面向能源互联网的零碳园区优化规划关键技术与发展趋势

碳中和、碳达峰的践行,零碳园区是重点之一。新型电力系统背景下,园区的电力能源供应具有水/电/气/热高度融合、源网荷储强不确定、一二次拓扑结构复杂多样等特点,现有的规划设计技术较难满足其应用需求。为此,以零碳园区为主要研究对象,对其优化规划设计的研究现状、关键技术与未来发展趋势展开讨论。首先,从能源互联的角度阐述了零碳园区的内涵架构与其规划设计技术研究现状;其次,归纳并阐述了零碳园区包括能源-交通系统耦合、多能互补、能量梯级利用、需求响应、渐进式规划等优化规划关键技术;最后,从共享理念、数字孪生与云储能等方面分析了园区规划未来的发展趋势,从理念应用、学科交叉、信息融合与态势感知等角度指明了园区规划的技术挑战与研究方向,以期为我国面向能源互联网的零碳园区的发展提供更有力的技术支撑。     

计及效率的综合能源系统多目标优化调度方法

综合考虑综合能源系统(IES)在能效、经济、环境等多目标上的优化调度需求,提出一种IES的多目标优化调度模型及求解方法,以实现多能互补IES的节能减排、经济运行与环境友好调度运行。首先建立了满足IES在能效、经济、环境等方面的优化调度需求的多目标函数模型,并在能效目标函数中引入■效率,实现多能耦合系统的高效、高质量用能;其次建立了适用于多目标优化调度的IES数学模型,并通过模型凸松弛等方法保证模型的凸性,提高问题求解效率;再次建立了多目标优化调度问题帕累托前端的求解及运用方法,利用多目标凸优化问题的标量化方法进行模型转换,从而求解多目标凸优化问题,并提出筛选方法,用于从帕累托前端中筛选得到综合性能较好的调度方案;最后结合贵州省某IES算例仿真,验证了所建立多目标优化调度模型与求解方法在满足区域IES由于多能耦合而带来的多目标调度需求上的可行性。     

考虑综合需求响应的综合能源系统多能协同优化调度

在能源互联网迅速发展的背景下,综合能源系统多能耦合互补特性为需求侧参与系统调度提供了更大的优化空间,如何建立切实有效的多能源、多类型需求响应模型对提升系统运行性能具有重要意义。为此,建立了考虑激励型、替代型和基于实时定价机制的价格型多能源、多类型需求响应精细化模型,在此基础上,以电、气、热、冷多能耦合园区系统为研究对象,考虑系统运行、需求响应、用户用能满意度等约束条件,提出了考虑综合需求响应的综合能源系统多能协同优化调度策略。算例分析结果表明所提优化策略能够充分挖掘需求侧资源的调节潜力,在促进能源供需平衡的同时实现了系统多能协同互补与经济运行。     

考虑系统耦合性的综合能源协同优化

综合能源系统(IES)具有多能耦合的特点,可实现电、热、天然气等能源的综合利用,可以最大化地发挥各能源间的协同作用和互补效益。在此背景下,文中构建了一种耦合电能、热能以及天然气能的IES结构,并给出能源耦合度等定义用于IES耦合性的定量分析;建立了以成本为目标的IES优化运行模型,优化模型同时考虑了电、热、天然气网络约束;针对系统运行时的电、热、天然气耦合问题,提出一种基于拉格朗日松弛的协同优化方法,实现了IES多能源优化时的解耦处理;最后,基于71节点的IES测试系统进行仿真分析,验证了所提模型及方法的有效性,并对IES优化结果与系统耦合性的映射关系做了定量分析。     

非侵入式综合能源系统源荷状态联合感知方法

区域(如园区或楼宇)综合能源系统(integrated energy system,IES)的多能流源荷协调运行与优化调控潜力评估分析对整体提升能源互联网的能源利用效率、促进可再生能源规模化发展具有重要意义。然而在实际工程中,普遍可获取的是用户IES与外部能源网络进行能量交换的端口处采集的粗粒度总量运行数据,据此往往难以对用户IES运行状态和特性进行准确分析,无法满足不断提高的IES运行调控需求。对此,以园区电/气/热IES为研究对象,提出基于耦合消元准则的IES非侵入式源荷设备状态联合感知方法,它仅利用在园区与外部电/气/热能源网络进行能量交换的端口处采集到的总量电/气/热运行数据及气象数据,辨识园区内部主要源荷设备的运行状态。总体上,基于IES内部各能源子系统间的耦合特性,按照气-电-热的顺序分别对每个子系统中主体设备的工作状态和(等效)运行功率进行非侵入式辨识。基于实测数据的实验结果表明,所提方法能够以“非侵入”的方式联合感知多能源荷设备的运行状态,精细化辨识园区IES内部主体设备的(等效)功率,具有较强的工程实用性,可为IES的仿真分析和运行决策提供细粒度大数据源。     

大规模综合能源系统电-气-热多能潮流建模与计算方法

为了提高能源利用效率与实现能源清洁供应,综合能源系统IES已成为支撑能源转型的重要技术。研究掌握IES多能流耦合机理,对开展后续系统规划、优化和分析问题的研究具有重要意义。本文提出了一种适用于含电、气、热网络的大规模综合能源系统电-气-热多能潮流计算方法。首先,建立了电力网络、热力网络、天然气网络的稳态数学模型;建立了基于通用能量母线模型的IES耦合环节数学表达形式;在此基础上,采用牛顿-拉夫逊方法对大规模综合能源系统多能潮流计算模型进行解耦求解;最后,通过算例分析验证了所提出方法的有效性。     

综合能源系统潮流及最优潮流计算模型与方法综述

综合能源系统（IES）对促进能源互补利用、提高综合能源利用率具有重要意义,多能流潮流分析关乎IES的规划、运行和控制。本文探究了IES潮流及最优潮流的研究现状,从计算模型和方法2个方面展开综述。介绍IES的发展、结构、多能流计算模型,分别概括和总结IES潮流及最优潮流的问题和求解方法,综合全文,指出当前IES多能流计算的不足及今后的研究趋势和展望。结果表明:目前缺乏对于电-热-气IES的多能流建模与算法的深入探究,较少涉及准稳态及暂态模型,未充分考虑多种能源的互动;能源集线器虽然能够统一描述耦合环节,但应根据实际情况深化耦合环节的建模方法;IES配置多元储能装置能够进一步提高能效率,便于灵活调用能源,但目前的模型很少计及储能装置;现有潮流及最优潮流的算法不够丰富,较少涉及多目标最优潮流,其安全可靠评估体系有待进一步完善。     

面向新型城镇的能源互联网关键技术及应用

面向新型城镇的能源互联网具有多能协同、交易开放的特点,能源互联网技术可改变城镇用户的用能方式,将成为解决中国城镇化过程中未来城镇能源问题的有效途径之一。从多能耦合综合能源系统规划和优化运行、分布式多能“源荷”预测不确定性与市场化交易两个方面,分析了面向新型城镇的能源互联网面临的关键科学问题。在此基础之上,提出了面向新型城镇的能源互联网关键技术及应用的研究体系。从多能网络综合规划、面向多主体的优化调度、分布式能源交易与多能市场机制、全环节能源互联网客观综合评价、面向多能接入和协调运行的互动用能装备以及典型示范工程建设思路等5个方面,阐述了面向新型城镇的能源互联网关键技术具体细节及研究路线。     

数据中心综合能源系统优化运行研究综述

作为数字基础设施的重要载体,数据中心的数量和规模不断增长,导致系统能源消耗与日俱增,运行成本成倍上升。而综合能源系统(integrated energy system, IES)是以电力系统为核心,涵盖供电/气/冷/热等能源产供销一体化的复杂系统,其优化运行可实现对多种能源的综合管理和经济调度,采用IES替代数据中心的供能系统将是降低数据中心运行成本的有效方案。目前对IES的典型架构尚未明确定义,对基于数据中心的IES优化运行问题鲜有研究。首先介绍了IES以及基于数据中心的IES典型物理框架;其次分析了系统中耦合型运行设备的物理模型和能源集线器(energy hub, EH)及其扩展模型在系统中的应用;在此基础上,总结和梳理了国内外IES及基于数据中心的IES的优化运行现状,并提出了基于数据中心的多能源输入-多能源耦合-多能源输出的运行方式;最后,对基于数据中心的IES中能源不确定性及负荷预测、能源动态建模、优化调度策略及效益评价等重点发展方向和潜在的可研究内容进行了展望,以期为未来相关的项目落地、仿真研发等提供参考和借鉴。     

数据中心综合能源系统优化运行研究综述

作为数字基础设施的重要载体,数据中心的数量和规模不断增长,导致系统能源消耗与日俱增,运行成本成倍上升。而综合能源系统(integrated energy system, IES)是以电力系统为核心,涵盖供电/气/冷/热等能源产供销一体化的复杂系统,其优化运行可实现对多种能源的综合管理和经济调度,采用IES替代数据中心的供能系统将是降低数据中心运行成本的有效方案。目前对IES的典型架构尚未明确定义,对基于数据中心的IES优化运行问题鲜有研究。首先介绍了IES以及基于数据中心的IES典型物理框架;其次分析了系统中耦合型运行设备的物理模型和能源集线器(energy hub, EH)及其扩展模型在系统中的应用;在此基础上,总结和梳理了国内外IES及基于数据中心的IES的优化运行现状,并提出了基于数据中心的多能源输入-多能源耦合-多能源输出的运行方式;最后,对基于数据中心的IES中能源不确定性及负荷预测、能源动态建模、优化调度策略及效益评价等重点发展方向和潜在的可研究内容进行了展望,以期为未来相关的项目落地、仿真研发等提供参考和借鉴。     

考虑冰蓄冷空调多模式的工厂综合能源系统多能协同优化模型

综合能源系统(integrated energy system,IES)是实现多能耦合与能量梯度利用的关键技术。工厂是包含多种能源形式的复杂能源系统,存在较大的优化空间。文章针对工厂IES提出一种考虑冰蓄冷空调多种工作模式的多能协同优化模型。首先介绍工厂IES供能架构,并对IES中的各类设备进行建模。然后,以运行维护成本、购电成本、燃料成本和储能折旧成本构成的日运行费用最低为优化目标,在冷热电功率平衡约束以及设备物理约束下,采用混合整数线性规划法对模型进行求解。算例分析表明,多能协同优化策略能够有效减少工业用户的运行费用,设备的不同工作模式也将影响工厂的供能策略。优化模型可根据工厂设备工作模式不同,提供更加准确的优化策略,在工程实际中具有很好的参考价值。     

基于低压直流的园区级综合能源系统关键技术分析与展望

综合能源系统的快速发展对解决能源和环境问题具有重要意义。随着低压直流供用电技术的发展,基于低压直流的园区级综合能源系统有望成为园区级供能的最优解决方案。针对基于低压直流的园区级综合能源系统,从系统建模、源荷预测和规划运行等方面,对其关键技术和研究现状进行了分析和总结。结合相关技术研究进展和发展趋势,分析了基于低压直流供用电的园区级综合能源系统在建模和优化方面亟需攻克的关键问题,并对未来研究方向进行了展望。     

阶梯式碳交易机制下计及电-气-热综合能源系统需求响应优化运行

随着能源耦合的发展及我国碳市场的不断完善,传统电力需求响应已经不能满足双碳背景下多能耦合综合能源系统（IES）的发展现状。为了更深入地挖掘需求侧响应在节能减排中的作用,本文提出一种阶梯式碳交易机制下计及电-气-热IES需求响应的优化运行模型。首先将负荷分为价格类和替代类,分别建立价格替代和热能替代需求响应模型;其次考虑IES参与碳交易市场,结合热电联产机组（CHP）和燃气锅炉（GB）的实际碳排放量,引入阶梯式碳交易机制引导IES控制碳排放;最后以购能成本、阶梯式碳交易成本与运维成本之和最小为目标函数,建立电-气-热IES优化运行模型,并通过四种场景对所建立的模型进行验证。通过对需求侧响应负荷占比及阶梯式碳交易基价和区间长度的分析发现,合理地分配价格型、替代型负荷占比,以及碳交易基价和区间长度,有利于提升系统运行的经济性。     

考虑电热气耦合的综合能源系统规划方法

为了确定综合能源系统中能源设备类型和容量的最优配置,本文提出了一种考虑电、热、气耦合的综合能源系统(IES)设备选型及容量规划方法。首先从可选设备的类型和输入能源的形式出发,建立IES的基本架构。在此基础上,针对设备选型及容量规划问题,建立了以年综合费用最小为目标函数的优化模型,采用混合整数线性规划算法,对设备类型和容量同时进行优化。最后以某IES园区为实例,给出了不同场景下的规划方案,并验证了所提方法的有效性。     

基于离散混合自动机的园区综合能源系统多模式建模与日前优化EI北大核心CSCD

综合能源园区是推进能源系统低碳发展的关键应用场景。针对电、气、冷、热耦合的综合能源园区,给出一种供需互动的园区综合能源系统日前优化方法。基于离散混合自动机(discrete hybrid automaton,DHA)架构,搭建考虑多种运行模式的综合能源系统设备级模型与系统级模型;通过搭建用户空调负荷预测模型,给出基于调节价格的园区需求侧负荷响应机制;通过搭建供需互动的园区综合能源系统双层优化模型,计算在低成本模式与低碳模式下的园区综合能源系统日前优化结果。算例仿真验证了所提建模方法在描述设备运行模式的优势,计算园区供需互动带来的经济效益,并评估园区在低碳运行模式下的减排能力。最后,讨论通过清洁机组与储能设备的升级改造实现零碳园区的可行性,以及在设计规划阶段需要考虑的评估指标。     

计及综合能效的电-气-热综合能源系统多目标优化调度

为了充分挖掘综合能源系统(IES)用能侧的用能潜力以进一步提高能源利用效率,提出一种IES多目标优化调度模型及求解方法.兼顾供能侧与用能侧的协同优化,建立了考虑综合需求响应的综合能效模型并引入优化目标,以系统经济成本最低与综合能效最高为目标建立了电-气-热IES多目标优化调度模型.采用Charnes-Cooper变换对综合能效目标进行线性化,从而实现分式规划问题的准确快速求解,并使用改进ε-约束法得到Pareto前沿集.算例采用修改的IEEE 24节点电力系统、比利时20节点天然气系统与14节点热力系统的耦合系统,对4种场景下的系统经济成本与综合能效进行分析.结果表明,所提模型能够引导电力用户与多能用户合理选择综合需求响应行为,通过供需双侧的协同优化进一步提升IES整体能效,并验证了优化调度结果对于平衡IES经济、高效运行目标的可行性.     

考虑综合需求响应与“双碳”机制的综合能源系统优化运行

针对我国经济社会发展所面临的高耗能、高污染问题,综合能源系统(integrated energy system, IES)为解决能源效率和环境污染等问题提供了新的途径。同时,灵活协调系统内各设备出力是实现系统低碳经济运行的关键前提。为进一步挖掘IES在经济运行与低碳环保方面的调度潜力,提出一种IES低碳经济调度模型。首先,建立一个包含光伏、风电、燃气机组、多种储能、碳捕集与电转气等设备的IES模型,并结合电、气、热负荷能源转换间耦合关系与柔性特征,构建综合需求响应模型。其次,考虑IES加入碳交易市场,引入阶梯式碳交易成本模型,对系统碳排放量进行制约。最后,以包含购能成本、碳排放相关成本以及需求响应补偿成本的系统综合运行成本最低为优化目标,采用CPLEX软件对模型求解。采用CPLEX软件对多种运行场景仿真求解,结果表明：所提出模型可有效降低系统运行成本与碳污染排放量。     

园区能源互联网的规划与运行研究综述

园区能源互联网作为"源-网-荷-储-充"协调互补的能源系统,具有多能耦合互补的特性,有助于降低社会供能成本,提升能源利用效率.首先阐述了园区能源互联网的内涵,对其进行结构划分,并讨论了园区能源互联网的功率平衡模型与电-气-热网潮流模型;然后分别从设备规划、多能流优化调度、负荷侧多类型响应和计及储能的优化调度4个环节对该...     

考虑电热气耦合特性的低碳园区综合能源系统氢储能优化配置

氢储能具有零碳排放、电热气联供等诸多优点,有望成为实现碳中和目标的重要支撑技术.针对工业园区综合能源系统的电热气负荷需求特点以及低碳化发展的总体需要,提出了一种以氢储能作为多种能量形式转换枢纽的低碳园区综合能源系统架构,在分析氢储能单元电热气多能特性的基础上,建立了氢储能多能联储联供模型;进一步地,以投资运行成本以及碳排放为优化目标,提出了园区综合能源系统氢储能单元优化配置模型.基于实际算例分析了清洁能源发电及热电负荷特性、碳减排政策、氢储能投资成本等关键因素对综合成本及碳减排目标的影响,验证了通过配置氢储能降低园区综合能源系统供能成本和碳排放的可行性,并指出了其典型的适用场景.     

多能优化调度在智慧能源管控平台中的应用

综合能源系统对于提高能源利用效率、节能减排、加强能源安全、优化能源结构方面起到积极作用。结合新型智慧能源运营公司配用售一体化管理以及综合能源管控的实际业务需求,分析区域智慧能源管控平台的物理架构、功能需求,并指出平台开发中所应用的关键技术。在考虑智慧园区多能平衡、多样化用户需求和多变场景的基础上,介绍面向智慧园区的综合能源能量管理系统架构及功能,并且建立了智慧园区日前经济优化调度模型,给出了最优调度运行结果。