含碳捕集电厂与氢能多元利用的综合能源系统低碳经济调度

随着中国“碳达峰·碳中和”战略的不断推进,综合能源系统的绿色低碳转型迫在眉睫。针对传统碳捕集电厂灵活性较差、风电并网难以消纳等问题,提出一种含碳捕集电厂与氢能多元利用的综合能源系统低碳经济调度模型。首先,引入储液罐对传统碳捕集电厂进行改造,提高电厂应对风电波动的运行灵活性;其次,构建含两段式电转气、氢燃料电池、储氢罐和掺氢热电联产在内的氢能多元利用结构,以充分挖掘氢能利用与碳捕集电厂的协同运行潜力。在此基础上,引入阶梯碳交易机制,建立以碳交易、碳封存、燃煤及购气成本之和最小为优化目标的低碳经济调度模型。算例结果表明,文中模型能够有效提高系统的风电消纳水平和能源利用效率,具有显著的低碳经济效益。此外,碳交易基准价格的合理设定能够引导系统提高碳捕集水平。

“双碳”目标下火电厂CO_(2)计量技术研究现状与展望

中国电力行业CO_(2)排放量是CO_(2)排放的主要来源,其中火电厂CO_(2)排放量在电力行业中占比最大。在“双碳”目标下,CO_(2)计量技术可以实现对火电厂中CO_(2)排放量的直观判断,为火电厂CO_(2)减排提供重要支撑,促进火电厂参与碳交易,带动区域经济发展。结合国内外政策,讨论了目前通用CO_(2)计量方法的实施进展,总结归纳了以碳核算为主、碳监测为辅的火电厂CO_(2)计量方法存在的问题,并对火电厂CO_(2)计量技术应用的重难点进行了分析。最后,对火电厂CO_(2)计量技术的发展及应用进行了展望。

计及多重需求响应的综合能源系统多时间尺度低碳运行

为挖掘需求侧资源响应潜力,文中提出一种计及多重需求响应的综合能源系统(integrated energy system,IES)多时间尺度低碳调度策略。首先,考虑到需求侧资源在不同时间尺度下的响应差异性,建立计及价格型和激励型的多重综合需求响应(integrated demand response,IDR)模型。然后,为减少源、荷预测误差对IES运行的影响,分别构建日前低碳经济调度模型和日内双时间尺度滚动优化平抑模型。最后,算例仿真设置不同场景进行对比分析。结果表明,相比传统IDR,多重IDR能有效挖掘用户响应潜力,提升系统经济性。此外,计及多重IDR的多时间尺度调度策略能有效缓解源、荷误差带来的功率波动并降低系统碳排放量,实现IES低碳、经济和稳定运行。

高比例新能源接入的主动配电网规划综述

新能源以分布式电源的形式接入配电网,给系统带来了不可控性、随机性和波动性问题。借助现代电力电子、信息通信及自动控制等技术,灵活可控的主动配电网成为发展趋势,其中主动配电网规划是近年来研究的热点之一。综合国内外在这一领域的研究成果,对主动配电网规划相关研究内容及其方法进行总结、分析及展望。对主动配电网基本结构进行了描述,介绍了配电网组成元素的特点;根据其控制变量的不同,对主动配电网规划模型进行了归类,总结了模型中的优化目标;针对常用模型求解算法及其优缺点进行分析、总结;通过对关键性问题的讨论,分析了未来主动配电网的发展趋势。

基于碳捕集-电转气的矿区综合能源系统协同优化调度

“双碳”战略目标下,为促进风光消纳与能源电力低碳转型、提高矿区能源利用率,提出一种含伴生能源和碳捕集与电转气耦合的矿区综合能源系统低碳经济调度模型。首先,综合考虑瓦斯、乏风、涌水等矿区伴生能源利用,建立矿区综合能源系统基本模型,并以碳捕集和电转气设备为耦合单元,促进节能减排与可再生能源消纳。然后,引入奖惩阶梯式碳交易机制,以矿区综合能源系统运行成本最小为目标,建立矿区综合能源系统协同优化调度模型。最后,以中国云南某大型煤矿为例,通过设置不同场景进行仿真分析。结果表明,所提模型能够促进矿区综合能源系统低碳经济运行,提高风光消纳率。

考虑移动式储能的综合能源系统冰灾后抢修与调度协同优化

冰灾易造成大规模停电事故,此时综合能源系统中的热电耦合设备可协调电出力和热出力,降低损失。根据典型的气象数据模拟冰灾故障场景,建立除冰抢修、综合能源系统与移动式储能系统双层协同优化调度模型,以减少冰灾带来的不利影响。上层优化模型为保障综合能源系统的电网快速恢复供电的除冰抢修调度模型,下层优化模型为综合能源系统与移动式储能系统调度模型,上层的各故障线路除冰抢修进度与下层的各节点实时切负荷情况相互传递、交互优化,保障在短时间内抢修更多的故障线路的同时恢复更多的用电负荷,并充分利用热电联产机组灵活的热电比以优化综合能源系统调度,有效减少系统整体经济损失。另外,下层优化模型依据故障后综合能源系统的切负荷情况调度移动式储能系统,进一步减少系统切负荷损失,同时可提高综合能源系统韧性。通过算例仿真验证所提方法的有效性。

含电转气和碳捕集耦合的综合能源系统多时间尺度优化调度

为提升综合能源系统(integrated energy system,IES)的可再生能源消纳以及低碳经济效益,提出含电转气(power-to-gas,P2G)和碳捕集(carbon capture system,CCS)耦合的综合能源系统多时间尺度优化调度模型。首先,建立基于阶梯型碳交易机制的含P2G和CCS耦合模型,并构建多能量转换设备和储能设备组成的电-热-冷综合能源系统;其次,基于多时间尺度的优化调度策略,以购能成本、运维成本、碳交易成本、弃风光成本为目标函数建立日前-日内滚动-实时调整3个阶段的优化调度模型;最后,以四川某工业园区为例进行仿真,结果证明本文提出的模型有效提高了综合能源系统的低碳经济效益、能源利用率和系统稳定性。

考虑碳排放流的电-气互联系统源荷互动低碳经济调度

为应对电力系统存在的弃风、碳排放较高等问题,基于碳排放流理论提出了一种电-气互联系统源荷互动低碳经济调度模型。基于电力系统碳排放流计算方法,推导得到考虑气网动态特性的天然气系统碳排放流计算方法;构建以储液罐装置为主的储碳系统(CSS),CSS与火电机组(TU)、风电机组(WT)、电转气(P2G)设备组成TU-CSS-P2G-WT的联合运行方式;源侧以系统日运行总成本最小计算得到能源网络的碳势时空分布,荷侧根据源侧的碳势信号,基于低碳响应机制建立激励型低碳需求响应模型,合理调整用能行为最小化用户购能总成本;建立源荷互动两阶段低碳经济调度模型,并利用GUROBI进行求解。通过改进由IEEE 39节点和比利时20节点构成的电-气互联系统进行算例分析,验证了所提模型的低碳经济性和灵活性。

基于联邦学习的分布式电采暖互动模式设计与展望

随着“双碳”目标的提出,以及“以电代煤”政策的贯彻落实,大量电采暖设备取代传统燃煤取暖投入运行并接入电网将成为必然趋势。大量电采暖设备可以作为需求侧可调资源进行新能源消纳,但是分布式电采暖所处地理区域较为分散,传统集中式管理的方式又存在隐私泄露、数据孤岛等问题。联邦学习作为一种分布式技术可在保护隐私的前提下支撑电采暖负荷互动,在分布式电采暖互动领域具有较强的适用性。分析了基于联邦学习的分布式电采暖互动需求,以及边缘缓存、隐私防护、通信传输优化和异构资源融合等技术在基于联邦学习的电采暖互动场景中的应用方式,并展望了未来基于联邦学习的分布式电采暖互动前景。

考虑电-热储能协同的综合能源系统规划优化研究

针对传统电化学储能造价高导致我国可再生能源消纳困难问题,提出一种考虑电-热储能协同的综合能源系统最优化规划方法。分析铅酸电池和蓄热罐的物理特性,建立其状态表征模型;设计电-热储能系统融合平抑可再生能源出力波动、保障供需平衡、峰谷套利三种功能场景的协同运行策略,建立考虑电-热协同的规划优化策略;基于最优化理论,以年总成本最小为优化目标,提出一种考虑电-热储能协同的综合能源系统规划优化模型,并以改进粒子群算法对模型进行求解。算例结果表明,所提出的模型能够有效提升能源系统的可再生能源消费占比。

基于信息间隙决策理论的含碳捕集−电转气综合能源系统优化调度

【目的】为科学统筹综合能源系统运行经济性、稳定性和低碳性优化目标,采用何种技术手段以提升能源转化效率,减少系统能源浪费和区域环境污染,是当下综合能源系统合理优化的主要问题。为此,提出一种基于场景生成与信息间隙决策理论的含碳捕集与封存(carbon capture and storage,CCS)—两段式电转气(power to gas,P2G)综合能源系统低碳优化策略。【方法】在技术层面,通过对电P2G两阶段精细化建模,提高氢能利用效率,建立热电联产(combined heating and power,CHP)-CCS-P2G耦合模型;在市场机制层面,引入阶梯型碳交易模型以降低系统中CO_(2)排放量。最终,基于信息间隙决策理论(IGDT)构建不同风险偏好下的优化调度模型。【结果】以典型综合能源系统进行算例分析,仿真结果表明所提模型可提高风光消纳率,实现系统低碳、经济、稳定运行。【结论】该优化策略可有效帮助决策者根据其风险偏好制定风险规避与风险追求策略下的调度方案,实现系统不确定性与经济性的平衡。

含CCUS和P2G的综合能源系统分布式鲁棒优化调度

在双碳战略背景下,综合能源系统成为探索可再生能源低碳高效利用及多能耦合的主要途径。为兼顾综合能源系统在低碳优化时的稳定性和经济效益,提出了一种含碳捕集、利用与封存-电转气协同运行的综合能源系统分布式鲁棒低碳优化策略。首先,对电转气过程精细化建模,研究氢能的多方面效益,建立CHP-CCUS-P2G耦合模型,并引入阶梯式碳交易机制,提出一种基于阶梯式碳交易机制的CHP-CCUS-P2G低碳经济调度方法;其次,考虑风光出力的不确定性,以调度系统中可用的历史数据为基础,构建数据驱动下min-max-min的两阶段鲁棒调度模型,采用1-范数和∞-范数约束场景概率分布模糊集;最后,基于列约束生成算法对模型反复迭代求解。算例仿真结果表明,上述模型提高了IES的风光消纳率和经济性,并降低了系统碳排放量。

基于POA-GWO-CSO 算法的新能源电力系统精准切负荷控制多目标优化方法

为解决新能源电力系统因功率缺额引发系统频率、电压偏移等一系列安全问题,文章提出了一种基于POA-GWO-CSO算法的电力系统精准切负荷控制多目标优化方法。首先,从电力系统的安全性和经济性两个方面综合考虑电力系统稳定运行和分布式电源出力特性等各项约束条件,提出一种基于负荷分类的精准切负荷控制多目标优化模型;然后,为了增强传统鹈鹕优化算法(POA)全局与局部搜索能力之间的协调关系,克服优化算法在处理复杂问题时出现收敛过早、寻优范围不够、求解精度不高等问题,引入非线性惯性权重因子、灰狼优化算法(GWO)中狼群领导者策略以及纵横交叉法(CSO),对鹈鹕新的个体的位置进行更新;最后,基于改进后的IEEE33节点进行实证分析。分析结果表明,利用改进的POA-GWO算法对紧急切负荷模型进行求解,实现了系统经济性及稳定性的协调控制。

基于Spearman相关性阈值寻优和VMD-LSTM的用户级综合能源系统超短期负荷预测

由于用户级综合能源系统(integrated energy system,IES)的多元负荷序列之间复杂的耦合关系及易受外部因素影响等原因,综合能源系统多元负荷的精准预测面临很大困难。为此,提出一种基于Spearman相关性分析阈值寻优(threshold optimization,TO)和变分模态分解结合长短期记忆网络(variational mode decomposition based long short-term memory network,VMD-LSTM)的多元负荷预测方法。首先,使用斯皮尔曼等级(Spearman rank,SR)相关系数定量计算多元负荷间以及负荷与其他气候因素间的相关关系并通过循环寻优确定最优相关阈值,然后采用VMD算法将以最优阈值筛选出的负荷特征序列分解成更简单、平稳、有规律性的本征模态函数(intrinsic mode function,IMF)后与最优气象特征一起输入LSTM模型进行负荷预测。通过某用户级IES的实际数据对所提方法的有效性进行了验证,结果表明,所提方法能有效提高IES的多元负荷预测精度。

基于深度强化学习的氢能综合能源系统优化调度方法

为实现碳减排目标,氢能与综合能源系统的结合成为最具潜力的发展方向之一。针对当前氢能综合能源系统调度策略灵活性不足、复杂系统多目标优化求解困难等问题,提出一种基于深度强化学习的氢能综合能源系统优化调度方法。首先,采用耦合设备的变工况模型,构建风-光-氢-冷-热-电综合能源系统,拓展设备联合供能空间。其次,考虑系统运行成本、碳排放量、系统自供给平衡度和新能源利用率,基于最优解距离构建多目标优化模型,激发智能体探索性。然后,通过时序片段表征优化深度强化学习算法,增强了智能体对系统状态变化的估计精度。最后,在源荷实测数据的基础上设计仿真算例。结果表明,所提方法可以有效提高氢能综合能源系统调度的灵活性,充分挖掘氢能的碳减排潜力,实现调度经济性和环保性的双重优化。

ABO_(3)载氧体A/B位金属对乙烷化学链氧化制乙烯性能影响实验研究

钙钛矿载氧体因其低廉的成本、A/B位掺杂金属的灵活多变、优良的氧储存释放性能而受到关注,被广泛应用于化学链式氧化反应中制备乙烯。该文采用柠檬酸络合法制备不同A/B位金属的ABO_(3)钙钛矿型载氧体,通过研究A/B位金属变化对乙烷催化反应性能的影响,得到具有最佳反应活性的载氧体。运用XPS、O_(2)-TPD等方法对催化剂的结构进行表征,为探究其本征反应特性规律,通过动力学研究发现,在形成钙钛矿载氧体的不同A/B位金属中,BaCoO_(3)具有最佳的反应性能,其中乙烷转化率最高达到60%,乙烯选择性达到75%,乙烯收率最高为46%。BaCoO_(3)经过12次循环反应后,乙烯选择性基本保持不变,乙烷转化率降低约4%。通过表征分析发现,比表面积和孔径略微减小,表明载氧体具有优良的稳定性。

计及氢气注入与压缩因子的综合能源系统能流计算

为实现“双碳”目标,综合能源系统(integrated energy systems, IES)成为了近几年的重要研究方向之一,然而传统的IES能流计算已经无法精确地反映电制气(power-to-gas, P2G)技术带来的氢气注入天然气网络后的混合燃气的参数变化对IES的影响。为此,在传统天然气系统稳态分析方法的基础上加入了SRK(Soawk-Redlich-Kwong)气体状态方程,将压缩因子作为状态变量,提出可以反映氢气注入天然气系统,对气体流量和混合燃气热值产生影响的稳态分析方法。以此为基础,提出了计及氢气注入与压缩因子的电-热-气IES能流分解求解计算方法。最后通过算例验证了所提方法可有效反映混合燃气的参数变化对IES的影响。

基于AMOWOA的区域综合能源系统运行优化调度

目前,智能优化算法已广泛应用于工程优化中,在当前多能耦合与互补的能源发展趋势下,仅考虑系统经济指标的单目标优化模式已经不再适用于目前区域综合能源系统(Integrated energy system, IES)的运行优化调度,需要研究一种多目标运行策略来解决区域综合能源系统的运行优化调度问题.首先综合考虑经济与能源利用两个指标并结合商业住宅区域的特性,以系统日运行收益和一次能源利用率为优化目标构建商业住宅区域综合能源系统多目标运行优化调度模型.其次由于传统多目标智能优化算法缺乏一种最优解综合评价方法,基于非支配排序以及拥挤度计算的多目标算法框架,提出一种利用模糊一致矩阵选取全局最优解的多目标鲸鱼优化算法(A multi-objective whale optimization algorithm, AMOWOA),并将提出算法对商住区域综合能源系统多目标运行优化调度模型进行求解.最后以华东某商业住宅区域综合能源系统为例进行仿真,验证了该方法的有效性和可行性.

综合能源系统下虚拟储能建模方法与应用场景研究综述及展望

为了促进多能耦合互补和实现可再生能源就地消纳,综合能源系统已成为多领域的研究热点。考虑到能源设备及网络的多样性、复杂性以及多种能源时间尺度的差异性,根据能量平衡原理,对系统内具有可调特性的源、网、荷进行储能化建模,并构成虚拟储能系统参与到综合能源系统的优化调度中。为了准确把握虚拟储能的研究重点,首先介绍了虚拟储能的定义、逻辑架构和技术内涵;其次针对综合能源系统源、网、荷端设备或网络,总结和归纳了4种虚拟储能建模方法和特性指标;然后重点分析了虚拟储能在4种典型场景的具体应用;最后展望了虚拟储能未来的发展方向。

全可再生能源多能互补系统优化配置与运行探索

在机组100%为全可再生能源的多能互补系统的基础上,通过部分市网供电及“隔墙售电”消纳改进其容量配置和调度优化模型并通过LINGO求解,考察市网供电和“隔墙售电”对系统经济性和碳排放参数的影响。结果表明:随着隔墙售电的电价增长,系统的运行费用及蓄电池的容量随之下降,在售电电价增至0.33元/kWh后蓄电池单元容量趋于稳定;在售电电价达到0.37元/kWh后系统不再因电价的上升而引起系统运行策略的改变;园区多能互补系统相比不参与“隔墙售电”的传统系统,系统年总费用降低25.9%,年运行成本降低37.8%,碳排放强度由76.9 kgCO_(2)/(m^(2)·a)降至52.3 kgCO_(2)/(m^(2)·a)。