考虑碳交易成本及区域能源优化的配电网扩展规划研究

随着《碳排放权交易管理办法》的正式实施,加速了碳排放权交易的进度,在此背景下考虑区域综合能源系统(regional integrated energy system, RIES)接入配网后需求响应、可再生资源消纳和碳排放交易成本的影响,提出一种新的配电网规划方法。首先,对区域综合能源系统结构进行概述,介绍典型区域综合能源系统的构成及特点;其次,将碳交易成本、弃风弃光成本和需求响应引入配电网扩展模型当中,综合考虑系统的碳排放、弃风弃光和需求侧响应对区域综合能源系统的影响,促进系统整体的优化运行。在上述基础上构建考虑区域综合能源系统优化的配网扩展优化双层模型,采用改进粒子群算法(improved particle swarm optimization, IPSO)和预测校正内点法(prediction correction interior point method, PCIP)求解规划层和运行层模型。最后,运用算例系统对构建的模型和方法进行验证。结果表明：配电网扩展规划时,充分考虑区域综合能源系统优化,能够提升可再生能源的消纳,降低整体的扩展规划成本。     

基于碳排放约束的山东省沿海城镇带能源发展多目标优化决策

 针对能源发展中的高能耗问题和碳排放问题,以山东省沿海城镇带为研究区域,将二氧化碳排放因子纳入能源消费结构优化之中,采用多目标规划的方法构建了以碳排放成本最小、能源消费产生的污染物治理费用最小为目标函数,以经济发展规划、能源消费总量、能源消费结构及碳排放量为约束函数的山东省沿海城镇带能源消费结构多目标优化模型。研究区2035年的能源发展多目标优化结果为：煤炭消费量占能源消费总数下降为36%;油类能源消费量占能源消费总数的17%;天然气消费量占能源消费总数的25%;清洁能源占能源消费总数的比例提高到22%,各项指标均满足山东省能源消费的多个目标和约束。同时,针对山东省沿海城镇带低碳情景下的未来发展,提出了加快能源供给侧和能源消费侧的结构性改革、实施清洁能源和电能替代等建议,以加快转变高耗能生产方式,促进经济结构优化升级,实现节能减排、低碳环保的可持续发展。     

考虑需求侧多能源响应的虚拟电厂优化运行策略

虚拟电厂技术为聚合分布式能源和用户侧资源参与能源市场交易提供了有效手段.针对综合能源场景下能源供需互动不足的问题,基于虚拟电厂内多能源聚合商参与需求响应为背景,建立了一种综合考虑了储能设备、能源耦合设备、分布式可再生能源发电、多能源市场交易及激励型综合需求响应的虚拟电厂两阶段优化运行模型,第一阶段为虚拟电厂最优经济调度模型,第二阶段为聚合商-用户的双层规划综合需求响应模型,并给出了各阶段模型的求解方法.仿真结果表明:策略在降低虚拟电厂调度成本、聚合商补偿成本以及用户的舒适度损失方面具有良好优势.     

孤岛型混合可再生能源发电系统的优化设计

为有效提高孤岛型混合可再生能源分布式发电系统的可靠性和经济性等综合效益,提出了一种基于风-光-沼混合可再生能源的孤岛型分布式发电系统的优化设计方案.文中分析了各种可再生能源的特性、分布式发电系统的主要综合效益指标以及系统运行条件,并设计了相应的混合发电系统结构,建立了电源功率模型、3种优化目标模型和系统全局优化模型,提出了系统协调控制策略.仿真结果表明,文中方案是有效的,且在满足动态负载需求上具有较优的系统综合效益.     

考虑拓扑规划与管线选型的区域综合能源系统优化配置方法

区域综合能源系统是一种集多种能源生产与转换为一体的,具有能源利用效率高、多能源协调互补以及清洁低碳为特征的综合性能源生产形式。研究综合能源系统的优化配置方法有助于系统节能减排、保障地区用能安全以及促进可再生能源大幅消纳。本文建立了含拓扑规划的区域综合能源系统优化配置模型。其基本思路是以分布式能源站为基本供能单元,通过引入电力线路与输热管道的选型和容量配置约束,将分布在不同地区的能源系统连接在一起;其次,考虑了管网损耗、容量上限以及电压幅值等因素影响,以经济性最优为目标,综合考虑投资成本、替换成本与设备残值收益,构建了面向多区域能源互联系统的混合整数线性规划模型。算例测试结果表明,本文建立的规划模型可以有效减少冗余设备的安装容量,提高规划方案的经济性以及系统的综合能效,对于多区域综合能源系统的规划及建设具有一定的参考价值。     

用MARKAL-MACRO模型研究碳减排对中国能源系统的影响

建立了能源-环境-经济耦合的非线性动态规划模型——中国MARKAL-MACRO模型,并以此对中国未来能源发展与碳排放的基准方案以及碳减排对中国能源系统的可能影响进行研究。模拟结果表明:若从2030年开始减排,减排率为10％～46％时碳边际减排成本在45～254美元/t之间;实施碳减排将导致化石能源等影子价格的上升、各种能源服务需求的下降,还将引起终端以及一次能源消费结构的变化。最终能源消费量将由于燃料结构的优化和能源服务需求的减少而减少,一次能源在高减排率下煤的比重将大大下降,而低碳和无碳能源特别是核能的比重将大幅度上升。中国未来碳减排的空间是有限的。     

考虑综合成本的海上风电与远方清洁能源协同优化模型

近年来,海上风电成为我国新能源发电的新增长点,海上风电与远方清洁能源在东部负荷中心地区协调配置和运行策略问题亟待解决.文中通过综合分析海上风电与远方清洁能源供电成本,结合出力特性、负荷预测和需求侧管理等因素,建立了综合成本的能源配置分析方法,针对负荷中心多种类型电源优化问题,结合上网电价和辅助费用建立了系统综合成本估算方法,提出了以综合成本最低为目标,满足运行、安全和环保约束的电源运行协同优化模型,并以江苏省某地区为例进行了详细分析计算,论证了模型具有优化效果,为海上风电与远方清洁能源的协调配置和优化运行提供了分析手段.     

2050年我国低碳能源系统的形态、特征描绘和敏感性分析

碳达峰、碳中和目标将加速我国能源系统的低碳转型。为促进全社会的协同行动,需要一个未来低碳能源系统的清晰、完整图景来提供前瞻性引导。而目前,未来低碳能源系统的形态、特征以及敏感性因素尚研究不足。该文发展了一套能源-物质流耦合及敏感性分析方法,建立了2050年低碳能源系统的计量基础,描绘了其整体能源流向和二氧化碳排放源、汇的关系,并分析了其主要组成部分的结构和效率一旦发生变化对二氧化碳排放总量的影响。结果表明,未来低碳能源系统可能将呈现非化石能源为主的一次能源结构和发电结构以及高比例终端电力占比等基本形态,并可能具有电力部门负排放、工业部门排放最大等基本碳排放特征。该系统的碳排放总量对工业部门的电力占比和化石能源发电的效率变化最为敏感,其次是风电占比提高、更多煤电安装碳捕获和封存(carbon capture and sequestration, CCS)及化石能源发电的余热利用等。为此,该文建议严格控制化石能源的终端直接利用,加速电力部门低碳进程,加强探索难减排部门的低碳路径和非化石非电利用,以及大力建设智慧能源系统来保障多能互补。     

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.     

能源消费碳排放的影响因素及空间相关性分析

选取2007—2016年能源消费省级面板数据,借助ArcGIS平台对我国能源消费碳排放的时空分布进行分析,并基于OLS回归分析,应用地理加权回归模型(GWR)对碳排放影响因素的空间相关性进行研究。结果显示:能源消费碳排放具有阶段性特征,2007—2010年我国能源消费碳排放强度波动性明显,但增长幅度较小,2011—2016年碳排放波动性减小,但增长幅度增大;碳排放空间分布异质性逐渐降低,高排放水平区域由2007年的1个增长到2016年的6个,并且区域间差距在不断缩小;城市化率、产业结构对碳排放具有抑制作用,对外开放程度、交通强度、科技发展水平对碳排放具有促进作用。     

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%。     

生物质能的利用和能源植物的开发

生物质能具有资源容量大、清洁可再生特性.发展植物能源是解决矿石能源危机的可行措施,生物乙醇和生物柴油产业已在全球得到较快的发展,并受到我国政府的高度重视.为此综述了生物质能的利用方式和高产生物质植物、能源作物、类石油植物三类能源植物资源的发展情况,并结合我国的科技发展规划,对续随子、黑皂树等特色能源植物进行了介绍.     

村镇能源系统的低成本要素定量化研究

以村镇资源当地化和能源的清洁可再生化为前提,通过将村镇能源系统的成本分解为经济成本和环境成本2部分,建立了村镇能源系统低成本要素定量化评价模型,其中环境成本以生命周期评价清单输出为数据基础.以15年为周期,将我国严寒地区、寒冷地区3个典型村镇的12个能源系统方案作为算例进行综合成本比较,从量化分析结果看,以化石燃料(煤炭、液化石油气)为主的能源系统经济成本较高、环境成本较高;以秸秆、柴薪为主的能源系统经济成本较低、环境成本较高;以秸秆气、沼气为主的能源系统经济成本和环境成本都较低,且人均综合成本小于5 000元,是未来农村能源系统规划的优选方案.     

光伏幕墙建筑能效评估与提升策略

当前,光伏发电等可再生能源利用以及节能减排是实现中国碳排放目标的重要措施,光伏建筑一体化技术具有提高采光质量和降低能耗等优势,在建筑节能领域具有良好的发展前景.基于能耗分析和经济性评价提出了光伏幕墙建筑能效评估模型,分别采用DeST-C软件和PVsyst软件进行建筑能耗仿真和光伏幕墙发电量模拟.以杭州地区某办公建筑物为...     

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。     

基于实时定价机制的综合能源系统多时间尺度优化调度

随着能源互联网快速发展,其物理载体综合能源系统成为未来能源利用的重要方式.针对区域综合能源系统优化调度问题,在实时电价的基础上设定实时天然气价格策略,提出一种基于实时定价机制的优先级调度策略,建立考虑日前运行成本最低和日内弃风弃光成本最小为目标函数的多时间尺度模型,应用含有自调节环节的改进粒子群优化算法对模型进行求解.通过算例验证了模型的有效性,比原有的分时定价策略更能进一步减少运行成本,提高能源利用效率,减少弃风弃光成本.     

清洁能源利用最大化的电力系统优化调度

考虑到不同类型电源的出力特性及其之间的互补性和矛盾性,以系统成本最低、污染排放最少和清洁能源利用率最大为目标,建立了风电接入的水火风储联合发电系统的多目标优化调度模型,并将蒙特卡洛模拟与遗传算法结合,采用改进的39节点系统验证了所建立模型的有效性,水电和储能系统在不同情况下都能充分发挥其调节作用,平抑风电波动,并且减少了污染排放和弃风现象,较好地实现了各类资源的优化配置。