考虑经济性与碳排放的电-气综合能源系统多目标规划

为加速电-气系统快速、经济的低碳转型，构建了一种综合考虑经济性成本与碳排放量的电-气综合能源系统多目标随机优化规划模型.首先建立电-气网络与相关设备的数学模型，并运用场景法表征电、气负荷与光伏出力的不确定性.其次建立综合考虑系统经济性成本和碳排放量两个指标的混合整数二次约束规划(MIQCP)模型，对电网馈线、气网管道、变电站、配气站、燃气机组、电转气装置、光伏及储能装置进行统筹规划.最后，构建算例验证模型的可行性及有效性.结果表明：在不同的目标函数权重选择下，模型可以充分考虑电-气网络线路与多种综合能源设备间的耦合关系，获得整体最优的规划方案.     

多方主体合作下农村园区综合能源系统运行优化及效益分配模型

因地制宜发展乡村分布式风电、光伏等多种清洁能源,推进耦合分布式能源机组、多种能源类型的综合能源系统落地农村地区,对于实现农村经济绿色低碳发展、建设美丽乡村具有重大意义。然而受农村地区经济承受力弱、分布式设备投资成本高、能源管理运营权限等多因素影响,由不同能源投资主体投资组建综合能源系统将成为综合能源系统落地农村的重要方式之一。因此,研究构建了由不同投资主体投资组建的电-热-气农村综合能源系统,以净收益最大化为目标构建运行优化模型,量化合作投资运行下农村综合能源系统净收益,在此基础上,构建了基于改进Shapley值法的投资主体效益分配模型。以期为指导涉及多方投资主体的复杂农村综合能源系统落地建设和可持续发展提供参考,更快、更好地促进农村综合能源系统发展。     

采用融合遗传算法的高速公路服务区综合能源系统优化调度研究

为达成“碳中和”目标愿景、促进公路交通系统与新能源的融合,以高速公路服务区为研究对象,考虑服务区内电、冷、热、气共4种负荷需求,构建了包含风光发电的新能源发电方式和电转气设备的高速公路服务区综合能源系统。在此基础上,以风电、光伏出力日前预测和多能负荷日前消耗为输入,各能源设备出力及购能分配为输出,以总成本最低为目标函数,考虑能量平衡、设备安全、运行状态等约束,建立了高速公路服务区综合能源系统优化调度模型。针对高速公路服务区综合能源系统调度问题,设计了遗传-序列二次规划融合优化算法,并以某服务区夏季典型日为例进行验证。结果表明：所构建的调度系统能够有效消纳可再生能源出力,协调外部购电、购气的比例,最终达到降低成本的效果;所提融合算法的调度结果与传统遗传算法、传统序列二次规划算法相比,在成本上分别降低了11.52%、0.70%,求解耗时仅为传统遗传算法的6.7%,独立性相比传统序列二次规划算法得到了提高。     

考虑光热电站和柔性负荷的电氢热综合能源系统联合优化运行

为解决现有综合能源系统运行灵活性差及风、光消纳难的问题,同时充分利用氢能实现碳减排目标,本文提出一种考虑光热电站和柔性负荷的电氢热综合能源系统联合优化运行方法。首先,基于光热电站和含电转氢余热利用的氢能系统模型构建电氢热综合能源系统。其次,考虑需求侧电氢热柔性负荷的特征和调节价值,构建含可平移、可转移、可削减负荷的电氢热柔性负荷模型。然后,进一步构建考虑电氢热柔性负荷调节特性的电氢热综合能源系统联合优化运行模型。最后,通过算例仿真验证所提方法能够兼顾经济运行与低碳效果,不仅可以提高光热电站与氢能系统的联合运行能力,而且能够有效提升系统运行的经济性和低碳性,电、氢、热负荷峰谷差分别降低6.68%、11.95%、8.35%,系统运行总成本降低24.4%。     

建筑冷负荷对综合能源系统运行优化的影响

为解决现有综合能源系统运行优化研究对建筑冷负荷的影响考虑不充分（多以“典型日负荷”或“预测负荷”代替空调期冷负荷）的问题,首先应用EnergyPlus软件对北京某园区进行建模和负荷分析,再以经济性为优化目标,基于园区的电、冷负荷供需平衡和综合能源系统设备的典型模型建立运行约束模型,在空调期对多能源耦合的综合能源系统建立运行优化模型。对优化模型使用Yalmip建模和编程,使用Cplex求解器求解问题,得到不同负荷条件下的综合能源系统空调期的运行优化方案,并分析其统一性和差异性。结果表明：本文构建的以经济性为目标的优化模型,可以使多能耦合的综合能源系统在目标下运行更加优化;不同建筑冷负荷条件下运行优化方案具有较大差异性;不同负荷条件下运行优化方案具有一定规律性。可见综合能源系统的运行优化研究应该全面考虑冷负荷的影响,本文提出的规律性运行优化方案为综合能源系统提升运行经济性提供了依据。     

基于运行特性和生命周期理论的综合能源系统优化方法

综合能源系统是实现节能减排的有效途径之一,经济性和低碳性对于综合能源系统(integratedenergysystem,IES)的运行调度同等重要,设备运行特性对IES运行调度具有重要的影响.本文基于设备运行特性与生命周期理论,构建考虑设备运行特性的输入能源(柴油、天然气、系统内新能源机组、大电网输入电能)生命周期碳排放数据库.基于碳排放数据库,考虑碳交易机制,建立IES经济低碳模型.该模型在考虑设备运行约束与系统能量转换特点基础上,以系统总成本最小为优化目标对系统运行进行优化,该优化目标中包含了运行成本与碳交易成本.通过算例分析与低碳模型、经济模型相比较,发现IES经济低碳模型能兼顾系统经济性和低碳性,能在以较低经济成本运行的同时,产生较少的碳排放.基于IES经济低碳模型,通过不同场景的对比分析,分析不同碳交易价格下的IES运行特性,得出碳交易价格变化与IES经济低碳运行的相关性,为碳交易价格的制定提供一定建议.考虑微型燃气轮机与柴油发电机运行特性,分析两类设备不同最大运行效率变化下IES经济低碳运行特点,从设备层面与系统层面基于运行效率变化对IES经济低碳运行特点进行分析,得出了最...     

考虑条件风险价值的电-气综合能源系统风险厌恶机组组合研究

为应对新能源不确定性带来的综合能源系统运行风险,选择合理的机组组合策略平衡综合能源系统的运行风险与运行费用,建立风险厌恶电-气综合能源系统机组组合模型。在电-气综合能源系统的机组组合中引入条件风险价值,分别描述电力系统和天然气系统的负荷损失风险,分析电力系统与天然气系统的运行风险和两系统间的相互影响。利用分段线性化技术对天然气流量方程进行线性化,通过Benders分解算法将模型分解为机组组合主问题、分场景子问题和天然气负荷损失风险校验问题,对所提模型进行高效求解。算例仿真结果表明,所提模型与传统模型相比可以有效减少小概率极端场景的电力负荷损失,算例中最严重场景负荷损失从34.62MW减少到9.59MW。所提模型可以协调电力负荷损失风险和天然气负荷损失风险,为电-气综合能源系统的协调调度提供参考。     

考虑电储能设备碳排放的综合能源系统低碳经济运行

为了减少综合能源系统发电过程中产生的碳排放造成的环境污染,必须提升综合能源系统的经济效益.除各发电机组设备存在大量碳排放外,电储能设备的间接使用过程中也存在较大的碳排放,应当计量在系统碳排放中.研究基于含电气热冷负荷需求的综合能源系统,分析系统中各机组设备的碳排放量,并运用生命周期分析方法,分析系统中电储能设备产生的碳排放,在系统经济运行模型中考虑碳交易机制,通过改进的鲸鱼优化算法对模型进行求解.在保证系统负荷需求的前提下,对根据是否计及电储能设备碳排放情况下的综合能源系统各机组出力情况对比分析.结果表明,在低碳权重作用大时,计及电储能设备碳排放能够有效降低综合能源系统运行成本,同时减少碳排放总量.     

微型燃气轮机型综合能源系统的建模与辨识

综合能源系统(IES)是由电/气/冷/热子系统构成的复杂能源耦合体,具有能源利用率高等优点,受到业界广泛关注.首先针对由微型燃气轮机构成的综合能源系统,提出了一种基于系统辨识算法的建模和参数辨识方法,利用一段时间内观测得到的系统输入和输出数据,建立系统的黑箱模型并辨识其相关参数,重点讨论模型定阶和关键参数取值优化问题,确立了有效的评价机制,进而实现对各能源子系统内在关系的科学描述;其后,分别利用典型的综合能源系统仿真模型和Capstoni C30微型燃气轮机实验数据,验证了所提方法的有效性.     

数据中心综合能源系统配置与运行的集成优化

采用清洁高效、环保节能的综合能源系统替代传统供能系统,是实现数据中心绿色可持续发展的有效措施。综合能源系统的设计与运行优化通常被分割成两个阶段进行考虑,而并未实现系统的最优规划。本文基于数据中心全年能耗特点,设计了一种以天然气、太阳能及地热能为能源,集成有机朗肯循环发电系统、吸收式制冷机组、换热器等余热利用设备的综合能源系统。以投资成本、运行成本、碳税成本及太阳能丢弃惩罚成本等在内的综合成本为优化目标,建立了综合能源系统混合整数线性规划模型,对各设备容量以及调度策略进行了集成优化。以某小型数据中心为例进行了案例研究,结果显示：与传统供能方式相比,所构建的综合能源系统费用年值节约率为35.72%,二氧化碳减排率为55.11%,一次能源节约率为39.86%。     

计及需求响应的随机综合能源系统优化配置

为兼顾综合能源系统的经济与环境效益,提出了含产电放热储能的双目标综合能源系统优化配置模型.首先考虑在不同置信水平下风力发电预测误差,其次基于用户侧的电荷分类以及用户对室内温度感知敏感度分析电/热需求响应,最终以经济和环境成本最小为目标,构建含不确定与电/热需求响应的综合能源系统的双目标优化模型.算例结果表明:风电预测误...     

含风电的综合能源系统源-荷滚动优化调度模型

为了有效解决综合能源系统对强间歇性风电消纳能力较弱的问题,提出含风电的综合能源系统源-荷协同滚动优化调度方法;应用场景树分析法对综合能源系统中负荷需求响应与风电消纳等源-荷多不确定性进行定量分析;以综合能源系统运行成本最低为优化目标,构建含风电的综合能源系统源-荷协同优化调度模型,并采用滚动优化方法对模型进行求解.仿真...     

基于线性规划的综合能源系统运行优化

以浙江电网企业转型现代综合能源服务企业的具体战略与发展规划为研究背景,以综合能源系统运行优化为目标,提出一种综合能源系统标准化矩阵建模方法;从系统工程的视角出发,以能源转换设备之间的能量流作为状态变量来处理引入调度因子所导致的非线性问题,并通过图论将能源转换设备的拓扑和特性转换为矩阵形式,构建综合能源系统线性规划模型;以最小化运行维护成本为规划目标函数,以拓扑连接变量为决策变量,开展区域综合能源系统的最优运行规划研究,对某一区域典型冷、热、电三联供系统进行应用分析。结果表明:所提出的综合能源系统标准化建模方法简单高效,能根据不同综合能源服务应用场景,通过缩放矩阵,快速建立相应的线性规划模型,在确保计算准确性的同时克服了以往非线性规划模型计算耗时长的缺点。     

天然气制氢的园区综合能源系统氢储能优化配置

在我国致力于实现碳达峰、碳中和的要求下,氢能因具有零碳排高热值的特点,氢能产业发展成为我国未来发展的重要目标。针对电解水制氢储能的工业园区综合能源系统能量转换效率不高、制氢量少、经济效益低的特点以及国家对氢能发展大规模低成本制氢的需要,提出了一种以天然气制氢模式代替电解槽制氢的氢储能园区综合能源系统架构。在分析天然气水蒸气重整制氢单元的能耗与能量回收利用以及氢储能单元电、热、气多种能量特性的基础上,建立了天然气制氢储能的氢储能模型;进一步考虑设备投资成本、运行成本、碳排放价格以及制氢效益,以年化投资成本最小与年运行收益最大为目标建立目标函数,利用快速非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）进行求解,提出了以天然气制氢储能的园区综合能源系统氢储能优化配置模型。最后以新疆某园区为实际算例分析了园区配置氢储能后电源、电负荷、热负荷特性,运行经济效益以及天然气价格与碳排放价格对配置的影响,验证了通过配置天然气制氢的氢储能提升园区综合能源系统制氢量与运行收益的可行性,并指出了适用场景。     

考虑设备风险和风光不确定性的园区综合能源随机优化运行

综合能源系统因其能源梯级利用的高效性被广泛应用,而在运行过程中各设备的潜在故障风险与风光出力波动会成为系统供能稳定性的安全隐患。为此本文首先基于设备负载率建立了故障概率模型与设备风险模型。其次针对风光出力的不确定性采取蒙特卡洛采样法生成典型场景,建立了考虑设备风险与风光不确定性的综合能源多目标随机优化模型,运用分段线性化、宽容分层序列法将该模型处理为混合整数模型。最后通过算例仿真表明所提优化模型能够兼顾运行风险与经济成本,相较于传统经济调度,在总成本仅上升了9.6%时、设备风险降低了79.3%,证明了模型的经济性与安全性。     

考虑冷热电三联供系统耦合特性的区域综合能源系统运行优化

为了加快实现双碳目标,提高能源利用效率、减少碳排放量,本文通过选取关键供能设备 冷热电三联供系统 （combined cooling heating and power system,CCHP）构建综合能源系统模型,并利用改进的二代非支配排序遗传算法（non-dominated sorting genetic algorithm-II,NSGA-Ⅱ）研究了引入该设备后园区整体运行方式和运作效率的改变。结果表明：CCHP 设备可通过其强耦合特性实现供能侧设备的多能互补和能量梯级利用;可见通过引入 CCHP 过后,可大大提高综合能源系统的运行效率,在减少运行成本的同时相对控制碳排放量的释放,提高系统总体效益。     

含储能装置的园区综合能源系统三级协同规划设计方法

研究综合能源系统的配置和优化策略对于保障区域用能平衡、降低系统投资成本、提高运行的经济性具有重要的意义和价值.提出了含储能装置的园区型综合能源系统的三级协同规划方法,首先将综合能源系统的设计过程划分为设备选型、容量配置与运行优化三个阶段;然后根据各阶段之间的递进和耦合关系,采用系统级的建模方法,对各类设备的选型与运行约束进行总结和提炼,并引入储能装置约束,从而形成了结构简洁、约束紧凑的综合能源系统规划模型.针对该模型中的非线性函数项,引入了辅助变量和约束,将其等价转化为易于求解的混合整数线性规划问题.最后,分三种情形对某园区待建综合能源系统进行优化配置.算例测试结果验证了所提模型和方法的有效性.     

支撑新旧动能转换的综合能源系统效率评价

以新旧动能转换背景下综合能源系统运营方案的优化比选为主要目标,总结山东新旧动能转换的基本情况与基本架构,设计支撑新旧动能转换的综合能源系统运营效率评价指标体系,构建改进的动态数据包络分析模型,并代入实证分析进行计算。结果表明,通过求解构建的改进模型,能够得到效率最优的综合能源系统运营方案以及对效率影响最显著的指标。     

基于LCA碳总排放量的大型工业园区综合能源供应系统多目标优化

大型工业园区碳集中排放是导致环境恶化的重要原因之一。本文提出大型工业园区综合能源供应系统模型,包含能源输入、能源转换、能源存储三个模块,通过能源转换降低传统能源使用比例,为园区提供电、热、冷、气四种所需负荷。基于生命周期计算设备和能源的碳排放量,通过碳捕集技术对既有碳排放进行消纳,并将经济成本、碳排总放量和清洁能源利用率作为目标函数,利用ISSA算法对工业园区综合能源供应系统进行优化配置。算例结果表明,引入储能系统和P2G系统后,园区能源系统的清洁能源使用比例是之前的3.92倍,单位用电量下碳排放系数降低30.2%,综合单位电价降低0.38元,证明综合能源供应系统在满足园区能源需求的同时也可以降低碳排放量和经济投入。     

含电转气技术的电气耦合系统优化运行

在低碳经济背景下,风电、光伏的快速发展促进了电力工业低碳化的发展进程,但弃风、弃光问题愈发严重。电转气(P2G)技术的出现为解决可再生能源消纳问题提供了新思路。考虑减少碳排放和消纳弃风,提出一种含P2G与燃气轮机双向耦合的电-气-电能源循环的电气耦合系统低碳经济优化运行模型。模型以经济成本和碳交易成本之和最小为优化目标,并考虑了弃风惩罚成本以及P2G实现能源转换过程中的经济效益和环境效益,协调经济性与低碳性的同时实现了多目标问题的单目标化。通过对包含电转气和不含电转气两种场景下的系统进行算例分析,验证了优化模型的有效性和优越性。