基于改进遗传算法的园区综合能源系统规划研究

通过能源综合化建设来实现终端能源的高效化,成为当前支撑碳中和碳达峰的重要途径之一。针对园区能源系统能效提升、规划配置等问题,提出了园区综合能源系统经济-能效多目标优化规划模型。分析园区综合能源系统的基本结构,以年总成本、综合能效为优化目标,并考虑能源规划投资和能源运行安全的各类约束,建立了园区综合能源系统多目标优化规划模型;然后,基于NSGA-II算法和融合模拟退火算法的特点,融合模拟退火算法的搜索机制改进NSGA-II的求解性能;最后,以我国某园区为例验证模型和算法的有效性。     

园区综合能源系统规划及优化配置方案

综合能源系统的优化配置直接影响到投资效益和运行效率，是综合能源系统规划的关键之一。该文面向园区级综合能源系统，对影响规划的内外部主要因素进行定量分析；在此基础上，提出一种以园区综合能源系统全寿命周期等值年成本为目标的优化配置方法，并以我国南方某园区能源站为例，进行系统优化配置。通过对不同供能设计方案的对比分析，提出合理的优化配置方案，为园区综合能源系统规划提供技术支撑。     

考虑联络线峰谷差和电网运行效益的综合能源系统规划

针对当前综合能源系统规划未考虑联络线峰谷差对电网运行的影响,提出了考虑联络线峰谷差和电网运行效益的综合能源系统规划方法。以电网全年运行费用和综合能源系统年费用标幺值之和最小为目标,以联络线传输功率为约束,建立了综合能源系统优化规划模型;利用精英保留策略遗传算法和分支定界法求解综合能源系统设备配置及优化调度,采用最优潮流求解计及联络线实际传输功率的电网运行效益。对改进的IEEE 30节点系统进行仿真分析,验证了所提模型的有效性;同时,控制联络线峰谷差率可以降低电网安全运行风险,减少综合能源系统接入带来的电网运行成本。     

含碳捕集装置的电气综合能源系统低碳经济运行

面对当前电气综合能源系统在新能源消纳、低碳性方面存在不足的问题,在系统中引入碳捕集装置进行优化.首先通过弃风惩罚因子将弃风量转化为弃风成本,以系统运行成本与碳排放量为多目标建立一种含碳捕集的电气综合能源系统低碳经济运行模型,使用法线边界交叉法构造多目标问题的Pareto前沿,并利用模糊隶属度函数选择出综合满意度最大的解作为折中解,其次通过算例对比了三种场景下的优化结果,分析了系统弃风量受电转气原料成本的影响情况,验证了将捕集的CO2作为产气原料能够有效提升电转气的运行效益,增强系统的风电利用率与运行经济性;最后对多目标下碳捕集的运行造成系统经济性与低碳性产生的矛盾关系进行了研究,证明了碳捕集能够有效提升综合能源系统的碳减排能力.     

计及用户可响应负荷的区域多能源系统运行优化模型

构建综合能源系统是促进可再生能源消纳,实现多类型能源协同互济,提高能源利用效率的重要途径。文章在考虑系统运行成本、CO2排放强度以及可再生能源消纳效益的基础上,构建兼容用户可响应负荷的区域多能源系统(regional hybrid energy system,RHES)多目标优化模型。通过约束转化和模糊满意度决策法(fuzzy satisfying decision method,FSDM)将上述多目标混合整数优化问题转化为单目标优化问题进行求解。通过算例仿真,可以得出:文章构建的RHES多目标优化模型可实现系统运行成本、排放成本和可再生能源消纳效益的综合优化,同时用户可响应负荷能够对系统的热-电负荷进行优化,从而进一步降低系统整体的运行和排放成本。     

考虑阶梯碳交易和最优建设时序的园区综合能源系统规划

园区综合能源系统可以实现多种能源之间的多能互补、协同优化,对于节能、增效、降碳具有重要意义。针对含电、气、热多种能源类型的园区综合能源系统,提出一种考虑阶梯碳交易和最优建设时序的规划模型及求解方法。文章构建阶梯碳交易成本计算模型,并加入碳达峰、碳中和的“双碳”约束以制约园区的碳排放量;以计及投资成本、运维成本、碳交易成本、残值费用的全寿命周期费用现值最小为优化目标;通过混合整数规划进行模型算法求解,得到园区综合能源系统各设备的投建年份和容量配置方案。通过建立多个典型规划场景进行联合对比,验证了该规划模型在减少碳排放、降低系统成本等方面的有效性,并探讨了碳交易基准价格、投建次数和双碳约束对规划结果的影响。     

计及碳中和效益及清洁能源消纳的虚拟电厂双层协同优化调度

为实现碳达峰,提高电网对高渗透率清洁能源的调控能力,亟需对焦低碳视角的调峰调频资源。虚拟电厂可以有效地控制其内部分布式能源且兼容性强,可作为低碳型调峰调频资源,建立高效的分布式能源体系并促进清洁能源的配置与消纳。虚拟电厂双层协同优化调度模型,首先考虑分布式主体运行时的碳中和成本,建立以经济性和碳中和效益为目标函数、以各种负荷供需平衡和耦合设备运行限制为约束的多时间尺度优化模型;然后依据搭建的系统模型进行计算分析。分析结果表明,引入储能设备可以降低综合能源系统的运行成本,提高能源的利用率,平抑清洁能源和负荷的随机性和波动性,为面向高渗透率和碳排放约束的虚拟电厂系统优化运行提供支撑。     

基于园区IES购电方案优化的低碳运行模型

由于长期处于粗放型的规划建设与运行管理模式，工业园区的能耗普遍偏高，二氧化碳排目前排放量已超过全国总排放量的30%，因此工业园区减碳迫在眉睫。为此，首先建立了考虑风机、光伏、储能、碳捕集、热电联产等环节的冷热电联供的园区级综合能源系统模型，利用生命周期法辅助计量园区中的直接碳排放，并基于碳排放流理论，通过节点碳势实现园区购电产生间接碳排放的精准计量。最后基于园区购电方案优化和节点碳势动态计量间接碳排放，分别以日运行成本和园区总碳排放为优化目标，构建园区综合能源系统的低碳运行模型。算例表明，与日运行成本优化相比，以减少碳排放量为优化目标的模型成本增加了15.95%，而园区排碳量减少了19.07%，碳交易成本减少了53.43%。证明引入节点碳势计量园区间接碳排放，并基于此优化购电方案的运行策略能实现减少碳排放的目标，更好地响应“双碳”目标的实现。     

考虑综合需求响应的综合能源系统优化运行

提出一种考虑综合需求响应的综合能源系统容量配置和优化运行方法。首先,构建综合能源系统,进一步介绍了各单元设备运行原理,分析可控类型负荷参与综合能源系统需求响应的原理。然后,建立设备容量配置及运行策略的双层协同规划模型,以规划总成本最低为目标建立上层容量配置模型,以运行成本最低为目标函数建立下层优化运行模型,分别利用差分进化算法和CPLEX线性求解器求解双层规划模型。最后,以典型日内综合能源系统负荷需求、用能价格等数据为例,通过算例分析验证了本文所提模型的实用性和有效性。     

计及碳抵消-碳交易下天然气管网压力能发电的IES低碳经济优化调度北大核心CSCD

为控制能源消耗产生的碳排放,响应实现碳达峰、碳中和目标,提出计及碳抵消的阶梯式碳交易机制。考虑天然气管网压力能发电所具有的经济效益和环境效益,根据电、热、气多种能源互补特性及能源梯级利用原则,构建电-热-气联供的综合能源系统低碳经济优化调度模型,并进行算例分析。首先,建立包含碳抵消的碳交易机制,将环境成本纳入系统经济优化目标中。根据[火用]分析法建立天然气管网压力能发电模型,结合系统中其他机组出力模型及能量传输网络模型,确定相关约束条件。以最优系统运行成本和最低碳排放量为目标,构建综合能源系统整体框架,依据算例进行低碳经济优化调度,实现降低系统运行成本,减少能源消耗碳排放量,并避免电力负荷波动对上游电网产生不利影响。     

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。     

基于主从博弈的配电网-多综合能源系统协调规划

为充分利用综合能源系统(IES)潜在的可靠性价值,延缓电网投资,降低供能成本,提出一种基于主从博弈的配电网-多IES协调规划模型。确立配电网投资运营商(DSO)与IES投资运营商在供需互动下的主从博弈关系;利用奖惩协议提出考虑可靠性差异的DSO电价定价模型,在价格机制作用下,建立主从博弈规划模型,上层领导者DSO以利润最大为目标同时优化电价制定和扩展规划策略,下层跟随者各IES投资运营商以成本最小为目标同时优化规划和运行策略;通过算例验证了主从博弈规划方法能够提高各主体的经济效益,降低整体供能成本,同时分析了用户可靠性需求变化对各主体投资规划以及整体供能成本的影响。     

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。     

考虑生物质供给价格弹性的工业园区综合能源系统规划

针对以生物质联供机组为核心的综合能源系统(integrated energy system,IES)在实际运行过程中存在的生物质燃料收集困难、供应不稳定等问题,文章提出了一种考虑生物质供给价格弹性的综合能源系统规划方法。首先,基于生物质收购价格弹性理论建立了秸秆收集成本模型,并将其引入工业园区综合能源系统双层规划中。其次,上层模型以设备规划容量及秸秆收购价格为优化变量,以年化综合费用最小为优化目标;下层模型以设备逐时出力及秸秆消耗量为优化变量,以考虑价格弹性的秸秆收集成本在内的年运行成本最小为优化目标,并采用粒子群算法和CPLEX工具箱进行联合求解。最后,以吉林省某典型工业园区为算例验证了所提规划方法更贴合工程实际情况,具有更加优越的经济性。     

孤岛型多能互补系统的规划与运行优化模型研究

在能源互联网高速发展的背景下,如何提高孤岛型多能互补系统(Integrated Energy System,IES)的经济性与稳定性,已成为该领域的重点研究内容.文章构建了计及容量配置与运行调度的孤岛型IES两阶段优化模型.在规划阶段,根据孤岛型IES的能源供给特性,负荷结构特性及设备运行特性,构建了孤岛模式下IES的...     

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。     

含碳-绿色证书联合交易机制的综合能源系统日前优化调度

随着能源互联和低碳电力的持续推进,综合能源系统(IES)将成为节能减排的重要载体.结合碳排放权交易(CET)和绿色证书交易(GCT)机制,提出含碳-绿色证书联合交易机制的IES优化运行模型.在分析CET和GCT机制的基础上,搭建碳-绿色证书联合交易市场框架,打破传统碳和绿色证书市场交易的壁垒;综合考虑IES的购电成本、购气成本、设备运行维护成本,建立考虑条件风险价值的碳-绿色证书联合交易模型,并将其引入IES运行优化模型中.算例结果表明:在IES中考虑CET和GCT机制具有较高的经济性与可行性,可提高可再生能源消纳率并减少系统碳排放量.     

考虑能量-辅助服务下的园区综合能源系统多时间尺度优化模型

在“双碳”目标下,构建以新能源为主体的新型电力系统必将推动用户侧参与能量的实时平衡调控。在具有冷、热、电、气多能运行的综合能源系统中,通过结合多种可调资源的辅助调节,协调内部运行策略以支撑和响应电力系统的实时平衡,可促进园区的经济用能及地区新能源消纳。为此,以综合能源系统为视角,提出考虑能量-辅助服务市场环境下的多时间尺度优化模型,通过向电网提供调峰调频等辅助服务以优化园区的用能成本,通过等价线性化的方法求解非线性规划问题。仿真算例分析表明：在所提优化模型下,园区以多能协调互补实现经济用能的同时,通过参与调峰、调频辅助服务有效促进地区新能源消纳及实时平衡。     

碳交易机制下考虑需求响应的综合能源系统优化运行

综合能源系统是实现“双碳”目标的有效途径,为进一步挖掘其需求侧可调节潜力对碳减排的作用,提出了一种碳交易机制下考虑需求响应的综合能源系统优化运行模型。首先,根据负荷响应特性将需求响应分为价格型和替代型2类,分别建立了基于价格弹性矩阵的价格型需求响应模型,及考虑用能侧电能和热能相互转换的替代型需求响应模型;其次,采用基准线法为系统无偿分配碳排放配额,并考虑燃气轮机和燃气锅炉的实际碳排放量,构建一种面向综合能源系统的碳交易机制;最后,以购能成本、碳交易成本及运维成本之和最小为目标函数,建立综合能源系统低碳优化运行模型,并通过4类典型场景对所提模型的有效性进行了验证。通过对需求响应灵敏度、燃气轮机热分配比例和不同碳交易价格下系统的运行状态分析发现,合理分配价格型和替代型需求响应及燃气轮机产热比例有利于提高系统运行经济性,制定合理的碳交易价格可以实现系统经济性和低碳性协同。     

基于纳什谈判考虑能源共享的区域综合能源系统优化配置

为了解决“双碳”背景下考虑能源共享的多区域综合能源系统协同规划和分属于不同投资主体的综合能源系统利益竞争问题,提出了基于纳什谈判合作博弈理论的多综合能源系统联合规划方法。首先,建立考虑碳交易和各主体间电能共享的配置与运行优化模型。在此基础上,建立基于纳什谈判的多主体合作规划模型,将其转化为社会成本最小化和支付效益最大化两个子问题,并构造两个子问题的增广拉格朗日函数。其次,为了保护规划阶段各主体的数据隐私以及提高算法计算的容错性,采用交替方向乘子分布式算法求解两个子问题的纳什均衡解。最后,通过算例结果表明各主体经过合作规划后,可以明显地降低各主体的规划成本,且保证各系统的可靠运行,验证了所提合作规划模型和方法的有效性。