求侧进行详细描述,并提出需求替代系数,对价格型负荷及替代型负荷进行综合考虑,建立需求侧数学模型;以最小化P2G场站、燃气轮机、蓄电池建设及运维成本为目标函数,建立综合能源系统的协调优化模型;使用改进的粒子群算法对模型进行求解,以修改后的9节点电力系统与7节点天然气系统为例,分析说明了该协调优化模型对优化负荷分布、降低系统成本等方面的作用。     

计及碳成本的电-气-热-氢综合能源系统经济运行策略

为构建低碳可持续能源系统,推动我国未来能源系统转型,文章聚焦能源系统中低碳与清洁,建立了考虑经济与碳排放的电-气-热-氢综合能源系统日前调度模型。首先,在综合能源系统网络中,考虑负荷不确定性建立了电网潮流模型以及热网、气网的动态潮流模型。在能量转换设备中考虑到氢能的清洁、高效、安全等优点,引入电转氢(power to hydrogen, P2H)设备和氢储能设备。考虑到燃气轮机、燃料电池等余热浪费,引入有机朗肯循环(organic Rankine cycle, ORC)余热发电将剩余热能转化为电能,提高能源利用效率。其次,考虑以系统运行成本和环境成本为目标函数,给出电-气-热-氢的综合能源系统最优运行调度方案。最后针对多种优化运行模式进行仿真分析,结果表明,文章提出的电-气-热-氢综合能源系统优化运行策略能够有效保证运行的经济性和环保性。     

考虑储能参与备用配置的园区综合能源系统日前经济调度模型

备用容量可以有效应对不确定性风险,能够保障园区综合能源系统的安全运行。然而,以往研究主要利用发电侧备用能力来应对不确定性风险,未能考虑储能装置等其他柔性资源的备用作用。因此,文章提出一种考虑储能装置参与备用配置的园区综合能源系统日前经济调度模型,园区内部通过电储能装置、柴油发电机与热电联产机组提供备用容量平抑内部风光荷的波动性。为了平衡备用配置对于园区综合能源系统运行安全性与经济性的影响,引入机会约束规划方法构建计及可再生能源和负荷不确定性的概率备用配置模型,并将备用配置模型嵌入到日前优化调度模型中以提升日前能量与备用决策计划的合理性。基于离散化步长变换法和随机模拟方法将原来非凸机会约束规划问题转化为可求解的混合整数线性规划问题。仿真结果表明,储能装置参与备用配置可以提升发电机组运行的灵活性,从而提升系统运行的经济性;通过向上、向下调节备用约束成立的置信水平可以改变园区备用决策的保守程度,从而平衡系统运行的经济性与可靠性需求。     

计及柔性负荷的综合能源系统低碳经济运行

多能互补的综合能源系统(integrated energy system,IES)能够有效提高能源使用效率,解决环境污染等问题。在此背景下,提出了一种考虑柔性负荷(flexible load,FL)和碳交易机制的IES优化调度模型。首先,将碳交易机制引入系统调度模型中,综合考虑整个能源供应环节的碳排放,并采用过排放罚金机制以促进系统节能减排。然后,将FL分为可削减负荷、可转移负荷和可平移负荷三类,应用于IES的低碳经济运行之中。在此基础上,以碳交易成本、FL调度成本、系统能耗成本之和最小化为优化目标,考虑电力系统网络约束、天然气系统网络约束和能源中心(energy hub,EH)内部约束,建立了IES低碳经济调度模型。最后,采用算例系统对所构建的模型和采用的方法进行验证,并分析了罚金价格对于系统碳排放的影响,以及FL在消纳风电和节能减排方面的作用。     

计及燃料电池热电联供的区域综合能源系统经济运行

氢储能系统可通过电、氢之间的双向转换灵活调节区域综合能源系统RIES(regional integrated energy sys-tem)多能供应.为使系统内多种能源实现高效转换和利用,详细分析了氢储能系统各环节运行特性,结合系统能流结构及冷热负荷需求特性,设计了燃料电池电、热出力与系统能量流动耦合方式及冷热电联供系...     

计及风电场和储能系统联合运行的输电系统扩展规划

储能系统可以为电力系统提供调频和备用等辅助服务,与风电场联合运行时还可以平抑风电功率波动,改善系统运行的安全性和经济性.风电场和储能系统(简称风储系统)联合运行已成为一种受推崇的运行模式.因此,在未来的输电系统规划中就需要适当考虑风储系统的联合运行,这正是文中旨在解决的中心问题.首先,以钠硫储能系统为例,分析了储能系统成本与可放电次数的关系;在此基础上,提出了风储系统联合运行策略,在降低储能系统成本和平抑风电功率波动之间进行合理折中.之后,建立了考虑风储系统联合运行的输电系统两层规划模型,综合考虑了输电投资成本和风储运行成本,采用改进粒子群算法求解所建立的优化模型.最后,用18节点和46节点算例系统说明了所提出模型与方法的可行性和有效性.     

计及合作联盟的园区综合能源系统随机优化及收益分配模型

为了兼顾系统经济和环境效益,对耦合清洁能源机组的园区综合能源系统的研究具有重要意义。首先,计及外部备用系统、用户和园区综合能源系统等三大主体,设计了各主体达成合作联盟的途径。然后,在考虑清洁能源不确定性的基础上,构建了独立和合作2种运营模式下的园区综合能源系统随机优化模型。进而为稳定三方合作,体现不同主体对联盟收益的贡献,构建了基于改进Shapley值法的收益分配模型。最后,选取中国北方某一工业园区为对象进行仿真分析,验证了所提模型的有效性。