基于季节性碳交易机制的园区综合能源系统低碳经济调度

为有效提高碳排放配额分配的合理性,并且避免年度结算时碳排放量超标导致环境污染加剧问题,提出基于奖惩因子的季节性碳交易机制,以园区综合能源系统(park integrated energy system,PIES)为对象进行低碳经济调度。首先,构建包含能量层–碳流层–管理层的综合能源系统(integrated energy system,IES)运行框架,建立电气热多能流供需动态一致性模型;其次,分析系统内“日–季节–年度”碳排放特性,打破传统应用指标法的配额分配方法,采用灰色关联分析法建立碳排放配额分配模型,并基于奖惩阶梯碳价制定季节性碳交易机制;最后,以系统内全寿命周期运行成本及碳交易成本最小为目标,对执行季节性碳交易机制的PIES进行低碳经济调度,分析长时间尺度下季节性储能参与调度的减碳量。搭建IEEE 33节点电网5节点气网7节点热网的PIES,并基于多场景进行算例分析,验证此调度方法能够实现零碳经济运行,保证系统供能可靠性,为建立零碳园区奠定理论基础。

多园区综合能源系统接入主动配电网双层优化调度研究

随着园区综合能源系统的不断发展与普及,其与上级大电网并网实现交互已成为大势所趋。文中构建了通过联络线相耦合的多园区综合能源系统接入主动配电网的双层优化调度模型。在主动配电网层面,以最小运行成本为目标,充分考虑了联络线功率、分布式电源、储能设备、柔性负荷、电动汽车等可调度资源;在园区层面,以多园区总运行成本最小为目标,考虑了相互联结的多类型园区的并网情况。利用目标级联法对双层模型进行求解。通过算例验证,文中所构建模型具有良好的经济特性与削峰填谷效果,充分证明了文中所提模型的经济性与有效性。

基于纳什谈判和主从博弈的多园区综合能源系统优化调度

为充分考虑多园区综合能源系统(MCIES)中多利益主体间交易合作与多种能量间的耦合关系,提出了1种基于纳什谈判-主从博弈的点对点分布式交易策略。首先,建立考虑综合需求响应的MCIES主从博弈动态定价模型,以园区综合能源系统(CIES)运营商作为领导者,给下层用户制定动态电价与热价,用户响应电价与热价进行综合需求响应,CIES运营商根据用户的需求响应计划调整机组出力;其次,基于纳什谈判理论,建立包含主从博弈动态定价机制与CIES间合作博弈的MCIES双层优化模型;然后,将原问题等效为MCIES收益最大化子问题和合作收益分配最大化子问题,采用交替方向乘子法(ADMM)对模型进行求解。最后,仿真结果表明所提策略可实现CIES联盟利润的最大化,并合理分配收益,同时最小化用户用能成本。

计及电制氢和碳捕集的园区综合能源系统动态规划

“碳达峰,碳中和”目标对综合能源系统提出了低碳高效的新要求。针对园区综合能源系统的源-网-荷-储联合规划问题,基于Bellman最优理论将系统净收益最大化的规划模型进行分解,建立“风光储协同-多能互联耦合-能源消纳制氢-最优碳捕集”的多阶段动态规划模型并求解设备的最佳配置方案。结果表明,该模型在经济性和环保性方面具有显著优势,电制氢收益可观并促进电能就地消纳,碳捕集降低了系统碳排放并具有售卖CO_(2)气体和碳配额的双重收益,同时在动态规划过程中达到了最佳的电制氢配置和最优的碳捕集比例。

考虑需求响应和热能梯级利用的园区综合能源系统多目标优化调度

园区综合能源系统(Park-level Integrated Energy System,PIES)供能设备多样,能源耦合机制复杂,是典型的复杂能源系统。为实现PIES低碳经济运行并提升风电消纳量以及解决系统因用能结构不合理导致的能源利用效率偏低问题,文中建立了电热需求响应模型优化负荷,并充分考量能量的“质”与“量”,基于热力学第一、第二定律建立了对系统碳排放约束性较强的综合能效模型,并将系统的热负荷根据能源品位进行细化区分,依据热能梯级利用理论,建立了能量耦合设备的数学模型。最后结合系统经济成本目标及系统综合能效目标建立了园区综合能源系统多目标优化调度模型,实现针对系统内各设备出力的调度。算例分析表明,文中提出的优化调度方案能够在提升系统风电消纳率及运行经济性的同时兼顾系统的低碳高效运行。

基于深度强化学习的园区综合能源系统低碳经济调度

为降低园区综合能源系统的运行成本和碳排放量,同时应对系统不确定性带来的随机波动,提出一种考虑阶梯式碳交易的园区综合能源系统低碳经济调度模型,并采用深度强化学习方法求解。首先构建园区阶梯式碳交易模型,将碳交易成本考虑在内对园区综合能源系统低碳经济调度问题进行数学描述;其次将该调度问题表述为马尔可夫决策过程框架,定义系统的观测状态、调度动作和奖励函数;继而采用近端策略优化算法进行低碳经济调度决策。所提方法无需进行负荷预测或不确定性建模,能够对源和荷的随机波动做出实时响应。最后基于多场景多算法进行算例仿真,结果表明所提方法提高系统运行经济性的同时降低了系统碳排放量。

工业园区综合能源系统评价及碳排放核算研究综述

在能源短缺的背景下,大力发展综合能源系统、推广工业园区碳排放核算是园区节能减排、能源结构转型升级的重要途径,也符合绿色低碳发展的要求。文章概述了工业园区综合能源系统的发展历程、系统形式和特征,梳理了国内外对园区综合能源系统评价指标体系和评价方法的研究现状,分析了工业园区碳排放的特点,梳理了碳排放核算方法的研究现状,指出目前存在的问题并展望了下一步的研究。建立更综合、更全面的评价指标体系,以及运用组合评价方法对园区综合能源系统进行主、客观综合评价是今后的研究重点。建议运用全生命周期的思想制定工业园区混合式温室气体核算方法,解决核算体系现有的难题。

综合能源管理下智慧园区空调系统的智能控制与可持续性能效提升

文章通过对智慧园区空调系统能效的分析,结合智能控制技术的应用和负荷柔性调节策略,探讨了提升园区空调系统能效的关键技术和方法。通过建立模型并进行模拟分析,比较基于行为分析的智能控制与固定运行策略下的能耗差异,得到了智慧园区空调系统智能控制和负荷柔性调节策略在节能减排和提升能效方面的效果,以期为智慧园区空调系统的可持续发展提供有效参考。

基于同步ADMM算法含P2G-CCS的多园区综合能源系统优化调度

多园区综合能源微电网系统交互需要解决每个微电网之间的协调优化调度的问题,文中通过引入交互耦合功率变量解耦的方法,来求解园区内微电网之间交互的电功率,将集中求解的复杂问题转换为各微电网之间相互合作而且可以内部管理的优化问题,于是文中考虑采用同步式交替向乘子法(alternating direction method of multipliers,ADMM)分布式求解方法来实现各个园区微电网系统的成本关系分配,系统只需要求解分布式优化方案所需的信息,可以最大限度地降低运行成本,同时为了保证多园区微电网系统的低碳运行和降低环境成本,在考虑单个电热冷综合能源微电网系统的基础上,采用碳捕集设备和电转气装置以及配合阶梯碳交易机制的方法,更进一步降低系统碳排放;最后,通过仿真算例来验证所提方法和模型的有效性。

计及广义储能的园区综合能源系统低碳规划

以综合能源系统的低碳规划为目标,建立了考虑蓄电池电储能、楼宇热储能、数据中心热储能为广义储能的通用统一模型,量化分析了广义储能运行灵活性对园区综合能源系统低碳化转型的支撑作用。计及负荷长短期增长不确定性与碳排放约束,建立了以规划年扩建成本与运行成本之和为目标函数的综合能源系统低碳扩建模型;以园区各设备运行约束为基础,考虑广义储能的灵活性运行方式,建立了基于能源枢纽的园区运行模型;以江苏省某工业园区为测试算例,分析了广义储能资源的灵活性运行对园区扩建规划的影响。结果表明,广义储能资源可利用时间转移特性实现多能源跨时段高效利用,有效促进了新能源消纳,保证了综合能源系统的规划方案兼具经济性与环保性。

考虑生物质能和农业柔性负荷的农业产业园区综合能源系统规划方法

农业产业园区规划是实现农业产业园区用能低碳灵活的基础,而生物质资源高值化利用和农业柔性负荷对于促进农业产业园区的合理规划十分重要。因此,该文提出了一种考虑生物质能和农业柔性负荷的农业产业园区综合能源系统(integrated energy system,IES)规划方法。首先,为实现秸秆高值化利用,引入热解气化炉生产生物质气和生物炭,并通过高厌氧发酵粪污制沼,实现生物质的充分利用。其次,引入农作物日积温作为确定种植业热负荷参与需求响应量的衡量指标,并结合农业负荷特性建立农业柔性负荷模型。然后,以园区投资运行总成本最小为优化目标,考虑设备投资约束和满足农业生长需求的农业用能约束及生物质能成本等运行约束,建立农业产业园区规划模型。随后,为减小天气概率分布不确定性对农业生产和园区供能的影响,基于历史天气数据生成盒式不确定性集合,构建农业产业园区IES分布鲁棒优化模型。最后,通过算例结果分析得出,该文所提的农业产业园区IES规划方法可以显著减少碳排放和系统总成本,并充分利用生物质资源。

考虑EV充放电意愿的园区综合能源系统双层优化调度

随着电动汽车(electric vehicle,EV)普及度的不断提高,工业园区内的EV用户日益增多,其充放电行为给园区综合能源系统(park integrated energy system,PIES)的规划运行带来极大挑战。文中提出考虑EV充放电意愿的PIES双层优化调度。首先,基于动态实时电价、电池荷电量、电池损耗补偿、额外参与激励等因素建立充放电意愿模型,在此基础上得到改进的EV充放电模型;然后,以PIES总成本最小和EV充电费用最小为目标建立双层优化调度模型,通过Karush-Kuhn-Tucker(KKT)条件将内层模型转化为外层模型的约束条件,从而快速稳定地实现单层模型的求解;最后,进行仿真求解,设置3种不同场景,对比所提模型与一般充放电意愿模型,验证了文中所提引入EV充放电意愿模型的PIES双层优化调度的有效性和可行性。

计及改进阶梯型碳交易和热电联产机组灵活输出的园区综合能源系统低碳调度

为了进一步降低园区综合能源系统(park-level integrated energy system,PIES)碳排放量,优化热电联产(combined heat and power,CHP)机组出力的灵活性,提出一种考虑改进阶梯型碳交易和CHP热电灵活输出的PIES低碳经济调度策略。首先,将遗传算法与模糊控制相结合,设计一种遗传模糊碳交易参数优化器,从而对现有阶梯型碳交易机制进行改进,实现该机制参数的自适应变化;其次,在传统CHP中加入卡琳娜(Kalina)循环与电锅炉(electricboiler,EB),构造CHP热电灵活输出模型,以同时满足电、热负荷的不同需求;然后,提出一种柔性指标——电、热输出占比率,进而计算出电、热输出占比率区间,以衡量CHP运行灵活性;最后,将改进阶梯型碳交易机制和CHP热电灵活输出模型协同优化,以系统运行成本和碳交易成本之和最小为目标,构建PIES低碳经济优化模型。算例分析表明,所提策略可有效降低经济成本和碳排放量,同时还可扩展CHP灵活输出调节范围,能够为PIES低碳经济调度提供参考。

考虑风光不确定性与灵活性指标的园区综合能源系统最优调度

针对风光高渗透率的园区综合能源系统调度过程中灵活性不足的问题,提出一种考虑风光不确定性与功率型灵活性指标的园区级综合能源系统日前调度策略。在调度模型中通过机会约束理论对风光的不确定性提供备用服务,利用功率型灵活指标对灵活性供给进行量化评价,在此基础上构建兼顾经济成本与灵活性供给的日前优化调度模型,采用混合整数规划的方法求解;仿真结果表明,该调度策略有效保证了系统运行的灵活性与经济性。

考虑风光不确定和阶梯式需求响应的园区综合能源系统博弈优化运行

为高效利用园区综合能源系统(park-level integrated energy system,PIES)中源荷侧资源,并兼顾PIES中各主体的运行效益,提出了一种考虑风光不确定和阶梯式需求响应的园区综合能源系统博弈优化运行策略。首先,对于源侧风光不确定性问题,采用蒙特卡洛法进行随机场景生成并利用k-means聚类和同步回代法对场景进行缩减;其次,在荷侧考虑用户阶梯式需求响应基础上,以园区运营商和用户聚合商效益最大化为目标,建立PIES主从博弈优化调度模型;最后,同时利用遗传算法和CPLEX求解器在MATLAB中进行仿真验证。算例结果表明,所提优化策略可以有效提高园区运营商和用户的效益。

面向零碳园区的综合能源系统优化运行技术综述

双碳背景下,零碳园区级综合能源系统(integrated energy system,IES)成为我国节能降碳、提质增效政策的重点。然而,园区级综合能源系统具有源-网-荷-储一体化、多能互补、供需方动态博弈等特点,其优化运行技术面临强不确定性和耦合机理不明等诸多挑战。为此,对零碳园区级IES优化运行的研究现状、关键技术与未来发展趋势等方面进行综述至关重要。该文首先聚焦于多类型能源耦合能效提升,系统阐述了零碳园区级综合能源系统架构;进一步,从零碳园区实施路径入手,对零碳园区级综合能源系统优化运行所涉及的多类型储能技术、碳捕集技术、多能协同规划设计、需求响应、能源监测与优化调度等关键技术进行了归纳分析;最后以实现园区零碳为主要目标,从全方位融入零碳理念、综合探索碳吸收/碳排放等方面分析零碳园区优化运行所面临的核心问题,并从数字化、社会环境因素一体化、全域综合能源化等方向指明零碳园区的发展趋势。

需求响应的园区综合能源系统优化运行方式研究

为了更好地展现园区综合能源系统中多种能源网络耦合互补、协调配合的特点,有效提高系统运行的经济性,提出了在电、热、冷、气4种网络负荷约束下考虑综合需求响应的冷热电联供型园区综合能源系统优化运行模型。首先在某园区建立电、热、冷、气4种能源网络,以及建立系统内部多种能量转换设备和储能装置的数学模型,同时考虑供热/供冷系统具有的热惯性,在此基础上,以综合能源系统建设运行成本与综合考虑价格型、激励型、替代型需求响应补偿成本之和最小为目标函数构建优化调度模型,并采用MATLAB平台中的Gurobi求解器对所提模型进行求解。通过算例分析可以得到:在能更好体现多能耦合互补特点的4种网络构成的园区综合能源系统中,综合考虑价格型、激励型、替代型需求响应的方式起到对负荷进行“削峰填谷”的作用,能更好地缓解系统高峰时期的供能压力,更有效地降低园区综合能源系统的日内运行成本,使得系统运行的总成本降低5.7%,有效提高了系统运行的经济性。

基于热能品质区分的工业园区综合能源系统多时间尺度协同规划

构建综合能源系统能够有效提升工业园区的能源利用效率,但目前对含多种热品质的工业园区级综合能源系统的研究匮乏。为此,根据热能品质将工业园区热负荷区分为工业蒸汽负荷与供暖热水负荷,建立了一种含电负荷、工业蒸汽、供暖热水的工业园区级综合能源系统。以年化成本最低为目标,基于工程实际数据建立了年负荷-资源约束和典型日小时尺度负荷平衡约束,构建了含塔式光热等多种可选设备的多时间尺度协同规划计算模型。考虑热能品质的计算结果显示,对热能品质进行区分能确定不同产热设备在供暖季和非供暖季的运行模式。规划计算结果表明,构建的综合能源系统建设成本更低,且规划过程量与工程预期目标更相符,验证了所提计算模型的有效性与规划设计结果的可行性。

考虑设备变工况特性的园区综合能源系统双层优化

园区综合能源系统通过整合多种能源设备为用户提供可靠的能量供应,但设备的变工况特性给容量配置的合理性及调度方案的准确性带来了严峻挑战。为此,提出了一种考虑变工况特性的综合能源系统容量与调度双层优化方法。首先,采用改进的核密度估计法构建更准确的能源供需场景。其次,基于极致梯度提升算法,建立设备效率修正模型以表征设备的变工况特性,并考虑温度对设备寿命的影响,将老化成本纳入目标函数进行优化。然后,提出最优负载率跟踪策略,通过解耦调度过程中输出、效率和负载率三者的关系,主动调节能量转换设备的输出比例,实现系统的柔性供能。最后,通过仿真结果表明,所提方法考虑了设备的变工况特性,不仅提高了设备模型的准确度,还增强了配置方案的科学性和调度方案的经济性。

考虑电-碳交易的园区综合能源系统经济运行评估

各类园区的二氧化碳排放量约占全国总体碳排放量的30%,低碳高效的园区综合能源系统是实现我国“碳达峰、碳中和”目标的重要途径。文章首先建立了园区综合能源系统的电-碳市场交易架构,分析了园区综合能源系统的碳排放责任;然后综合考虑购能成本和碳排放交易成本,以系统总体运行成本最小为目标,提出考虑电-碳综合效益的园区综合能源系统经济运行评估模型。算例分析表明,文章所提出的经济运行评估模型能充分反映综合能源系统的碳排放成本,证明了间接碳排放成本的引入会增加总体运行成本,更高的碳价和更高的减排目标均可以驱使园区减少碳排放总量,助力实现“双碳”目标。