区域综合能源系统规划研究综述

区域综合能源系统作为能源互联网的重要物理载体,对提高综合能源利用效率、消纳可再生能源、保障供能安全可靠及节能减排具有重要意义。对区域综合能源系统进行合理有效规划,要打破行业壁垒,从技术、政策、地域等多方面实现突破。文中对区域综合能源系统规划中的多能耦合理论、负荷预测方法、技术经济性分析、规划优化建模与求解等关键问题进行了系统地总结归纳,对各问题所涉及的国内外研究现状、存在问题及难点进行了分析与概括。结合目前最新研究进展,概括了全面涵盖区域综合能源系统源、网、荷、储等环节的通用性能流模型、规划模型及求解流程,并对未来的研究方向进行了展望。     

考虑能量品质的区域综合能源系统多目标规划方法

区域综合能源系统(RIES)由于广泛涉及电/气/热/冷等多种能量形式耦合,其规划工作面临诸多挑战。提高能量利用效率是RIES规划的重要任务之一,传统能量效率的定义仅计及了能量在数量上的变化,却忽视了能量在品质上的差异,无法准确地衡量RIES的能量利用水平。文中提出使用兼顾数量和品质的效率作为衡量RIES能量利用水平的标准。首先,定义了能量品质系数的概念用以量化不同形式能量的品质差异,并提出基于黑箱模型的RIES总体效率计算方法。然后,建立了五层级能源集线器模型用以处理多能耦合问题,确保区域能量供需平衡。接着,以经济性和效率为优化目标构建了RIES多目标规划模型,设计了兼顾规划与运行的双层优化结构,并联合运用改进的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)和内点法实现模型高效求解。最后,选取广州市某工业园区RIES作为算例对所提方法进行验证。     

基于多能互补的综合能源系统多场景规划案例分析

综合能源系统存在冷热电气多种能源形式、多方利益主体、差异化用能需求等特点,如何统筹协调多种能源互补特性,通过源-网-荷-储等各环节灵活配置,实现可再生能源就地消纳,提升系统综合能效,是综合能源规划所面临的关键问题。结合北方某园区综合能源系统规划实例,对多场景规划理念进行了探讨,分别对能源需求预测分析、综合能源站子系统规划场景设计、建设时序及多能互补协同效益等规划环节进行了深入的分析,可为相关区域综合能源系统规划项目提供参考。     

区域能源互联网多能系统规划决策关键技术及应用

本文在剖析能源互联网发展新趋势基础上,深入分析区域能源互联网多能系统的发展挑战并对多能系统的规划决策技术开展深入研究,针对多能系统中多能能量规划、响应建模、系统多能节点调度分析与系统运行发展评价等现实需求设计了求解办法。同时,构建了基于“大云物移”新技术的信息通信支撑体系,实现多能系统的信息互通与共享。并以浙江能源互联网实际需求为基础,对能源互联网多能系统规划决策关键技术进行了案例验证,以此为基础搭建了能源互联网多能系统综合能源管理系统架构,包括业务架构、数据架构、技术架构与系统布置等,为能源互联网多能协同规划、优化控制与科学评价的系统实现提供了参考。     

考虑多能负荷不确定性的区域综合能源系统鲁棒规划

提出了一种考虑冷电热多能负荷不确定性的区域综合能源系统鲁棒规划方法。基于能源集线器(energy hub,EH)模型,建立了含冷电热三联供、燃气锅炉、集中式制冷站在内的区域综合能源系统模型;根据历史/预测年8 760 h多能负荷数据,通过k-means聚类分群方法得到多个典型日负荷场景,以上下界区间描述负荷不确定性,形成鲁棒规划模型;将相应鲁棒规划模型等价转化、形成子问题为凸的混合整数规划模型求解。算例结果证明了该规划方法的有效性,同时体现了综合能源系统多能互补集成优化效益。     

考虑互联互动的区域综合能源系统规划研究综述

以互联互动为特征的区域综合能源系统(district-level integrated energy system,DIES)对建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系至关重要.首先,从互联和互动两个维度,分别分析多能流耦合、多系统融合、多区域联合的互联形态和多环节、多主体、多时间尺度的互动机制对DIES的影响;然后,梳理...     

考虑可再生能源接入的综合能源系统规划评述与展望

建设多能耦合的综合能源系统是解决可再生能源消纳问题的有效途径之一。可再生能源的接入大大增强了综合能源系统的不确定性,如何合理分析并应对不确定性带来的影响是综合能源系统规划研究中的重要课题。文章首先总结了可再生能源接入下综合能源系统的典型结构。然后,梳理了综合能源系统多能负荷预测方法和多能流分析技术的研究成果,进一步从能源站规划、能源网络规划和站网联合规划3个方面归纳总结了考虑可再生能源接入的综合能源系统规划研究进展。最后,从可再生能源消纳新场景探索、考虑可再生能源接入的多能流分析技术、考虑多重不确定性的综合能源系统规划和考虑多能需求侧管理的综合能源系统规划4个角度展望了未来可能的研究方向。     

基于广义多能流模型的综合能源系统多阶段规划

综合能源系统打破了不同能源子系统之间的壁垒,提高了供能可靠性和能源利用效率。在工程中,综合能源系统规划周期较长,并以单阶段规划方法为主。但该方法易造成规划前期设备利用效率不高、规划后期设备容量不足与供能可靠性下降等问题。针对单阶段规划方法的不足,提出了一种基于广义多能流模型的综合能源系统多阶段规划方法。首先建立了广义多能流(multi-energy flow,MEF)模型;其次以全生命周期成本最小为目标、以广义多能流网络方程为约束,建立了综合能源系统多阶段规划模型,采用混合整数线性规划算法对其进行求解,从而得到各规划阶段的设备和线路配置方案;最后,以华北某待建园区综合能源系统为例进行了仿真分析,验证了多阶段规划的有效性和经济性。     

计及不确定性的综合能源系统容量规划方法

计及分布式可再生能源不确定性因素的综合能源系统(Integrated Energy System,IES)规划更加接近实际情况,也是实现多能协调和IES优化运行的基础.考虑光伏发电出力的间歇性和波动性,提出了一种计及不确定性的含冷、热、电、气多能流的综合能源系统容量规划模型及其求解方法.首先,为了精确地模拟光伏发电的不...     

基于源网荷储的综合能源多能互补协同优化规划

传统的综合能源多能互补协同规划方法采用互联互动的原理对综合能源能量流进行分析,无法获取精度较高 的综合能源多能互补同步发电单元输出特性,导致能源能量流规划效果较差,增加了能源功率损耗.基于此,引入源网 荷储,提出了一种全新的能源多能互补协同优化规划方法.根据复合电站反调峰特性与随机波动特性,设计复合电站多 能互补机制,获取间歇性资源利用率与复合电站每小时的出力,在此基础上,基于源网荷储理念,建立综合能源规划数 学模型,得出综合能源多能互补同步发电单元的输出特性,将能源多能互补同步发电单元输出特性与储能单元相结合, 对综合能源多能互补协同储能进行优化,提高机组吸纳与提供电能的能力.根据实例应用可知,通过提出方法进行综合 能源多能互补规划,风电机组与光伏机组出力功率较小,能够有效降低综合能源多能利用过程中产生的损耗.     

离岸微型综合能源系统多目标随机规划

离岸微型综合能源系统与海洋工程的生产工艺环节结合紧密,并独立运行。因此,如何在克服生产工艺环节或外界环境不确定性影响的同时,尽可能减少CO_2的排放,并尽量节省成本是其规划的难点。文中从综合能源系统优化规划的角度,根据能源集线器的思想,建立离岸微型综合能源系统的电-热-CO_2耦合模型,构建以总成本最小、CO_2排放量最少为目标,以电、热网络平衡等条件为约束,并考虑生产工艺环节和外界环境不确定性影响的多目标随机规划模型,进而利用多目标进化算法求解该模型,实现兼顾成本与环保的离岸微型综合能源系统多目标优化规划。通过海上油气平台群及全电舰船的微型综合能源系统的优化规划,验证了所提方法的可行性与有效性。     

考虑多元储能差异性的区域综合能源系统储能协同优化配置

储能作为综合能源系统融合的纽带,如何配置电/热/冷多能存储是综合能源系统规划中的重要研究内容.该文提出考虑电/热/冷多元储能差异化建模的区域综合能源系统储能协同配置方法.多元储能协同配置的基础是耦合能量流和储能特性描述,在耦合能流上明确含电/热/冷三种能量形式的综合能源系统结构,并建立电-热网络模型;在储能特性描述上基于储能统一模型建立电储能有功-无功特性模型和热/冷储能精细化模型,并定义多元储能综合效率用于控制不同类型储能效率对能源综合利用效率和经济性的影响.建立多元储能协同配置模型,该模型用于得到多元储能额定容量、功率、位置等规划方案,以经济性、环保性为目标,有机融合了典型日优化运行;采用遗传算法和Gurobi求解器相结合的混合策略求解.算例表明多元储能协同配置、协调运行具有优越性;考虑多元储能之间的统一性和差异性有助于得到更加全面的储能配置方案.     

考虑源荷互动的综合能源社区分布式优化

随着能源市场的改革,社区综合能源系统各主体的分布式自治特征愈发明显,对传统集中式模式的计算和通信能力提出了挑战.考虑柔性负荷通过智能楼宇接入综合能源社区,形成分布式源荷互动模式,提出了基于目标级联分析理论的分布式优化调度模型.首先,将综合能源服务商和智能楼宇作为不同利益主体,以运行成本最低为目标,建立各自的优化自治模型.其次,引入目标级联分析方法,通过将购电功率等效为虚拟发电机与虚拟负荷实现不同主体间运行的解耦.最后,通过算例验证了所提方法的有效性,为综合能源社区运行提供了更为经济的运行方案.     

考虑多能碳流约束的区域综合能源系统双层博弈扩展规划

随着能源和环境的问题逐渐受到社会重视,碳减排已经成为各类系统规划问题的研究要素,综合能源系统以其多能耦合的独特性对减排提效有着重要作用。以此为研究背景,提出一种考虑碳约束的双层Nash-Stackelberg博弈扩展规划方法。依据比例分摊原则建立系统线路碳流率和节点碳势计算模型,构建了考虑多能碳流约束的电网公司、天然气公司和能源站三大主体的规划收益模型,采用了不动点迭代的双层Nash-Stackelberg博弈规划方法,利用粒子群优化算法求解博弈模型,并引入Kriging元模型提高寻优效率。算例结果验证了所提方法的合理性和有效性,博弈规划满足了市场三大主体各自利益的最大化,而多能碳流约束的引入有利于引导投资方增加绿电设备的建设。     

考虑电动汽车互动的综合能源系统扩展规划

考虑了热电联产机组（combined heat and power， CHP）以及电动汽车充电站，对具有一定时间跨度的电-气混联综合能源系统规划进行探索。采用基于YALMIP环境下的CPLEX求解器对发电机组、燃气锅炉、CHP机组、输电线路和天然气管道的选址定容问题进行规划，并分场景比较电网与热网耦合及未耦合情况下的运行建设成本，最后将电动汽车充电站纳入规划范围，分别评估几种配置下的系统经济效益。最后，采用6点的综合能源系统模型对提出的方法进行了验证说明。在综合能源系统中采用CHP机组后（场景2）总成本降低17.340百万美元，加入电动汽车负荷后（场景3）总成本降低14.602百万美元。结果表明，电动汽车负荷对降低综合能源系统规划总成本具有显著作用。     

考虑不确定性因素的综合能源系统协同规划研究

为提高新能源高比例接入的综合能源系统能源配置效率,对新能源不确定性建模和综合能源系统协同规划进行了深入研究.首先描述了风电出力和电动汽车充电负荷的不确定模型.然后提出一种基于随机模型的最大熵方法对风电出力和电动汽车充电负荷的边缘概率分布进行建模,并采用主成分分析方法提取典型运行场景集;考虑园区内供冷期、供暖期和过渡期三...     

考虑外部碳交易效益的综合能源系统多阶段规划

综合能源系统能够通过设备耦合实现系统内各种能源间的协调优化,满足用户安全高效的负荷要求.双碳目标的提出对综合能源系统中的碳排放量提出了更高的要求,为协调综合能源系统在全生命周期内的低碳性和经济性需求,本文提出了一种考虑外部碳交易效益的综合能源系统多阶段规划方法.通过深入分析碳交易机制,计及综合能源系统不同建设阶段的负荷...