电气互联综合能源系统中电转气装置的规划

为提高能源利用效率,减少碳排放量,提出了含电转气装置的电气互联综合能源系统耦合模型,并探讨了电转气装置的规划问题.通过建立计及电转气的耦合模型,针对仅含燃气轮机的电力网络与天然气网络,以经济性为目标,求解电转气装置的安装位置与安装时间,并以IEEE30节点电力系统和比利时20节点天然气系统的耦合系统为算例,使用Gurobi求解器成功解出电转气装置最优的安装位置与安装时间,由此证明了天然气网络作为大规模储能系统的可行性.结果显示,小规模电气互联系统中影响电转气装置安装位置与安装时间的主要因素为天然气负荷的增长,而电力负荷的增长对安装位置和安装时间的影响较小.     

基于碳交易的城市能源系统规划方法研究

随着可再生能源消纳保障支付(配额)及绿证交易制度的落地实施,绿证交易行为对能源系统规划结果的影响成为了研究热点。为此该文建立一种考虑碳交易的城市能源系统规划模型,将绿证交易带来的成本与收益考虑到经济性规划中。同时分析了不同绿证价格对城市能源系统规划结果的影响。结果表明,与未考虑绿证交易的能源系统规划模型相比,系统经济性提高了10%,碳排放量降低了31%;系统总成本随着绿证价格的提升不断降低,碳排放量不断减少,通过数据拟合的方法,获得了规划成本、碳排放量、弃电率与绿证价格的函数关系,为不同的绿证价格下评估能源系统规划模型性能提供了参考。     

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。     

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。     

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。     

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.     

计及碳交易的某天然气处理厂含光伏光热的综合能源系统优化运行

随着“双碳”目标的提出,以光伏光热(PV/T)等为主的综合能源系统快速发展,为提高用能单位的经济效益和系统低碳性,考虑碳排放约束条件下多种能源发电的厂区供用能系统优化运行问题亟待研究。首先,在经济调度模型中,引入碳交易机制,构建阶梯型碳交易成本模型,对厂区的碳排放进行约束。然后,建立以系统运行成本和碳交易成本之和最小为目标的规划模型,利用马尔科夫决策过程(MDP)对基于成本最小的经济调度进行建模,并采用近端策略优化算法(DPPO)进行求解,利用经济节约指数(CSR)和二氧化碳减排指数(ERR),对拟题方案进行经济性和碳减排分析。结果表明:1)训练后的模型在无需重新计算的情况下能够处理四个随机变量变动所代表的各种运营场景;2)光伏光热子系统与热电联产系统具有削峰填谷效应,能提高系统稳定运行能力;3)所设计计及碳交易下联产系统有利于优化厂区能源结构,促进清洁能源消纳。     

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。     

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。     

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。     

碳中和目标下我国光伏发电发展路径规划研究

能源绿色低碳转型背景下，光伏发电已经成为我国发展最快且最有潜力的可再生能源。本研究基于历史数据构建了反映光伏发电单位投资成本下降趋势的学习曲线模型，建立了技术扩散模型估计光伏发电每年装机潜力，并在政策发展目标、投资水平、光伏发电量最低占比、电网消纳能力等约束下，以规划期内光伏发电总成本最小化为目标，构建了光伏发电发展路径规划模型，计算2023~2060年光伏发电每年的最优装机容量。结果显示，该模型能够综合平衡退役与新增装机规模，以及学习效应导致的光伏电站倾向前期少建而后期大量建设与阶段发展目标要求之间的冲突关系，该模型可为碳中和目标下光伏产业规划和政策制定提供方法支撑。     

基于多目标算法的冷热电联供型综合能源系统运行优化

为了解决现有冷热电联供型综合能源系统大多只单一考虑系统机组投资成本或系统环境污染,影响系统整体优化运行的问题,以系统经济性和环保性为目标,对冷热电联供系统进行研究分析。构建含燃气轮机、燃气锅炉、电制冷机等机组的冷热电联供系统优化模型并建立约束条件;改进粒子群算法,面向多约束目标进行模型求解优化,提高求解的收敛精度、收敛速度和稳定性;最后利用算例进行结果分析。结果表明改进后的粒子群算法能够同时兼顾系统的经济性和环保性,使系统运行更加优化,为之后的能源供给系统的规划提供前期依据。     

基于改进的模拟退火-粒子群算法的区域综合能源系统经济性运行

为了缓解当前化石能源使用危机的问题,在考虑了储冷、储热和储电设备的基础上,本文构建了RIES的经济性模型。将天然气购买的成本、购电成本和设备运行成本之和作为目标函数,将系统综合运行成本考虑的更为周全,约束条件中不仅包括各设备的能量交互损耗、储能设备的功率和容量约束,还引入了重要负荷备用,提高了RIES的供电可靠性。利用改进的模拟退火-粒子群算法对所提模型进行求解,大大加快了求解算法的收敛速度。案例分析表明,本文所提出的求解算法求解速度更快,进一步减少了系统综合运行成本。     

考虑风光气电协同供能的冷热电联供系统多目标优化

建立以光伏发电、风电、燃气、网电多能源协同供能的冷热电联供系统。以独立供能冷热电联供系统为度量基准，构建由系统投资运行成本、一次能源利用、二氧化碳排放组成的多目标优化函数。针对全年冬季、夏季与过渡季的3种典型日的电热冷负荷需求，分析系统的容量配置以及“以电定热”“以热定电”的运行策略的协同优化。考虑优化问题的连续和组合优化的混合特性，模型求解采用多目标粒子群双层优化算法。采用正交试验分析关键因素对决策结果的影响作用。仿真结果表明，风光气电协同供能的冷热电联供系统相比独立供能系统，具有明显的经济、节能与环保的综合优势。     

考虑光热电站与风电系统低碳经济调度研究

为提高风电消纳,平抑负荷波动,实现系统经济、低碳运行,从光热电站特性出发,提出一种考虑阶梯型碳交易机制和需求响应的光热电站联合风电系统低碳经济优化调度模型。首先,加入电加热装置,构成含风电-光热联合发电系统,提高系统整体调度灵活性。其次,采用场景法处理可再生能源及负荷不确定性,并在源侧引入阶梯型碳交易机制控制碳排放量,在荷侧通过需求响应平滑负荷曲线,建立以系统总运行成本最低的优化目标函数。最后利用CPLEX求解工具箱进行求解。算例设置不同工况对比分析,结果表明所建立的模型在提高风电消纳的同时,保证经济性并降低系统碳排放量。     

基于灵活性和经济性的可再生能源电力系统扩展规划

风电、光伏等可再生能源的大规模并网为电力系统的规划与运行带来极大的不确定性.为了增强高比例可再生能源电网应对不确定事件的调节能力,保障系统的安全经济运行,需要提升电力系统的灵活性.首先,从线路传输能力和安全运行的角度定义电网灵活性指标.在此基础上,考虑系统经济运行策略,以灵活性、投资成本、运行成本和可再生能源弃用量最优为目标,提出一种基于灵活性和经济性的多目标输电网双层规划模型.采用NSGAII优化算法对该模型进行求解.最后,以改进的Garver-6和IEEE RTS-24节点可靠性测试系统为例,分析所提模型的有效性.结果表明,规划方案能够有效提升电网传输能力,降低可再生能源弃用率,增强电网运行的灵活性和经济性.     

基于综合评价指标的综合能源系统优化运行

随着绿色低碳发展观念日益深入,构建包含可再生能源在内的综合能源系统是解决能源短缺、降低环境污染的有效途径。借助电转气、燃气轮机、燃气锅炉等设备实现能源间的耦合,引入需求响应机制与碳交易机制,搭建了电-热-气综合能源系统架构。同时为更加科学、全面地优化系统运行,建立了基于层次分析法决策体系的综合能源系统综合评价指标运行优化模型,计及经济、环境、能源3个方面,采用基于Tent混沌映射与精英反向学习策略改进的麻雀搜索算法求解,得到调度时段内各设备最优配置方案。仿真结果验证了构建的系统、综合评价指标的合理性。     

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。     

考虑碳排放影响的物流园区布局优化研究

合理的物流园区功能区布局有助于提高物流作业效率、降低物流成本.在考虑碳排放影响基础上,提出一种结合拓展环境负荷模型（Stochastic Impacts by Regression on Population, Affluence, and Technology, STIRPAT）与系统布局规划理论（Systematic Layout Planning, SLP）的物流园区布局优化方法,针对物流园区的功能布局需求,采用Kaya扩展恒等式与对数平均迪氏指数模型（Log Arithmic Mean Divisia Index, LMDI）进行因素选择及分解,通过构建STIRPAT碳排放模型,对员工规模、产业结构、能源结构及能源强度等因素进行回归分析,探讨物流园区碳排放的影响机理.然后,以改进SLP法为依据,采用灰色预测模型划分货运需求状态并基于马尔科夫链进行预测结果修正,以货运搬运成本最小、综合相关性最大、碳排放量最低为优化目标,采用多种群遗传算法进行布局优化方案求解.实例分析结果表明：物流园区布局优化时,非物流关系及综合相关性分析中需要考虑与园区运营及运输组织相关的产业结构和能源强度因素...