把握“三农”发展特点 推动农村能源革命——访国网能源研究院新能源所副所长黄碧斌

在希望的田野上,一场农村能源革命正在如火如荼地进行。推动农村能源革命,加大乡村清洁能源建设力度,有助于实现“双碳”目标任务,促进农村产业提档升级、拉动产业链延伸,支撑宜居宜业和美乡村建设。面向“双碳”目标和乡村振兴战略,农村能源发展面临哪些新机遇和新挑战?对此,记者专访了国网能源研究院新能源所副所长黄碧斌。

新能源配置储能应确定科学合理配置比例——访国家电网有限公司副总工程师兼国网能源研究院有限公司执行董事(院长)、党委书记欧阳昌裕

随着新能源的大规模开发应用,新能源配置储能对于提升电力系统灵活性和促进新能源消纳具有重要作用,也逐渐成为建设新型电力系统的关键支撑,其发展思路、成本疏导、商业模式等广受关注。为进一步了解新能源配置储能发展情况及相关思路、路径等,本刊记者专访了国家电网有限公司副总工程师兼国网能源研究院有限公司执行董事(院长)、党委书记欧阳昌裕。

新能源接入下电网调峰机组负荷优化配置方法研究

新能源接入电网会令调峰机组负荷产生较大波动,导致电网运行安全性和稳定性下降。研究新能源接入下电网调峰机组负荷优化配置方法。分析新能源在电网中的接入问题,获取新能源接入量与电网调峰机组深度调峰之间的关系。根据相关关系分析结果,建立电网调峰机组负荷优化配置目标函数。将负荷率、功率平衡、机组出力、输出功率作为约束条件。利用多目标粒子群算法求解电网调峰机组负荷优化配置目标函数,以获取目标函数最优解。根据最优解实现电网调峰机组负荷优化配置。试验结果表明,该方法应用后的风光电发电受阻量低、火电机组和风电场出力高,电网调峰机组负荷优化配置效果好。该方法可以广泛应用在机组负荷优化配置领域,以保证电网运行的安全性和稳定性。

建设国家电力市场需要更为坚强的输电网络作为支撑——访国网能源研究院副总工程师兼企业战略研究所所长马莉

1月18日,国家发展改革委、国家能源局印发《关于加快建设全国统一电力市场体系的指导意见》(以下简称《指导意见》),要求健全多层次统一电力市场体系,加快形成统一开放、竞争有序、安全高效、治理完善的电力市场体系。此前,国家发展改革委已经邀请多位专家,从多个角度对《指导意见》进行了解读。此次,中能传媒记者专门采访到参与解读的专家之一——国网能源研究院副总工程师兼企业战略研究所所长马莉博士,就具体问题进行详解。

中深层地埋管热泵供热系统运行特性实测研究

通过大量工程实测研究,总结了中深层地埋管热泵供热技术的运行特性。中深层地埋管具有出水温度高、取热功率大、长期运行稳定的特点,为热泵系统提供了高品位的低温热源,以提升其运行性能;同时中深层地埋管自身存在间歇蓄热特性,能很好地满足建筑供热需求变化与柔性用能;无级变频热泵机组更适合与中深层地埋管匹配运行,节能减排效果显著;热源侧水系统具有小流量、大扬程,且阻力随着流量变化而大幅度变化的特性。研究结果可为提升该技术的供热性能提供关键指导。

能源互联网中的数字孪生技术体系、应用与挑战

随着传统能源互联系统逐步向能源互联网升级转化,仅基于机理建模的方法难以描述其高维性、非线性以及多能耦合性等特征。数字孪生技术可将真实系统精准映射到虚拟空间,对实现能源互联网的特征描述、运行分析、监控优化以及智能决策具有重要意义。首先,从数字孪生技术的发展出发,对能源互联网中的数字孪生技术体系进行分析,提出了涵盖“多源数据采集-模型构建-平台支撑-智能交互”的分层技术体系框架,细化了数字孪生技术在能源互联网中的应用价值;其次,详细阐述了数字孪生技术在能源互联网中的典型应用以及需要突破的难点,并给出了其当前的发展瓶颈;最后,对数字孪生技术在能源互联网中的发展路线进行了总结与展望。

面向6G的生成对抗网络研究进展综述

人工智能(AI,artificial intelligence)与通信技术的深度融合是6G网络的典型特征。一方面,AI为6G网络发展注入了新动力,能够有效利用网络运行产生的历史数据,使网络具备自维护、自优化的功能,加速了网络智能化进程。另一方面,6G网络丰富的场景和大规模的物联设备入网应用为AI提供了广阔的应用渠道和海量的训练数据,使AI能够更好地训练和部署,充分发挥AI的内在优势,为用户提供更加优质的智能服务。尽管如此,在一些实际应用中,受复杂环境的影响,存在数据样本收集困难、收集成本高和样本普适性不足等问题,难以充分发挥AI的性能优势。为此,学术界和工业界将生成对抗网络(GAN,generative adversarial network)引入无线网络的设计中,利用GAN强大的特征学习和特征表达能力产生大量模拟实际的生成样本,实现无线数据库的扩充,从而有效提升面向无线网络的AI模型的泛化能力。由于其优秀的性能表现,以GAN为代表的生成式模型在无线网络领域受到越来越多的关注,并迅速发展成为6G网络新的研究热点。首先,综述了GAN的原理及其改进衍生模型,对各种衍生模型的框架及优缺点进行了分析归纳;然后,综述了这些模型在无线网络领域的研究及应用现状;最后,面向6G网络的需求展望了GAN在6G网络中的研究趋势,为未来的研究提供了一些有价值的探索。

计及双重不确定性的综合能源系统运行优化模型研究

可再生能源的大规模应用是解决温室效应的重要途径,综合能源系统的开发是提高能源利用率的重要方向,但分布式能源出力随机性会引发系统的安全运行。通过对分布式能源不确定性和能源价格不确定性进行分析,并以清洁能源消纳率最大和系统运行成本最低作为系统优化目标,构建了考虑双重不确定性的综合能源系统优化模型。通过选取长三角地区某综合能源系统示范基地进行算例分析,有效验证了提出模型的可行性,为碳中和目标的实现奠定了基础。

计及高渗透率光伏消纳与深度强化学习的综合能源系统预测调控

深度强化学习(DRL)是支撑园区综合能源系统(PIES)自适应调控其多能转换与存储设备,以消纳光伏发电及满足用户多能需求的重要技术。然而,DRL智能体通常利用其与PIES的实时环境-动作交互来调控其设备运行状态,难以在高渗透率光伏场景下考虑尖峰光伏发电并预留充足的储能资源。基于模型预测控制理论,该文提出了一种基于DRL与光伏发电区间预测的PIES优化调控方法。该方法面向电-气-热园区综合能源系统,利用时序卷积网络与核密度估计得到光伏发电区间预测结果,并采用柔性Actor-Critic(SAC)算法构建PIES预测优化调控模型。该模型将光伏发电预测区间构建为SAC智能体状态空间,通过迭代试错训练获得PIES多能存储与转换的动态调节策略,从而优化光伏消纳率和运行成本。仿真实验表明,所提方法通过动态调节电、气、热三种能源转换设备的运行功率和预留三种储能设备的储能量,可有效提升PIES在高渗透率光伏场景下的消纳率,优化其运行经济效益。

基于FDS的管廊电缆火灾动态风险评估研究

为解决管廊或管沟内的电缆敷设密度较大,发生火灾极易形成电力系统的连锁事故等问题,采用FDS仿真软件,综合考虑传感器、喷淋系统、通风系统和防火门等安全屏障不同响应情况构建管廊电缆火灾动态风险评估模型,并应用Arrhenius公式将数值仿真结果指标映射为电缆火灾风险值,进而绘制时变的电缆火灾风险曲线,探究火灾情景下管廊电缆风险动态评估及应急决策优化方案。研究结果表明:喷淋系统是管廊电缆火灾风险的最关键影响因素,喷淋系统的安装位置以及动作状态在很大程度上影响管廊电缆火灾风险。研究结果可为地下管廊电缆线路典型事故的预防、处理和恢复提供应用价值。

考虑多重因素叠加情景的能源清洁低碳转型风险评估

当前中国能源清洁低碳转型主要面临可持续供应、社会性、地缘性、制裁性等4个方面风险。通过建立能源清洁低碳转型的风险评估模型,按照“两两叠加、三三叠加、全部叠加”的组合方式,排列出11种风险因素叠加情景,基于层次分析法,研判了能源清洁低碳转型中各类情景出现的概率及造成的影响程度,据此提出电网企业作为服务能源清洁低碳转型和构建新型电力系统的骨干企业,应适度超前加强电网建设和调节性资源开发,推动构建面向能源清洁低碳转型的风险预警、政策动态评估以及关键原材料和“卡脖子”技术研发储备机制,重点防范双内生风险和双外部风险影响。

可再生能源电解水制氢系统规划优化与生产模拟

可再生能源电解水制备所得的氢气,可助力部分难以实现电气化替代的部门深度脱碳,并推动不同部门和能源网络之间形成协同效应。系统配置与生产运行方案的优化是降低绿氢制取成本、提升其经济竞争力的关键。本文提出了一种可再生能源电解水制氢系统规划优化与生产模拟模型,深入分析风电/光伏、电化学储能等关键设备以及电解槽的容量配比、电价水平等关键因素对氢气平准化成本的影响机理,并结合西北、东南2个代表性地区开展典型案例研究。研究结果表明,用电成本是影响绿氢经济性的主要因素,绿氢项目向新能源富集地区聚集,在少数优质资源地的绿氢制取成本已降至20元/kg左右。若未来电价水平与当前基本持平,绿氢项目运行模式将逐步由并网向将电网作为备用的模式转变。研究结论可为绿氢项目的规划建设提供理论指导与重要参考。

基于频域阻抗网络建模分析的交直流微电网振荡问题研究

交直流微电网在不同类型电力电子变流器的不同带宽控制环节作用下,容易引发系统发生宽频振荡问题。现有的微电网振荡分析主要基于阻抗分析法和特征分析法,然而这两种方法存在一定的局限性。为此,该文研究了基于频域阻抗网络模型的交直流微电网振荡问题建模与分析方法。首先,建立了交直流微电网在频域下的等效阻抗网络模型,并计算节点频域导纳矩阵及回路频域阻抗矩阵。其次,基于频域模式分析法,建立了交直流微电网的节点/回路振荡参与程度指标以及设备和控制参数的灵敏度指标,给出了振荡的交直流传播特性分析方法,便于明晰系统振荡机理与关键影响因素。最后,通过Matlab/Simulink时域仿真及算例分析验证了上述频域阻抗网络建模和振荡稳定性分析方法的有效性。

面向清洁电力消纳的中深层地埋管热泵蓄能系统设计方法研究

电驱动热泵技术在为建筑提供清洁冷热的同时,也成为了与电网协同、消纳清洁电力的关键环节。本文以电驱动热泵技术为核心,冬季供热采用中深层地埋管提供高品位低温热源,夏季供冷结合冷却塔技术构建高效冷热供应系统。在此基础上结合用户侧蓄能技术,实现日间冷热蓄存,同时以充分消纳本场光伏发电及市政清洁电力为目标提出了系统的设计方法与运行控制策略。随后以我国某大型公共建筑为例开展了定量分析,以明确其实际节能减排效果。

考虑碳排放约束的新能源与调峰资源优化配置方法

“双碳”目标下,随着新能源并网装机规模加速增长,系统调峰需求快速增长,新能源与系统调峰资源协同优化发展成为高质量构建新型电力系统的重点之一。本文引入碳排放约束,构建了综合考虑新增机组投资与系统运行成本的新能源与调峰资源优化配置模型,针对不同新能源利用率目标,设置多个发展场景,研究了不同场景下的电力系统运行经济性。考虑未来以省(市)为单位进行碳减排评估与考核,以中部地区的省级电网为研究算例,验证了所提模型方法的有效性。

适应新型电力系统的电网基建功能化投资结构演化研究

构建新型电力系统不仅是物理形态的变革,更是生产组织关系的变革,伴随着大量的投资,如何保证投资效率将是构建新型电力系统的关键问题之一。当前,电网侧、电源侧、负荷侧形态发生了巨大变化,从功能化视角厘清投资结构变化是当前发现投资变化规律、引导资金高效投资、发现和改善电网基础建设投资效率的关键,尤其要发现功能化投资结构演变的规律。首先,通过系统动力学模型识别影响电网基建投资的关键因素,进一步研究各因素间的相互联系、相互影响和动态变化关系;在此基础上,系统仿真在关键情景下电网基建投资结构中各投资功能的演化趋势,为企业中长期电网投资决策提供建议和数据支撑,并推动电网基础设施优化升级,高质量构建新型电力系统。

基于约束规划的多模式资源受限重复性项目调度模型研究

多模式资源受限项目调度问题(MRCPSP)是一类经典的优化问题,旨在满足工序间优先关系和资源约束条件下最小化项目总工期。重复性项目是指部分或全部工序需要在多个单元上重复执行的项目,针对此类项目的MRCPSP(简称MRCPSP-RP)需要进一步满足单元间的逻辑关系,并考虑工序的连续性要求和可能的调度策略。本文从约束规划(CP)角度构建了求解MRCPSP-RP的CP模型,以区间变量定义每个子工序并利用CP表达式描述目标函数和约束条件,与MILP模型相比,大幅减少了变量和约束的规模。本文利用一个住宅建筑项目验证了CP模型的有效性。基于大量随机算例的数值实验表明,CP模型的计算性能优于MILP模型和已有的启发式算法,能在较短时间内给出较大规模问题的最优或高质量解。

基于混合赋权和MARCOS模型的低碳园区综合效益评价研究

园区排放量约占我国排放总量的1/4,其绿色低碳转型发展对我国“双碳”目标的实现至关重要。从经济、社会和环境等3个维度构建了低碳园区综合效益评价指标体系,提出了集成混合赋权和基于折衷解的备选方案排序模型(MARCOS)的低碳园区综合效益评价模型。采用该模型对我国5个地区的低碳园区进行评价,结果表明:CO_(2)排放量、可再生能源消纳量、用户用能成本是影响低碳园区综合效益的关键因素,位于山东的2号低碳园区综合效益最大。所提模型在实际应用中是有效可行的。

考虑季节性储氢的区域能源系统优化模型

为全面评估新能源、季节性储氢等重大因素对区域能源系统规划的影响,缓解能源供应的季节性矛盾,提出一种考虑季节性储氢的区域能源系统优化模型。首先,根据新能源发电出力的历史数据,运用K-means聚类方法生成典型出力场景,并引入一定置信水平下的极限场景保证模型的鲁棒性;然后,考虑电制氢、季节性储氢等能源技术,充分发挥多场景、多时间尺度下不同能源形式的互补性,以能源供应系统总成本最小为优化目标,计及规划与运行阶段的各类约束,建立区域能源系统优化模型;最后,通过算例分析验证了所建模型在降低供能成本、消纳新能源等方面的有效性。

考虑带宽和电力费用的数据中心工作流负载分配优化模型研究

针对数据中心处理工作流负载时产生的运行费用问题,首先,分析并建立了考虑带宽和电力费用的工作流负载分配模型优化数据中心运营商支付的经济成本。然后,针对优化模型的特点,设计了启发式算法求解最小运行费用和工作流子任务在各个数据中心的分配方案。最后,采用真实的工作流负载拓扑和参数设置进行算例分析,对比3种不同类型的工作流负载拓扑和常见的两种工作流负载分配方法,结果验证了综合考虑带宽流量费用和电力费用模型对降低数据中心总运行费用的作用。