计及需求价格弹性的区域能源中心建模与日前优化调度

能源市场管制放松的背景下,将能源价格作为一种可控资源,有望进一步推进区域能源中心(DEC)内电、气、冷/热等多种能源的优化运行。文中以能量枢纽为基础模型,提出了DEC功率平衡方程的通用线性化建模方法;同时,计及能源需求的价格弹性,对其进行分段线性化建模,并引入0-1变量及线性约束将分段线性函数的描述统一化。进一步,以DEC净收益最大化为目标,计及能源价格可控性,建立了DEC日前优化调度的混合整数二次规划模型,通过GAMS调用CPLEX进行求解。最后,以微网型DEC为例,验证了所提建模方法的有效性,分析了能源价格是否参与调控、不同价格弹性及新能源预测误差对调度结果的影响。结果表明,充分利用负荷的价格弹性,在最大化DEC净收益之余,有利于减小负荷方差和峰谷差,深度挖掘DEC的优化潜力。

计及动态管存的电—气互联系统优化调度与高比例风电消纳

面向高比例风电接入下电—气互联系统(IEGS)的日前优化调度问题,首先提出了风电并网功率比例因子,将其作为控制变量引入风电的随机性模型中,使风电建模可反映风电不确定程度与并网功率的相关性。其次,基于天然气传输的动态管存模型及流量平衡方程,推导了动态管存特性在应对天然气负荷波动时所呈现的缓冲特性机理。进一步地,以IEGS外购能源费用最小为目标,计及动态管存特性,同时引入极限场景的优化方法,建立了含高比例风电的IEGS日前经济调度模型,并对模型进行线性化求解。最后,构建仿真系统,验证了动态管存特性对风电不确定性功率的缓解作用,可有效提升系统运行的灵活性。同时,得出电转气(P2G)设备的应用有利于提升风电消纳能力的结论,但该能力受到风电不确定程度的制约。

广义价格型需求侧响应下区域能源中心日前最优经济调度

区域能源中心(districtenergycentre,DEC)是多能流耦合的枢纽,主要实现多能流在区域级的优化传输和分配。随着能源市场管制的放松,以能源价格为调节手段引导需求侧进行互动响应有利于提升DEC的优化潜力。该文首先基于能量枢纽模型,建立DEC的稳态能量流方程,探究功率平衡视角下的需求响应机理。考虑到价格调控下能源需求在时间上和类型上可相互转移,引入广义价格型需求侧响应(price based generalized demand response,P-GDR)的概念。同时,基于价格弹性及离散选择模型对P-GDR下能源需求的时空转移特性进行建模。并在此基础上建立DEC日前最优经济调度的混合整数非线性规划模型,通过广义Benders理论对其进行解耦求解。算例结果表明,考虑P-GDR有利于减少能源负荷峰谷差,并提高新能源消纳能力。此外,P-GDR下考虑能源负荷的可替代性更加符合用户行为实际,降低用户的能源购置成本。

寒区沼气发酵地源热泵增温系统的初步研究

以黑龙江省鸡西市兰岭乡大型沼气工程的增温系统为研究对象,通过对配料池、厌氧反应器加热量的计算,确定增温系统的供热负荷,并以此来选择合适的地下水源热泵机组。同时,对增温系统运行参数进行了周期为33h的测试,并进行了相关的分析。结果表明,地下水源热泵为沼气工程增温,不仅能保证沼气工程在北方冬季正常运行,还体现出了沼气增温系统的高效节能性。

基于源网电压差值法的220kV电厂电压曲线优化制定

发电厂的电压控制是电网运行安全性和经济性的基础。本文以电网有功损耗最小为目标,分析了无功负荷在发电厂和电网之间最优分配方式,揭示了发电厂实现最优无功出力的影响因素,提出了反映电厂电压控制与系统调压需求相匹配的评价指标,即电厂高压母线与枢纽母线之间的源网电压差值。并通过分析影响该指标取值的变量,优化计算,从而获取电网在不同运行方式下电压差值的最优值;进而对不同运行方式下最优电压差值进行局部统一、分档差异化处理;最后结合枢纽母线电压的预测值,进行发电厂日电压控制曲线的优化制定。算例结果证明了该方法简单实用,而且无功优化效果好。

智能电网与能源网融合的模式及其发展前景

互联网技术与新能源技术将推动新一轮能源革命,智能电网与能源网的融合在"互联网+"的推动下催生了新一代绿色高效的能源利用体系。文中提出了智能电网与能源网可能发展的3种不同的融合模式:智能电网2.0、互联能源网和互联网+能源网,阐述了不同融合模式的形态特征,分析了不同融合模式的形成约束条件与应用场景。最后指出,不同的融合模式是智能电网与能源网融合在不同时间阶段或不同地区发展的主要代表性形态,分布格局存在时空差异性,并受到相关支撑技术发展、不同地域环境资源的差异、宏观政策导向等因素制约。

新一代信息能源系统:能源互联网

"互联网+"技术正逐渐渗透能源行业,并推动智能电网与能源网深度融合。从多耦合能量流的随机动态特性、广域互联网信息资源的整合能力、能量-信息流的互作用特性3个方面分析智能电网与能源网融合背景下,能源互联网所构建的新一代信息能源系统(CES)的形态特征;并以CES建模、系统分析方法、控制方法 3个核心技术为对象,概述CES在智能电网中的发展概况,进而提出相关核心技术在新一代CES中的发展挑战。

能源大数据技术的应用与发展

能源大数据技术作为"互联网+"智慧能源的重要组成部分,对推动我国能源革命、促进能源转型以及刺激能源行业创新发展具有重大作用。本文以"互联网+"智慧能源为背景,阐述了能源大数据技术的结构形态与关键特征;立足于大数据在我国新时代下能源行业发展的重要支撑意义,探讨了能源大数据技术的主要应用领域,重点讨论了目前实现能源大数据的主要制约因素;最后提出了几点发展对策,力求助力我国能源大数据的建设与完善,推动"互联网+"智慧能源的深度发展。

厌氧发酵反应器一维稳态传热模型的建立与验证

在北方高寒地区,采取适当的加热及保温措施,确保沼气厌氧发酵所需的稳定温度,是关系到沼气工程冬季能否正常运行的关键所在。厌氧发酵反应器传热耗热量是沼气发酵料液加热系统设计的最基本的数据,它直接影响着加热系统方案的选择、供热管道管径和加热器等主要设备的确定。该文在稳态传热理论的基础上,通过对集厌氧发酵和沼气收集为一体式的全地上反应器传热过程的理论分析,建立了一维稳态传热模型,并通过试验对传热模型进行了修正和验证。结果表明,通过模型计算得到的模拟值与实际值在统计上没有明显差异,传热模型可用于反应器耗热量的计算。这为今后大型沼气工程中厌氧发酵反应器热负荷的计算和反应器能耗的预测提供了依据。

考虑运行策略和投资主体利益的电转气容量双层优化配置

电转气(P2G)技术的日益成熟,促进了电网和天然气网间的耦合,使两者间实现大规模互联成为可能。文中利用条件风险价值(CVaR)理论,对风电不确定性给电—气互联系统带来的运行风险及其成本进行了分析。在计及风力发电企业和电—气互联系统两个利益主体后,构建了P2G设备容量配置双层规划模型,以风力发电企业净利润作为上层目标,电—气互联系统运行成本为下层目标。并通过基于灾变遗传算法和内点法的混合求解算法进行仿真求解。利用IEEE 39节点电网和修改的比利时20节点天然气网组成的仿真系统,验证了配置P2G设备来提高风电消纳率和降低系统弃风风险的可行性。并进一步对比分析了置信度和弃风风险成本系数对P2G配置策略及系统运行的影响。

互联网与能源系统的融合形态与技术

基于互联网技术和互联网思维推进能源系统与信息网络的深度融合,构建多种能源优化互补、供需互动开放共享的能源系统和生态体系,是能源系统发展的新趋势。本文基于互联网技术发展的背景,阐述了互联网与能源系统融合的驱动力,探究了互联网与能源系统融合的基本形态,提出了互联网与能源系统融合的分阶段发展形态,即智能化、透明化、智慧化;最后,提出了互联网与能源系统融合的相关关键技术。

基于弱鲁棒优化的微能源网调度方法

微能源网中的新能源和负荷存在不确定性,给系统安全运行带来挑战。鲁棒优化常用于处理不确定性问题,能够保证微能源网的安全性,但具有保守性强的缺点。而弱鲁棒优化能够有效改善传统鲁棒优化的保守度。文中对典型的微能源网进行数学建模,并构建了基于弱鲁棒优化的微能源网调度模型。模型计及可再生能源出力和负荷的不确定性,在能源供求关系中引入表征能源功率缺额的松弛变量,以微能源网的综合利润与惩罚项之差最大为目标,并通过对等式转化理论将不确定性约束转化为确定性约束,使其可通过常规优化方法进行求解。最后通过仿真算例进行验算,结果表明所提模型不仅可以改善调度保守性,提高调度经济性,而且可以适应不同决策者的调度要求。

考虑P2G备用服务的电—气联合网络风电消纳及低碳效益分析

近几年来电转气技术的发展,促使电能和天然气实现能源的双向转换,增强了电—气联合网络的耦合,为解决传统电网风电消纳能力不足的问题提供了新的途径。该文充分考虑电网、天然气网的约束及电转气技术的能量转换关系,以系统运行总成本最小为目标函数,建立含电转气的电—气联合网络经济调度模型,并通过MATLAB编写内点法程序进行模型求解。采用修改的IEEE-39节点系统和比利时20节点天然气网组成的联合网络作为仿真系统。设置无电转气接入,以及电转气接入后有无考虑气网约束和电转气有无提供系统备用共5种场景,并考虑电转气的碳捕获能力,分析不同场景下风电的消纳情况和低碳效益。验证了通过引入电转气,提高联合网络风电消纳和低碳运行能力的可行性及有效性。

基于地下水源热泵的寒区沼气工程加热模式的探讨

合理选择节能环保型沼气发酵料液加热增温的模式和设备,是北方高寒地区发展大中型沼气工程必须解决的问题。该文提出了利用地下水源热泵对沼气发酵系统进行加热的模式,通过沼气工程应用实例与现场测试,验证了地下水源热泵加热系统对保持沼气中温发酵系统稳定运行的作用;获得了热泵机组的平均能效比为4.39,加热系统平均能效比为2.71;热泵机组一次能源利用系数为1.27,高于燃煤锅炉直接供热方式近1倍。同时通过对加热系统在2010-09-29—2011-02-25供热期内的实时跟踪监测,获得系统的实际能耗为4.79×108kJ,与燃煤锅炉直接供热方式相比,可节约标准煤10.8t,节约标准煤44%,减少二氧化碳排放量25.9t。结果证明地下水源热泵加热系统应用于沼气工程中是可行的,具有高效节能,运行稳定可靠,环境效益显著等优点,可为热泵技术在寒区沼气工程中的应用提供参考。

兼顾通用性和差异性的20kV电缆网无功配置率优化

提出一种由点及面的建模思路及相关性分析的无功规划方法。该方法从无功平衡的角度将影响无功优化配置率的特性参数分为影响程度小(LI)和影响程度大(MI)的两类,利用LI类特性参数建立20 k V城市电缆网的"点模型";而MI类特性参数则用来对"点模型"进行多维度拓展,使分析工作能较强覆盖不同特性的线路。进而采用相关性分析的方法进行20 k V城市电缆网无功配置率的优化研究,得出适用于不同负荷特性的配变台区的最优无功配置率参考范围,以解决目前对20 k V配电网无功配置率研究不足、指导原则中配置区间过于笼统及缺乏差异性等问题,也避免了针对各线路逐一进行无功优化规划的通用性不足的问题。算例结果说明了该方法的有效性。

寒区沼气厌氧发酵反应器保温层厚度的研究——基于限定温降值和温降时间

由于北方寒区冬季沼气工程存在产气率低,甚至无法正常运转等问题,需对反应器采取保温增温措施,而确定技术保温层厚度、降低能耗、保证沼气工程的正能输出是其中一系列关键环节。为此,以一体式全地上立式圆柱型反应器为例,用稳态传热原理分别对反应器的顶、壁和底部进行了传热分析,建立料液温降值与温降时间的数学模型,并用黑龙江省鸡西市兰岭乡大型沼气工程中实际工程监测值对模型进行了验证。最后,运用模型,计算出鸡西地区反应器不同保温层厚度下的温降和耗能,得出顶部散热是反应器整体散热主要影响因素,壁面散热量次之,底部散热量最小。此类反应器壁面不同保温层厚度对料液温降变化无显著影响,这对以后研究反应器耗能具有一定的指导意义。

寒区沼气工程加热增温过程能耗监测系统的实现

随着我国经济建设和社会文明的高度发展,环境和资源问题日益突出,节能减排的压力越来越大。在我国社会总能耗中,新能源开发能耗占据了相当大的比例。在新能源开发能耗中,寒区沼气工程加热增温能耗的问题尤为突出。为此,以寒区沼气工程加热增温节能标准、能耗监测技术导则为依据,在分析研究能耗监测系统体系的基础上提出了寒区沼气工程加热增温能耗数据存储与处理系统的设计思路,并在生产现场搭建了能耗监测系统的基础平台。该系统能够对寒区沼气工程加热增温的能源利用率和消耗水平进行统计计算,为下一步建立基于寒区沼气工程加热增温节能的能源环境最优控制模型提供基本依据和基础资料。

沼气燃烧器燃烧性能参数优化的试验研究

通过对沼气燃烧器进行燃烧参数优化的试验研究,明确各参数对燃烧性能的影响规律,为进一步设计和改进沼气燃烧器提供基础技术参数。试验通过采用多因素多水平设计,对数据进行处理后得到热负荷、热效率与试验因素之间的回归方程,并通过等值曲线曲面分析了试验因素对性能指标的影响规律以及之间的交互作用,最后经过对试验结果的回归分析和参数优化,得到了沼气燃烧器的最佳工作组合为:沼气流量3.0m3/h、喷口直径6.0mm、一次空气量系数0.61;并且进行了验证,得出的实际值与预测值非常接近,表明了优化结果的合理性。

掺钕、铒石英光纤的受激光放大

本工作试验了两种稀土掺杂石英光纤的受激光放大效应。采用氩离子激光(514.5nm),激励掺钕～3ppm的多模光纤,在1.064μm波长处光放大1.7倍,带宽≥29nm;激励掺铒～1200ppm的单模光纤,在1.52μm波长处光放大2～9倍,带宽≥20nm。

计及碳捕集和电转气协同的电气互联系统优化调度

在低碳经济和能源互联网的背景下,电气互联系统(integrated electric power and natural gas system,IEGS)是实现区域资源优化配置和新能源消纳的有效载体。文中提出了一种计及电转气和碳捕集协同的IEGS优化调度模型,通过引入碳捕集电厂-电转气系统协同利用框架,将捕集到的高浓度二氧化碳(CO 2)作为原料供电转气设备利用,并提出使用储气装置解决CO 2的捕集和利用存在时间上不匹配的问题。针对模型强非凸非线性的特性,利用分段线性化和二阶锥松弛方法将模型转化为混合整数二阶锥规划模型,最后利用改进的连续锥优化方法确保松弛的严格性。仿真结果表明,所提的模型降低了碳排放和弃风量,实现了IEGS的低碳经济运行,而所提算法能有效提高求解效率。