考虑可再生能源消纳的建筑综合能源系统日前经济调度模型

“双碳”战略目标下,随着以新能源为主体的新型电力系统与分布式智能电网建设的不断推进,具有随机性特点的可再生能源发电大规模并网消纳问题日益凸显。本文面向建筑综合能源系统提出一种日前经济调度模型,旨在利用其多元化负荷需求与灵活性调节的特点,在满足用能需求与电网交互的基础上最大程度实现可再生能源的就地消纳。首先,根据建筑能耗特性,通过配置地源热泵等具有高能效比的电制热设备来解耦热电联产“以热定电”的运行模式、并引入含有蓄电池和储热罐的混合储能装置来进一步增强系统调节能力。然后,考虑供需平衡、设备出力、储能运行、联络线交换功率等约束条件,以含有机组启停、弃风弃光损失等费用在内的总运行成本最小为目标函数,建立日前经济调度模型,并调用CPLEX求解该混合整数线性规划问题。最后,根据设置的不同场景,以系统运行成本、能源利用率和可再生能源消纳能力为评价指标进行算例仿真。仿真结果表明：相较于传统的热电分供模式,设置地源热泵和混合储能系统的综合能源系统可以降低约50%的运行成本,能够提高近50%的能源利用率,且可以完全消纳可再生能源,并随着能量转换装置能效比的提升能够进一步的降低运行成本,具有较好的可操作性与社会经济效益。     

基于TRNSYS模拟的太阳能与地源热泵复合供暖系统的运行评价

为缓解夏热冬冷地区供暖能耗普遍偏高的问题,采用太阳能产热辅助地源热泵系统进行联合供暖。以合肥市某建筑为供暖对象,利用TRNSYS软件搭建建筑负荷计算模型,以供回水温度、机组运行部分负荷率(PLR)、制热性能系数(COP)及运行能耗为评价指标,比较分析传统地源热泵系统、太阳能集热器与热泵机组串联与并联系统的供暖运行情况。结果表明:供暖季节3种系统的供暖温度均满足需求,与传统地源热泵供暖系统相比,太阳能集热器与热泵机组串并联供暖系统的COP分别提升了48.61%,8.33%;能耗分别降低了,84.02%,75.26%,机组运行PLR明显降低;复合供暖系统尤其是串联连接方式的系统具有明显节能优势。     

制冷剂充注量对地源热泵性能的影响

为提高地源热泵系统的运行效率且充分利用能源,本文以实际地源热泵系统为实验台,对制冷剂R22不同充注量的热泵运行情况进行实验测试,从外部水循环侧和内部制冷剂侧对热泵运行性能同时进行测量计算, 并在理论上对地源热泵系统的运行状况及其原因进行热力学分析和系统理论分析,从而确定了冷剂充注量对地源热泵系统运行性能的影响程度,最后给定了地源热泵系统的最佳制冷剂充注量,为地源热泵系统的高效运行及能源的充分利用提供了理论和应用依据．     

某地源热泵工程案例的技术经济性分析研究

通过南京地区某项目地源热泵空调系统工程,对地埋管地源热泵系统的技术合理性和经济可行性进行评估,并与水冷机组+锅炉系统进行比较,从经济学的角度研究地埋管地源热泵的技术,分别在初投资费用、经济性评价指标和能耗分析3个方面研究其经济效益,最后提出相关结论和建议,得出地埋管地源热泵技术系统的能源综合利用率较高,在经济性和运行费用上优于水冷机组+锅炉系统的结论.     

考虑电热需求响应的区域综合能源系统储能容量优化配置

综合能源系统中储能优化配置和需求侧响应的应用,可解耦热电联产机组（CHP）运行的“以热定电”约束,提高能源利用效率。因此,考虑源荷双侧发电、供热、用电、用热性能,在源侧加电、热储能实现热电联产机组的热电解耦,荷侧充分利用电、热综合需求（IDR）资源可调度资源,建立考虑综合需求响应的区域综合能源系统电、热储能容量优化配置模型。该模型考虑储电储热约束、功率平衡约束等,以区域综合能源系统年总费用最小为目标,解决电、热储能的经济配置最优问题。算例结果表明,电、热储能与负荷侧协调运行可降低运行成本,考虑综合需求响应可减少储能配置容量。源侧储能配置和负荷侧的综合需求响应促进风电消纳,提高综合能源系统运行的经济性、精准性和灵活性。     

基于层次分析法的梯次利用电池储能系统运行性能量化评估

针对主动配电网中梯次利用电池储能系统运行性能评估问题,考虑梯次利用电池储能系统运行效益和电气量特征,提出一种基于层次分析的评估方法。构建储能系统运行性能量化评估框架,以主配网功率交换量和波动性改善程度为指标衡量储能系统运行效益,以并网点电压波动、三相不平衡度和电流谐波含量为指标衡量储能系统运行电气量特征。利用层次分析法确定各同层量化指标间的相对权重,由底层量化指标逐层向上线性加权计算得到储能系统运行性能综合评估指标值。研制基于动态重构策略的15 kW/30 (kW·h)梯次利用电池储能系统样机,在某典型高可再生能源渗透率主动配网中进行为期10 d的现场挂网试验,以试验数据为算例对提出方法的有效性进行验证。算例分析表明:梯次利用电池储能系统运行电气量特征良好,能够减少主配网功率交换量,平抑功率波动,提高可再生能源消纳。     

基于层次分析法的梯次利用电池储能系统运行性能量化评估

针对主动配电网中梯次利用电池储能系统运行性能评估问题,考虑梯次利用电池储能系统运行效益和电气量特征,提出一种基于层次分析的评估方法。构建储能系统运行性能量化评估框架,以主配网功率交换量和波动性改善程度为指标衡量储能系统运行效益,以并网点电压波动、三相不平衡度和电流谐波含量为指标衡量储能系统运行电气量特征。利用层次分析法确定各同层量化指标间的相对权重,由底层量化指标逐层向上线性加权计算得到储能系统运行性能综合评估指标值。研制基于动态重构策略的15 kW/30 (kW·h)梯次利用电池储能系统样机,在某典型高可再生能源渗透率主动配网中进行为期10 d的现场挂网试验,以试验数据为算例对提出方法的有效性进行验证。算例分析表明:梯次利用电池储能系统运行电气量特征良好,能够减少主配网功率交换量,平抑功率波动,提高可再生能源消纳。     

基于先进绝热压缩空气储能的区域综合能源系统优化策略

先进绝热压缩空气储能(AA-CAES)装置作为目前最具潜力的储能装置,能更好地促进区域综合能源系统对新能源的消纳、传统能源的高效利用并降低环境污染.本文建立了一种含先进绝热压缩空气储能装置的区域综合能源系统供能优化模型,分析了先进绝热压缩空气储能装置的储能特性以及区域综合能源系统的电功率平衡、热功率平衡和各类供能装置的运行约束.利用GAMS优化软件求解传统区域综合能源系统模型和本文所建立模型在日周期内的运行成本,从环保性和经济性两个方面进行比较,结果表明本文所建立的模型在降低成本、促进新能源消纳和节能减排方面是有效且可行的.     

超级电容器储能系统在风电场中的应用研究

针对并网风电场输出功率随机波动引起的电网频率振荡、电压波动与闪变,对超级电容器储能系统抑制并网风电场输出功率随机波动进行了研究。根据实际风电场和风电机组运行特点分析并确定超级电容器储能系统的具体安装地点;结合有功功率和无功功率解耦控制,设计了抑制风电场输出有功功率和无功功率的波动的超级电容器储能系统控制策略。最后以某实...     

含多种可再生能源和冷储能装置的冷电联供系统经济优化调度模型研究

基于能源互联网理念的提出和可再生能源的快速发展,计及储能装置的运行特性,考虑冷电联供的经济性,兼顾系统的环保性和节能性,以综合成本为目标,搭建了含风电、光电等多种可再生能源和冷储能装置的冷电联供系统优化调度模型。基于对冷负荷需求和风电、光电出力的日前预测,采用自适应布谷鸟算法求解模型,得到不同运行方案下各机组的最佳调度方案。通过算例仿真发现,含有多种可再生能源和冷储能装置的冷电联供系统可以充分发挥可再生能源发电特有的经济、环保优势,减少了一次能源的消耗。仿真结果验证了模型的有效性。     

基于CVaR的高比例光伏区域综合能源系统优化调度

在“双碳”目标的驱动下，以光伏为代表的分布式能源正大规模接入配电系统与配气系统，二者间的耦合也更加紧密，为低碳可持续能源系统的构建带来了新的机遇，然而，由于分布式能源的随机性，其也不可避免的造成了两个系统间潜在的运行风险。基于此，本文提出了一种高比例光伏渗透率下区域综合能源系统多时间尺度优化调度模型。首先，在高光伏渗透率的前提下，建立了考虑储能设备的电-气区域综合能源系统日前调度模型，利用二阶锥松弛将模型线性化。其次，基于CVaR风险评估模型的理论基础，建立并简化了损失函数。接着，在实时调度过程中考虑CVaR风险评估模型，建立了考虑CVaR风险评估的区域综合能源系统实时调度模型，以平衡不同风险态度下新能源不确定性导致的风险成本。最后，将前述两个模型合并，建立了区域综合能源系统日前-实时多时间尺度调度模型，分析区域电力系统与区域天然气系统之间的相互作用与能量流动。在算例分析中设计了不同的负荷强度方案对模型进行验证，分析了不同方案下系统购电量与不同设备运行参数的变化。结果表明，所提模型可以有效缓解因新能源随机波动带来的运行风险，同时考虑耦合设备的运行调控能够促进区域综合能源系统的耦合运行并取得良好经济效益。     

地下蓄能能量传输与传热研究

面对能源与环境日渐紧张的局面,可再生能源的使用成为解决这一问题的有效手段.地下浅层作为地下蓄能与地源热泵的能源库被认为是目前最具清洁环保特征的绿色能源利用技术.本文在分析地下蓄能换热器的传热机理中,提出套管式地下换热器的管内流动与岩土传热耦合的数学模型,在饱和岩土无渗流状况下,分析研究流体出口温度和岩土温度时变动态特性...     

可再生能源采暖系统的能耗分析

我国可再生能源资源潜力大,在未来的建筑采暖能源供应中可以形成举足轻重的地位;笔者以长春地区某建筑为依据,对太阳能采暖系统、地源热泵系统,以及常规能源系统（燃气锅炉）的热源部分进行了详细的能耗分析和比较,得出严寒地区冬季采暖选用地源热泵采暖系统节能效果显著的结论．为长春市及严寒地区利用可再生能源供暖提供可靠的节能性数据．     

太阳能-土壤源热泵系统仿真建模及运行研究

基于太阳能-土壤源热泵系统各部件之间的耦合关系,建立了太阳能-土壤源热泵系统中热泵机组、地下埋管换热器、太阳能集热器及蓄热水箱等各组成部分的仿真模型,对某一实际工程应用DeST软件计算建筑物负荷,并建立了太阳能-土壤源热泵系统的模型,分析研究了该系统在动态和静态两种运行模式下的性能特征,并得出两种运行状态下系统平均制热性能系数COPh值分别达到3.5和2.98.     

太阳能跨季节储热耦合热泵系统性能影响因素分析

通过建立太阳能跨季节储热耦合热泵系统物理模型和非稳态传热数学模型,利用VisualBasic软件对太阳能跨季节储热耦合热泵系统性能进行了仿真模拟,并对集热器循环水泵启动温度、储热时间段、水箱容积与集热器面积比(V/A)和地下储热循环水泵启动温度等因素对系统性能的影响进行了模拟计算与分析.研究结果表明,在进行太阳能跨季节储热耦合热泵系统设计和系统运行性能分析时,需要综合考虑上述因素的优化配置,以此才能保证系统运行可靠、经济和节能.     

大规模可再生能源电解水制氢合成氨关键技术与应用研究进展

新能源的快速发展为电力和化工行业带来了机遇和挑战，一方面，由于可再生能源电力消纳问题导致大量的弃水、弃光等能源浪费，另一方面，以绿氢为原料替代碳基化石能源合成氨，可以极大地减少化工行业的碳排放。因此，利用水力、光伏等可再生能源电解水制氢，为合成氨提供绿色原料，可显著提升可再生能源消纳能力，降低能耗与碳排放，服务国家“碳达峰、碳中和”目标。然而，可再生能源电力电量的波动性难以适配传统合成氨生产过程的平稳性要求，大规模可再生能源电解水制氢合成氨的设计与运行依然存在诸多挑战，亟需开展系统性研究突破适应可再生能源波动特性的大规模电解水制氢合成氨系统的集成与调控关键技术。对此，本文首先对可再生能源电解水制氢合成氨的工艺组成及过程进行介绍，包括电解水制氢工段、压缩缓冲工段、化工合成氨工段，进而提出该系统建设的关键技术体系，包括可再生能源波动条件下的合成氨工艺流程优化和柔性调控技术、考虑“电-热-质”耦合的大规模电解水制氢系统的模块化集成和集群动态控制技术、计及可再生能源波动性与化工多稳态特性的“源-网-氢-氨”的全系统协同控制技术、计及电、氢、氨等要素的全方位安全防护与市场运营机制。针对适用于柔性生产的合成氨工艺优化及多工段协同调控技术，在考虑氢储供量与催化剂性能下，综合合成塔、压缩机、气体分离、换热网络等子系统开发了合成氨高保真代理模型；研究了可再生能源供给和市场需求波动下，充分考虑操作安全性和过程经济性的电解水制氢合成氨各子系统的适配方案与协同控制技术。针对大规模电制水制氢系统模块化集成和集群动态控制技术，基于奇异摄动和代理模型技术研究了集群系统多时间尺度时域仿真方法，建立了电解集群系统多物理耦合状态空间模型；综合考虑了模块启停组合调度、模块间功率分配调度及模块自身灵活调节，计及安全运行区间及电热气接口特性约束，以提高氢产量、提升能量利用效率、改善水光电源消纳和跟踪电网调峰调频指令为目标，构建了集群系统多目标分层调度与控制模型。针对氢能参与电网的全系统协同控制技术，研究了水光互补发电、电制氢、储氢、合成氨、储氨多工段间稳态运行特性的多工段间灵活运行方法，以及电制氢合成氨系统柔性动态协同控制方法；综合采用了静态等值和参数聚合等方法降维和等值电制氢合成氨系统仿真模型，研究了源网氢氨协同提升系统安全稳定性的优化控制方法和技术指标；结合电网调频和调峰特性，研究了电制氢合成氨系统参与电力辅助服务的策略。建设大规模可再生能源电解水制氢合成氨系统，提高可再生能源本地消纳率和并网调度友好性，降低化工碳排放，具有显著社会效益和战略意义。     

基于经济性和环保性的区域综合能源系统优化调度研究

发展区域综合能源系统是提高能源利用率、缓解可再生能源消纳问题及改善环境的重要途径。对区域综合能源系统各类设备进行了建模,以经济性最优及一定环保性为目标,建立了区域综合能源系统优化调度模型,然后采用混合整数线性规划模型对实例问题进行求解,并以夏季典型日为例,分析说明了优化调度结果,以验证模型和优化算法的可行性和经济性。     

考虑碳排放的社区级综合能源系统优化模型

随着能源危机和环境污染的压力越来越大,综合能源系统得到了大力的发展和推广。提出了社区级综合能源系统（CIES）的基本架构和运营策略,从经济性和碳排放两方面进行分析,建立了包含直接运行成本和综合碳成本的目标函数,考虑功率平衡、发电设备出力限制、联络线传输功率、储能装置容量和储能装置充放电等约束条件,并采用遗传算法进行求解。仿真结果表明,优化模型具有较好的低碳综合效益优势,有助于加快低碳经济的发展。