风光氢综合能源系统设计及运行集成优化

基于风光制氢和燃料电池热电联供的风光氢综合能源系统是消纳富余可再生能源、减少弃风弃光的有效途径.实施系统设计及运行集成优化,对提高综合能源利用率、降低系统经济成本具有重要意义.通过构建风光氢综合能源系统设计及运行集成优化模型,对系统各设备的容量配置方案及典型运行策略进行了优选,并且系统比较了不同风光资源及用能负荷特性下...     

抽蓄联合全可再生能源孤岛微网配置优化模型

针对全可再生能源孤岛微电网中的源荷功率平衡问题,研究基于抽水蓄能快速启停和强调节能力的风-光-抽蓄联合孤岛微电网电源与储能系统容量配置多场景鲁棒优化方法。针对海岛负荷需求特性及可再生能源、抽蓄资源分布特性,研究了适用于海岛的包含风、光、抽蓄和蓄电池组的孤岛微网拓扑结构模型;考虑海岛抽水蓄能及蓄电池电能储放特性、可再生能源出力不确定性以及岛内负荷需求不确定性,研究了微网功率协调优化方法,建立以孤岛微网成本最小为目标的容量配置鲁棒优化模型及其求解算法。以某海岛的实际负荷需求及可再生能源发电资源数据为基础的仿真结果表明,文章所提出的抽蓄联合孤岛微电网的容量优化配置方法,在实现经济性目标的同时,可以有效地提升可再生能源利用率和微网在多种场景下的运行可靠性。     

区域多能源电网可再生能源发电容量规划及投资收益优化模型

针对地区型多种能源形式接入的区域电网,研究了可再生能源发电容量与区域电网内其他多能源形式协调优化及可再生能源发电设备运行效益问题。以高比例风力发电、光伏发电、固体蓄热式电锅炉、电制天然气、燃气储能、热力储能系统构成的区域多能源系统模型研究为基础,提出基于不同调度时间尺度的区域可再生能源发电容量规划和投资效益优化模型。首先,研究区域电网内多能源供能、传输和负荷设备的能源供给和消耗特性,建立基于高比例可再生能源发电不确定性的多能源电网功率平衡模型;其次,研究大规模可再生能源不确定性、动态电价响应、系统运行状态的约束模型,建立区域可再生能源容量配置与收益多目标优化模型及其求解方法;最后,利用东北某地区多能源电网实际运行数据,建立可再生能源发电容量规划及投资收益优化仿真模型。仿真结果表明,文章所建立的可再生能源容量和效益优化模型,能够在保证较高投资效益的前提下,实现较小的可再生能源容量配置。     

风光氢综合能源系统设计及运行集成优化

基于风光制氢和燃料电池热电联供的风光氢综合能源系统是消纳富余可再生能源、减少弃风弃光的有效途径,实施系统设计及运行集成优化,对提高综合能源利用率、降低系统经济成本具有重要意义。通过构建风光氢综合能源系统设计及运行集成优化模型,对系统各设备的容量配置方案及典型运行策略进行了优选,并且系统比较了不同风光资源及用能负荷特性下系统设计及运行方案的差异。结果表明：风光氢综合能源系统在办公楼负荷场景和风光资源更丰富的地区获得了更优的经济性。     

面向可再生能源高比例消纳的综合能源系统优化规划模型研究

为解决"三弃"问题,提高可再生能源消纳能力,文章基于能量枢纽模型,提出了能够提升系统灵活性与可再生能源消纳能力的方案,并以高比例可再生能源消纳与系统综合经济性为目标,考虑典型日系统冷热电功率平衡约束、设备输入-输出耦合约束(能量枢纽模型)、设备出力限制、电网联络线功率约束等约束条件,建立面向可再生能源高比例消纳的综合能源系统优化规划模型。针对模型的非线性特性,采用数学等效变换将其转化为0～1混合整数线性规划模型,并求取全局最优解。最后,以江苏某区域为实例,分析了高比例可再生能源接入对能量枢纽容量配置及其关键设备在不同典型日出力的影响,并基于灵敏度分析法,分别分析了设备单位容量造价、能源价格及热电负荷比对规划结果的影响,验证了所提规划模型的正确性与合理性。     

基于火电厂源侧的综合能源系统集成及优化配置研究

提出一种基于火电厂源侧的综合能源系统构型,该系统以火电机组为核心,在系统的输入端耦合生物质气化、垃圾气化、干化污泥等多种可再生能源输入,在输出端供应冷、热、汽、电等多种能源产品,并将电厂热平衡模型与可再生能源模型及制冷制热系统模型耦合,建立以■效率和经济性为目标的优化配置方法,采用输入端优化与输出端优化2类优化逻辑,从系统输入端、输出端来分析火电厂源侧综合能源系统主要运行参数对经济性和■效率优化目标的影响。结果表明：综合能源改造对现阶段火电厂具有积极意义。     

面向碳中和的多源异质全可再生能源系统优化规划方法研究

为有效应对气候变化与能源危机,早日实现碳达峰与碳中和目标,提出多源异质全可再生能源热电气储耦合系统,在供能侧实现100%全可再生能源。首先,构建了全可再生能源系统的物理架构,并对系统内典型设备进行建模;然后,以系统年总经济成本最小为目标函数,构建了可实现系统结构、设备配置与运行策略协同优化的混合整数线性规划模型;最后,通过具体算例分析,验证了所提优化模型的正确性和可行性,确立了所提出的多源异质全可再生能源热电气储耦合系统在降低碳排放、实现全额消纳可再生能源等方面的有效性。     

考虑风电场景缩减的多区域综合能源系统容量配置

以冷-热-电联供为核心的综合能源系统(IES)能有效提高能源利用率和供能灵活性。文章针对大规模风电接入对IES规划和运行的影响,提出了一种考虑风电场景缩减的多区域综合能源系统容量配置方法。采用混合度量的改进k-means算法对风电历史数据进行聚类,判定聚类场景数目和聚类中心;在充分考虑热网损耗和延迟效应的基础上,建立包含热网管道、节点、换热器的详细热网模型;通过热网连接多个区域综合能源系统,建立以系统年投资成本、运行成本和弃风惩罚成本之和最小为目标函数的多区域综合能源系统容量配置模型。仿真结果表明,该模型能大幅降低设备配置容量和系统运行费用,提高风电消纳率。     

考虑需求侧响应的园区综合能源系统优化配置

以园区综合能源系统(PIES)的优化配置为研究对象,考虑电力市场分时定价机制下的需求侧响应策略,以PIES的运行成本、污染排放和能耗为优化目标,建立主问题与子问题的迭代优化架构,最后采用多属性决策方法从待选方案中选出最优的系统配置。算例结果表明,可再生能源的接入可以有效地提高PIES的综合效益,引入价格型和替代型需求侧响应后可以进一步提升PIES的经济性,但同时降低了PIES的环保性。     

多区域综合能源系统互联下的共享储能容量优化配置

为有效提高多个区域综合能源系统(regional integrated energy system,RIES)的能源利用率,同时合理配置储能系统的容量,提出一种多RIES互联下的共享储能系统容量优化配置模型.首先,介绍了共享储能背景下多RIES运行框架,分析了共享储能系统的运行模式.其次,针对一类包含热电联产机组与热泵...     

面向可再生能源配额制的可再生能源优化配置模型研究

以能源消费的绿色经济效益最大化为目标,利用能源消费的边际效益均衡原理、经济学中的边际效用理论建立可再生能源优化配置模型,分为区域间优化配置和用户间优化配置两个层次.所建模型对以网线或管道形式输送的可再生能源资源在区域、用户之间的优化配置有实际参考价值,有利于引导用户提高能源消费的绿色边际效益和我国可再生能源配额制的创新和执行.     

考虑碳捕集利用与可再生能源的低碳综合能源系统配置优化研究

为实现传统工业部门的低碳转型,构建了集成可再生能源、电锅炉、储热以及碳捕集利用与封存（CCUS）装备的低碳综合能源系统,并提出了经济和低碳双重导向下的系统配置优化方法。应用粒子群优化算法求解获得各设备的最优配置容量及典型场景下的最优调度方案,并选取乙烯工业进行案例分析。结果表明：通过引入CCUS和可再生能源装备,系统碳排放减少了57.50%,年总成本增加15.92%;当碳价高于109.61元/t时,低碳综合能源系统具有经济和低碳双重优势。     

计及(火用)分析的综合能源系统多目标优化调度

建立综合能源系统优化调度模型并进行高效求解有利于可再生能源的开发利用,发掘综合能源系统降本增效的潜力。针对含光伏发电的综合能源系统,以系统■效率倒数最小和总运行成本最小为目标,结合电-热-冷综合需求响应模型和运行约束,构建综合能源系统多目标运行模型。针对模型中存在的非凸非线性项进行等价线性转化处理,将问题由多目标混合整数线性分式规划等价转换为多目标混合整数线性规划,进一步采用ε约束法将其转换为一系列单目标混合整数线性规划问题进行高效求解获得帕累托Pareto前沿,并采用TOPSIS法进行决策。算例仿真表明,所建立的含光伏发电的综合能源系统能提升系统运行灵活性,相比于单目标运行,计及■分析的综合能源系统多目标优化调度能够实现系统运行成本和效率的折衷。     

多种可再生能源渗透场景下的热电联产系统优化

针对传统热电联产(CHP)系统受热电耦合的限制,灵活调节能力低、可再生能源消纳能力弱的问题,分析了传统热电联产系统的灵活性不足机理,提出采用地热源热泵来提高其灵活性。为了确定地热源热泵(GSHP)的最优容量,建立了考虑切负荷惩罚、可再生能源弃用惩罚、设备投资成本及运行成本的热电联产-地热源热泵系统优化模型,将该模型运用到可再生能源渗透率(可再生能源发电量/总发电量)分别为15%,40%和55%的3种情景中。结果表明：地热源热泵的容量随可再生能源渗透率的提升而提升,同时地热源热泵的集成可以扩大系统的可运行域,提高可再生能源的消纳容量;在最优地热源热泵容量下,3种场景的日节约成本分别为38%,64%和70%,同时集成系统的能源利用率可超过100%,可再生能源弃用的惩罚成本分别下降100%,89%和89%。     

楼宇型分布式能源系统设备容量和运行策略优化研究

设备容量优化和运行策略优化是分布式能源系统设计,运行的关键问题。为实现分布式能源系统的经济效益,能效水平和环境效益最大化,针对楼宇型分布式能源系统建立了相对普适化的物理模型和数学模型,以粒子群优化算法和线性规划相结合,采用两阶段优化方法计算系统的最优容量配置,并给出运行策略。以某写字楼的分布式能源系统为例,得到最优的系统设备容量和全年逐时运行策略,并采用遍历法验证计算结果的准确性。优化的分布式能源系统与传统供能系统相比,费用年值降低7.79%,年总能耗降低24.18%,污染物排放量减少了62.77 %。     

碳中和背景下含氢综合能源系统碳排放和经济性分析

为研究“碳中和”目标下含氢能利用的综合能源系统(Integrated energy system, IES)中氢气来源方式对系统运行特性的影响,针对包含可再生能源发电和制氢设备、冷热电能源转换和存储设备、碳捕集设备等多种类型能源利用设备的综合能源系统,考虑多种负荷平衡约束、设备运行约束和碳中和目标约束,以系统日运行成本最低为目标函数建立数学模型,以仿真园区综合能源系统为计算案例,分析了系统供能网络供应不同来源氢气和分布式可再生能源制氢方式对系统运行经济性和碳排放量的影响。研究表明：以可再生能源制备的氢气为燃料时综合能源系统的运行成本最高,但CO₂排放量最低;在碳中和前提下,将当地分布式可再生能源发电量中的98%用于供电、2%用于制氢比全制氢时该系统运行成本减少26.1%、碳排放量降低19.7%,比全供电时该系统碳排放量减少5%、运行成本增加2.85%;在碳中和前提下,当可再生能源制氢效率提升10%后,系统实现最低碳排放量时可将可再生能源制氢功率占比从原来的2%提升至5%;当碳捕集设备能耗减少10%后,系统实现最低碳排放量时可将可再生能源制氢功率占比从原来的2%提升...     

多区域间热网交互的综合能源系统配置优化

考虑多区域间热网交互的综合能源系统规划和运行优化能有效提高能源综合利用率,有助于节能减排、促进分布式能源就地消纳。在独立分区综合能源系统的基础上,在不同负荷特性区域间引入热网交互,以热网建设费用、CCHP设备投资、运行成本和碳排放税最低为综合优化目标,对多区域综合能源系统的配置和运行进行整体优化。对上海市某典型城区进行仿真优化结果表明,多区域间热网的引入有利于提高系统清洁能源利用率,合理配置设备容量,区域间用能互补特性增强,系统综合效益更佳。     

综合能源系统运行优化设计与运行策略研究

综合能源系统能整合协调各异质能源,是提高能源利用率和降低运行费用的有效途径。提出了两种运行策略及一种基于穷举法的优化策略方法,建立了包括小型燃气轮机系统、地源热泵、电制冷机、吸收式制冷机、换热器的综合能源系统能量转换模型。在案例研究中,提出了以典型日费用最小为目标的综合能源系统优化方案,对以电定热、以热定电两种运行策略下的场景进行了优化分析,确定设备的最佳容量和运行参数,给出了运行策略对比分析结果。结果表明：以电定热策略的整体经济性优于以热定电策略约10%;与传统供能系统在经济性上的适用性进行对比发现,综合能源系统成本节省比例在5%～30%之间。     

100％可再生能源城市建设模式分析

在传统化石能源日益枯竭及气候变化问题日益凸显的大背景下,建设可再生能源城市是未来城市发展的必然趋势之一,100％可再生能源也将成为越来越多城市的选择.本文在系统研究国际上大量案例的基础上,分析了100％可再生能源城市的特点及规律,归纳出低碳型与零碳型、完全型与专项型等多种100％可再生能源城市建设模式.对于我国城市来说,不是所有城市都适合走100％可再生能源城市之路,但未来必然有越来越多的城市转向100％可再生能源的发展道路.     

基于多目标优化的办公建筑可再生能源系统集成优化配置方案研究

以北京市某办公建筑为例,选取光伏、光热、土壤源热泵3类常用的可再生能源系统为对象,并以电冷水机组、空气源热泵、锅炉和市政电网等常规能源系统为备选系统,建立系统费用最优、运行阶段CO_2排放最优以及经济效益和环境效益折衷优化的目标函数,并通过eQUEST、PVWatts和DER-CAM软件联合仿真模拟,应用基于多目标的集成优化配置方法,分别提出可再生能源系统的集成优化配置方案。