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.     

基于综合需求侧响应的多能存储系统优化配置

相比单一储能和需求响应(demand response,DR),多能存储和综合需求响应(integrated demand response,IDR)可显著改善多能源系统的经济性.首先构建基于激励手段的综合需求响应模型,接着对多能存储系统进行分析及建模,同时引入用户用能舒适度指标模型.最后,基于典型日负荷轮廓,以系统年最低总成本为优化目标建立多能存储系统优化配置模型.算例分析表明多能存储和综合需求响应可协同优化各时段能源供给和柔性负荷需求,可显著提高多能存储系统的经济性.     

考虑用户综合需求响应的区域综合能源系统多目标优化调度

随着传统能源枯竭,为提高供能经济性和效率,区域综合能源系统应运而生,区域综合能源系统的优化调度成为关键问题.由于多种能源之间存在耦合,多种能源的综合需求响应为区域综合能源系统的优化调度提供新的手段.因此,首先分析了区域综合能源用户的多种能源需求侧响应函数,进而构建了以经济性和能效为目标的区域综合能源系统多目标优化调度模型,最后提出改进的带精英策略的非支配排序的遗传算法用于求解多目标优化问题.通过算例验证了该模型可有效解决区域综合能源系统的多目标优化调度问题,综合需求响应可以有效提升区域综合能源系统的经济性和能效水平.     

基于改进动态惯性权重粒子群算法的冷热电联供型微网运行优化

通过多种能源优势互补的冷热电联供型微网,能够促进可再生能源的使用,实现资源的阶梯利用。针对区域内由电、热、冷多种能源耦合形成的微网系统运行优化问题,基于不同季节典型日风光出力和负荷需求特性曲线,构建了含燃气轮机、余热锅炉、吸收式制冷机等机组设备,采用改进的动态惯性权重粒子群算法(particle swarm algorithm, PSO)求解方法,综合考虑系统的燃料成本、环境治理成本、电网交互成本和运行维护成本进行优化求解。最后,通过算例分析验证本模型和方法的有效性。研究成果为冷热电联供型微网系统的规划设计提供参考和依据。     

计及出行行为调整的综合能源系统双层博弈优化策略

针对园区综合能源系统中各个主体的利益难以兼顾及新能源汽车出行计划临时变动会对系统运行带来不利影响的问题,提出了考虑车主出行行为调整的电热氢综合能源系统双层博弈优化运行策略。首先,建立以能源运营商(IESO)、负荷聚合商(ULA)和新能源汽车负荷聚合商(NEVLA)为主体的Stackelberg-Shapley双层博弈框架;其次,将双层博弈框架嵌入两阶段模型预测控制滚动调度模型中,并在第1阶段引入惩罚博弈机制,抑制车主按照个人意愿无序改变充电计划的行为;最后,联合沙丘猫优化算法与CPLEX求解器对博弈模型进行求解。仿真结果表明：所提策略与无惩罚博弈机制的滚动优化运行策略及考虑惩罚博弈机制的单断面优化运行策略对比,能源运营商的收益分别提高了4.43%、7.75%,负荷聚合商的剩余价值分别提高了6.48%、12.18%,电动汽车负荷调度成本分别减少了13.64%、4.43%,验证了所提策略具有更好的系统运行经济性。     

基于TRNSYS的太阳能-天然气冷热电三联供最优配比研究

目的 建立太阳能-天然气冷热电三联供高效能源耦合系统,并且求出在实际工况下的太阳能天然气最优耦合比例.方法 应用DeST软件对典型办公楼建筑进行动态负荷计算,根据计算所得负荷选择合适机组,并在Tmsys中建立冬季与夏季的机组仿真模型.在保证机组实际运行工况条件下,以制冷机组效率为目标函数,根据非线性规划和遗传算法,求得...     

考虑源荷不确定性的综合能源系统日前经济调度

针对可再生能源出力及负荷不确定性对综合能源系统日前经济调度的影响,基于由热电联产系统、储热、蓄电装置以及电锅炉等组成的电热综合能源系统,研究了考虑源荷不确定因素的日前经济调度问题.将系统中可再生能源出力以及电热负荷均用梯形模糊参数表示,构建了基于可信性理论的模糊机会约束规划优化调度模型;采用模糊机会约束的清晰等价类将含模糊参数的机会约束规划模型转化为确定性的混合整数规划模型,在Python环境中建模,利用Gurobi求解器求解.最后,通过算例分析了储能装置对于提高系统经济性的作用以及源荷不确定性程度、不同置信水平对系统运行成本的影响,验证了所提模型的有效性.     

基于随机优化的综合能源系统能量管理

为提升综合能源系统经济性,并削减电动汽车广泛应用后增加的用电高峰负荷,提出了一种包含随机优化与并行求解算法的快速能量管理策略.在对多能流子系统耦合与设备运行约束建模后,结合电动汽车有序充电策略,建立包含时域滚动的随机规划下的能量管理模型.为了降低能量管理在线运行的时间成本,一方面采用场景生成与削减技术实现对输入变量预测场景集的合理利用,另一方面求解时应用Benders分解算法实现并行计算.算例结果表明:所提方法与不考虑随机优化的方法相比,系统运行的总用能成本明显降低;与不考虑场景削减及Benders分解的随机优化方法相比,总用能成本稍有提高,但运行时间成本显著下降.     

天然气制氢的园区综合能源系统氢储能优化配置

在中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,氢能产业发展成为中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。     

住宅采用空气/水热泵型户式中央空调的可行性分析

在动态负荷计算的基础上,按实际运行的空气/水型户式空调机组的制热与制冷特性曲线,计算了该种户式中央空调系统冬夏季耗电量与季节效率HSPF及SEER,并在此基础上与采用分体式空调器方案作了经济性比较.结果表明,在具有典型夏热冬冷气候特点的湖南衡阳地区,住宅建筑空调采用空气/水热泵型户式中央空调系统是可行的.     

考虑风光不确定性的综合能源系统规划设计方法

在能源互联网飞速发展的背景下,综合能源系统逐渐成为能源低碳高效运行的重要实现方式。为了实现综合能源系统配置的合理规划,文章提出了一种考虑风光不确定性的综合能源系统多目标规划模型。通过结合序列分布概率的典型曲线挖掘方法获得风光的典型出力曲线,减小可再生能源出力描述不确定性对配置的影响。以综合能源系统运行成本最低、系统电网供电率最低为优化目标,采用基于混合博弈决策的改进型多目标粒子群算法对规划模型进行求解和Pareto解集决策,生成满足决策者的不同偏好需求的配置结果。并对影响系统规划的关键参数进行敏感性分析。基于我国某综合能源示范工程的实际数据,给出了规划方案,仿真结果验证了该方法的有效性。     

基于全工况负荷特性冷热电联供系统柔性设计

为研究全工况负荷特性对冷热电联供系统经济性影响,以北京地区某办公建筑为设计对象,建立了冷热电联供系统模型和经济优化模型,得到热电比和冷电比对系统总费用年值的影响权重分别为48. 6%和51. 4%。同时,为解决系统静态设计工况与实际变负荷运行工况之间的矛盾,提出了一种冷热电联供系统柔性设计方法。将16种系统设备容量配置方案在北京地区典型工况下运行,得到最佳设计工况对应的热电比为1. 32,冷电比为1. 26。     

基于可再生能源不确定性的多能源微网调度优化模型

多能源微网可以使综合能源系统在配网/用户端得到实现,但电力系统和天然气系统联合后会使得系统调度中的不确定性问题变得突出。为此,本文通过对电力/天然气系统的物理特性进行分析,基于用户需求响应资源、可再生能源机组出力和负荷不确定性的关键要素分析,建立了多能源微网日前调度优化模型。基于Matlab环境对所建模型进行了相关的计算仿真,验证了两阶段随机优化模型的有效性。仿真结果表明,所建优化模型可以提高多能源微网系统运行的可靠性和经济性,具有较好的实际应用价值。     

考虑消纳效益的多能源枢纽荷源协调优化方法

为进一步挖掘能源互联网多能源互补的潜力,提高能源系统的运行收益,降低运行成本,提出了一种考虑消纳效益的多能源枢纽荷源协调优化方法。考虑多能源系统的约束条件,依据最小化住宅能量枢纽运行总成本构建住宅能量枢纽模型,以最大化工业能量枢纽运行总收益为目标构建工业能量的枢纽模型。根据上述两层模型的约束条件得到荷源协调优化运行中存在的问题,采用多目标加权寻优算法,设计多目标混合整数线性规划模型,实现荷源协调优化。仿真实验结果表明:所设计的考虑消纳效益的多能源枢纽荷源协调优化方法可促进可再生能源的消纳,降低多能源枢纽的运行成本,有效减少开销,提高能源系统的运行收益,为多能源枢纽的经济运行及荷源协调优化提供了新的技术途径。     

考虑负荷密度的区域能源系统供能分区规划

现有的区域能源系统规划研究中缺乏科学有效的供能分区优化方法,且能源站的供能范围、数量和选址中未能考虑负荷密度特性问题,为此提出考虑负荷密度的区域能源系统供能分区优化设计方法。首先研究了负荷分布与能源站经济供能半径的关系,根据管网拓扑结构简化模型建立了负荷密度与能源站经济供能半径优化模型。进而基于推导得到的经济供能半径和负荷密度的特性关系,建立了以传统空调系统与区域能源系统的全寿命周期费用差值最大为目标函数的规划模型。最后通过案例仿真并与传统K-means聚类方法进行比较,结果表明该方法可使区域能源系统的能耗损失成本、管网投资成本和运维费用分别降低了22%、5.1%和2.1%。     

基于实测数据的工业企业光-沼-气-电多能耦合系统综合评价

大工业生产企业能耗体量巨大,是实现碳达峰和碳中和目标的重点领域。基于对传统供能系统和转型后的光-沼-气-电系统的运行监测,分析用户侧负荷特性及典型日冷热电负荷调度特性。研究光沼发电系统的年供能侧数据及重要供能影响因子,构建综合能源系统评价指标体系,协同考虑光沼系统运行状况、经济效益、供能质量、环境效益以及能源效益五方面的因素,评价传统供能系统和光-沼-气-电系统的综合性能。结果表明：以热能需求为主的大工业生产企业,典型日负荷峰值出现在09:00-11:00或14:00-17:00,光-沼-气-电多能源系统可满足工业企业的冷热电需求;光伏系统在非不可抗力时段的平均渗透率低于10%,沼气系统在正常时段储气量占比高于50%,提升了系统供能可靠性。典型算例的评价结果验证了光-沼-气-电多能源系统评价指标体系的可行性和有效性,可为未来面向大工业企业的光-沼-气-电多能源系统的综合利用和协调发展提供借鉴。     

基于博弈论的多能互补综合能源系统规划设计方法

基于博弈论构建由热电联产机组、光伏发电和电网组成的多能互补综合能源系统优化规划模型.模型以经济性为优化目标,各参与者容量为决策变量,使系统既能满足用户对冷、热、电负荷的需求,又能同时实现收益最大化.根据参与者是否结盟,提出5种博弈模式,证明Nash均衡的存在性,并通过仿真算例得到各模式下的Nash均衡策略.仿真结果表明,在满足负荷需求的同时,与非合作博弈相比,4种合作博弈联盟价值均大于0,且完全合作博弈模式下系统总收益最高.可见,只有通过采取完全合作的最优策略才能保证系统经济效益最大化.     

寒冷地区村镇住宅建筑单热源供热系统设计与优化

对不同规模的村镇住宅建筑供热系统优化设计方案与全生命周期内的经济性展开研究.首先,采用TRNSYS软件模拟得到60~2 000 m²范围内不同供热面积村镇住宅建筑的动态热负荷,并对太阳能、电锅炉、地源热泵及空气源热泵4种不同热源供暖系统的控制运行情况进行模拟,得到不同热源供暖系统在不同供热面积下的优化设计方案.在此基础上,对不同热源供暖系统在全生命周期内的经济性进行对比分析,得到不同村镇住宅建筑供热面积下的热源推荐方案.结果表明:对于不同热源供暖系统的总费用,电锅炉供暖系统最大,太阳能供暖系统最小,太阳能供暖系统总费用比电锅炉供暖系统减少近65%.     

被动式超低能耗木结构建筑外围护结构节能设计

在被动式超低能耗木结构建筑能量损失中外围护结构的传热损失占比最高,为了降低能耗,研究了被动式超低能耗木结构建筑外围护结构节能设计方案。通过标定热箱法对建筑外围护结构保温性进行测试,获取建筑外围护结构传热系数或热阻。分析了建筑外围护外墙、屋顶和外窗,研究了各外围护组成部分的传热系数。将屋顶、外墙和外窗当成正交实验的三个因素,通过等水平正交实验表获取实验方案组合。将研究的被动式超低能耗木结构建筑当成基准建筑,将其冷热总负荷和各外围护结构节能设计方案全年空调总负荷的差值当成对应组合方案的总负荷节能值,获取节能设计方案。利用Energyplus软件对设计节能方案进行能耗模拟,获取前三个最优方案在一段时间内的能耗值,对节能设计方案进行验证。结果表明：4号节能设计方案空调总负荷节能值最高,其次是2号节能设计方案,再次为8号节能设计方案;方案4能耗低,二氧化碳减排量高,舒适性好。可见桁架屋顶、玻璃纤维保温棉填充墙体、low-E中空（断热铝窗框）外窗组成的外围护结构节能设计方案最优。