多市场参与下热电联产虚拟电厂低碳经济协同调度方法

热电联产(combined heat and power,CHP)机组与虚拟电厂(virtual power plant,VPP)结合,可以有效提高能源利用效率,增强电力系统运行的可靠性及稳定性。为保证CHP-VPP灵活、低碳、经济运行,文中提出一种聚合风电、光伏、CHP机组、锅炉、碳捕集设备、燃气轮机、燃料电池、储能及电、热负荷的综合能源VPP,并在参与电-热-旋转备用-碳等多市场下,研究其低碳经济协同调度问题。首先,以各时刻VPP在多市场下整体净收益最大为目标,建立其CHP-VPP两阶段鲁棒优化调度模型;然后,考虑新能源出力、市场价格及负荷的不确定性,利用蒙特卡洛法进行场景削减,从而降低系统风险,增强其鲁棒性;最后,采用列与约束生成算法对模型进行求解,得到最恶劣场景下系统运行的经济性最优调度方案。仿真结果表明:所提综合能源VPP结构合理,可通过动态调整碳捕集设备及储能电池,达到平抑新能源出力波动的效果,从而实现碳排放的大幅降低;所提调度策略可有效保证源-荷-储多侧电、热资源的协同优化运行,提高VPP的灵活性、经济性和低碳性。

含吸收式热泵的高能效热电厂优化运行研究

针对乏汽余热利用方案的差异性对比,文章首先基于吸收式热泵整体建模,建立配置最佳容量吸收式热泵后抽凝机组的可行运行区间模型以及煤耗函数模型。以此为基础,量化分析配置吸收式热泵较低压缸可灵活切除改造、高背压改造二者在运行灵活性、调峰成本和供热能力方面的优劣,提出包含3种余热利用方案的高能效热电厂厂内机组优化调度通用模型。最后根据东北某热电厂的数据,在不同场景下校验了3种余热利用方案的差异,进一步总结不同余热利用方案并存时,厂内不同类型机组之间的协同运行规律。

热电联产虚拟电厂两阶段分布鲁棒优化调度

热电联产虚拟电厂(combined heat and power virtual power plant,CHP-VPP)聚合了各类电热出力单元,可兼顾风光出力不确定性、动态电价、用户热舒适度等影响,实现整体出力的优化调度。提出了两阶段分布鲁棒优化调度方法,第一阶段考虑计划调度,旨在保证CHP-VPP的收益最大;第二阶段基于矩不确定分布鲁棒方法,构建风光出力的不确定性模糊集,引入用户热舒适度HOMIE模型,降低电热净负荷波动幅度,实现对CHP-VPP内部各单元实时出力的优化调整。针对IEEE14节点模型进行算例研究,分析了不确定参数、不同优化方法以及动态电价对调度结果的影响,结果表明:所提出的两阶段调度方法能够有效进行电热调度,实现系统的收益最大化和波动最小化。

计及热惯性的热电联产虚拟电厂韧性提升策略

日益频繁的极端天气给电热耦合系统造成的影响愈发严重。韧性是衡量系统抵御极端事件、减少故障影响并快速恢复的核心指标。为提升电热耦合系统抵御极端灾害的能力,提出一种考虑热惯性的热电联产虚拟电厂(combined heat and power-virtual power plant,CHP-VPP)两阶段三层韧性提升策略。第一阶段以联络开关成本最小为目标,基于最小生成树理论对系统进行重构;第二阶段以运行成本最小为目标,基于分布鲁棒优化理论制定最恶劣的故障场景下的最优决策。采用列与约束生成算法进行迭代求解。基于IEEE 33节点电力系统+6节点供热系统构建CHP-VPP测试系统,仿真结果表明,所提出的方法可有效提升CHP-VPP应对极端灾害的韧性。

多类型热电机组群实时负荷动态分配方法

在运行灵活性提升背景下,考虑热电厂内不同类型热电机组的可行运行区间及其相关辅机运行动态安全边界,以实现热电厂整体效益最大为目标,提出一种多类型热电机组群实时负荷动态分配方法。该方法计及热电厂的售电收益、运行成本、辅助调峰市场收益、负荷跟踪惩罚,并通过设置机组出力最小调整量降低各机组出力调整频次。基于东北地区某热电厂实际数据的算例结果验证了所提方法的有效性和优越性。

含光热电站的热-电系统供暖期优化调度

为解决西北地区热电联产机组“以热定电”特性导致供暖期产生弃风的问题,提出一种含光热电站的热电联供系统优化调度策略。该模型将含储热的光热电站与电加热装置联合进行辅助供热,同时考虑能量损耗的影响,以系统综合成本最小、弃风率最低为目标,制订最优日前调度计划。模型对光热电站供热潜力进行深度开发,减弱了常规热电联产机组热电耦合程度,大大提高了风电消纳水平。最后利用西北某地区实际数据进行算例分析,验证模型有效性。结果表明,所提策略在促进风电消纳的同时降低系统综合成本。

东北供热机组对新能源消纳的影响分析及热电解耦措施

"三北"地区冬季供热期新能源消纳矛盾突出,供热机组装机容量大、冬季受供热约束调峰能力差是造成弃风弃光的主要原因。基于东北地区的调研数据,第一次量化分析了供热机组装机发展和调峰运行对新能源消纳空间的影响,提出能够提高供热机组运行灵活性的4种热电解耦措施,在对不同热电解耦措施的风电消纳能力和煤耗水平分析对比的基础上,提出了目前可行性和推广性较高的热电解耦措施建议。措施的实施对释放系统灵活性、提高新能源消纳能力具有积极的意义。

配置储热的热电厂与风电场的调峰定价机制

在风火替代交易机制下,热电厂通过配置储热装置可将其有功出力降低到电网核定的"以热定电"出力水平以下,参与弃风电力消纳。针对热电厂与风电场的调峰交易问题,分析了调峰合作的成本效益、投资模式以及整体和个体角度的发电权可行价格边界;针对投资风险问题,提出了分回收期内和回收期外二阶段进行发电权定价的方式;采用风险价值(Va R)方法描述了调峰合作所面临的未来消纳弃风电量不确定风险。算例分析验证了理论分析的正确性。

基于旁路系统提升热电机组风电消纳能力研究

针对中国三北地区冬季供热期弃风现象严重的问题,提出利用高低压旁路供热解耦传统热电机组的电热强耦合关系,并基于旁路系统供热的热电机组电热特性,建立风电消纳能力数学模型,根据电网调峰需求,给出热电机组的运行策略。结果表明:高低压旁路系统参与供热可大幅提升热电机组的风电消纳能力和供热能力。为了保证高低压旁路供热安全,要注意高低压旁路蒸汽流量的匹配关系。采用"传统抽汽+高低压旁路"切换方式供热,风电消纳能力最强。以某330 MW热电机组为例,采用高低压旁路供热可进一步提升供热能力90.56%;在满足额定供热量的前提下,采用"传统抽汽+高低压旁路"切换方式供热可进一步提升热电机组风电消纳能力324.46%。

考虑压降的开式布雷顿CHP装置性能优化

考虑工质在流动过程中的压降不可逆性,建立开式简单布雷顿热电联产装置的有限时间热力学模型。以可用能率、火用输出率、利润率、第一定律效率和火用效率为目标研究装置的性能。通过Matlab数值计算,在无燃料消耗和装置尺寸约束下,优化了压气机进口相对压降,得到了最优可用能率、火用输出率和利润率,进一步优化压比,得到了最大火用输出率和利润率;在有约束条件下,优化压气机进口相对压降,得到了最优第一定律效率和火用效率,同时得到了各部件最佳的流通面积分配,进一步优化压比,得到了最大第一定律效率和火用效率。研究设计参数对装置最优性能的影响,发现分别存在最佳的供热温度使火用输出率、利润率和火用效率取得双重最大值。通过比较发现按最大火用输出率设计能使装置具有较大的可用能率和较低的压比,按最大利润率设计能使装置具有较大的第一定律效率和火用效率以及较低的燃料和空气消耗。

能量和旋转备用市场下虚拟电厂热电联合调度鲁棒优化模型

以虚拟电厂(virtual power plant,VPP)形式聚合热电联产(combined heat and power,CHP)机组,并参与能量市场(energy market,EM)和旋转备用市场(spinning reservemarket,SRM)可提高决策灵活性,进而获得更大收益。建立EM和SRM下VPP日前热电联合调度优化模型,该模型聚合单元包括微型燃气轮机、燃料电池、风电机组、光伏机组、CHP机组、锅炉、电储能、热储能、电负荷和热负荷,并考虑CHP机组参与SRM情景。针对VPP面临的不确定性问题和由此带来的风险,采用鲁棒优化(robust optimization,RO)处理EM电价、SRM电价、风电出力、光伏出力、电负荷和热负荷的不确定性,降低了系统风险,并建立风险量化指标,平衡RO模型的鲁棒性和经济性,为决策者提供有效参考。仿真算例验证了所构模型的有效性。

计及光热电站及建筑热平衡的冷热电综合能源系统优化运行

多能联供综合能源系统有利于推动能源转型、实现多能源协调互补,已成为能源互联网的重要发展方向。针对以可再生能源为主体的冷热电联供问题,引入热电联产型光热(concentrated solar power,CSP)电站作为核心供能单元,并结合电加热器、吸收式制冷机、地热源热泵等能量转换设备组成综合能源系统(integrated energy system,IES),提出一种冷热电联供型IES运行优化方法。首先构建了IES架构,并建立了光热电站与建筑物热平衡模型。然后,引入居民舒适度惩罚项,建立了考虑运行成本的IES经济优化模型。在此基础上,建立计及多重不确定性的IES模糊机会约束规划模型。最后,通过算例仿真验证所提策略可以满足居民的不同舒适性需求与提高光热电站的供能潜力,降低系统的运行成本。

基于虚拟电厂“热电解耦”的负荷优化调度及经济效益分析

我国北方冬季供暖期,大量热电联产机组工作在"以热定电"运行模式下,造成了系统调峰能力不足,弃风形势严峻。能有效减少弃风的风电供热由于经济效益问题和调度平台尚未完善,难以大规模推广应用。针对上述问题,该文将一定供热区域内的热电厂、风电场、光伏电站组成虚拟电厂,形成利益整体,并加入风电供热设备实现热电联产机组的"热电解耦"。首先描述了虚拟电厂的组成结构和运行方式,其次建立了虚拟电厂热电负荷优化调度模型,对比了不同的虚拟电厂运行策略,并采用自适应免疫遗传算法进行求解,实现了虚拟电厂内部热电负荷优化调度。通过算例分析,验证所建立模型的合理性与有效性;表明在虚拟电厂中加入风电供热设备的运行策略可以有效地减少出力偏差与环保代价,提高经济效益;风电供热容量在一定范围内越高或风光预测精度越高,虚拟电厂经济效益越好,同时体现了虚拟电厂作为一个利益整体的经济性优势。

高炉余能余热驱动ICR Brayton CHP装置的[火用]经济性能优化

用有限时间热力学理论和方法研究了高炉余能余热驱动变温热源内可逆中冷回热(ICR)布雷顿热电联产(CHP)装置的?经济性能,导出了无量纲利润率和?效率的解析式。以利润率为目标,通过数值计算对热导率的分配、中间压比的选取进行了优化,得到了最大利润率;同时研究了最大利润率和相应的利润率特性。进一步对总压比进行优化,得到了双重最大利润率,并分析了各设计参数对联产装置最优性能的影响。最后,对工质与热源间热容率匹配进行了优化,得到了三重最大利润率。

600MW火电机组抽汽供热的热经济性分析

针对亚临界和超临界600MW机组抽汽供热,运用常规热平衡法对不同抽汽方案的机组热经济性进行分析、计算,并对结果进行比较,说明抽汽供热能提高电厂的热经济性,且再热器冷段抽汽供热的经济性高于再热器热段抽汽。建议在安全性和经济性的基础上,合理选择抽汽供热方案,为电厂的供热改造提供经济性依据。

考虑热电联合调度的虚拟电厂交易策略研究

为优化能源配置和用能效率,采用虚拟电厂模式聚合热电联产(Combined Heat and Power,CHP)机组等分布式能源作为整体参与市场交易,考虑CHP机组热电比可调运行模式突破传统以热定电的限制,实现CHP机组的热电解耦,提升机组调度的灵活性。此外针对虚拟电厂面临的风电不确定性,采用鲁棒优化进行处理,构建min-maxmin两阶段鲁棒优化模型,寻找不确定变量在不确定集合内朝着最恶劣场景变化时经济性最优的交易方案,并通过列约束生成算法对主子问题进行交替迭代求解。算例结果表明,采用CHP热电比可调运行模式并合理考虑风电出力不确定性能够提升系统调峰能力、降低出力偏差,对促进清洁能源消纳具有积极作用;也验证了通过虚拟电厂实现热电联合优化调度,作为整体参与市场运行具有较强的经济性优势。

2011年国际供电会议系列报道 分布式能源发展与用户侧电能的高效利用

对第21届国际供电会议的分布式能源(DER)与高效用能专题进行了梳理,围绕分布式电源(DG)/DER规划及研究、含DG/DER的配电网控制、用户侧发展及DG/DER技术4个方向详细归纳并介绍了世界范围内在该领域研究工作的重点、难点与进展情况。所述内容希望能够开拓中国学者在相关研究领域的视野,加深对当前配电网所面临的问题、机遇与挑战的理解,并最终推动国内智能配电网相关技术的研究、开发与工程应用。

电力市场中热电联产机组两部制电价机制的研究

通过比较热电联产机组与常规火电机组的优势劣势,分析了国内外电力市场中热电联产机组的扶持政策和运营情况,提出了热电联产机组参与电力市场的两部制电价机制设计方法,给出了热电联产机组两部制电价中可用容量、可用小时数、容量电价、电量电价等参数的计算方法,形成了一套科学合理的价格形成机制,使其与常规火电机组可以参与同一电力市场竞价上网。

以电厂循环水为热泵低温热源的联产供热系统的冷端优化

以电厂循环水为热泵低温热源的热电联产供热系统是利用以电为动力的压缩式热泵或者以抽汽驱动的吸收式热泵从电厂循环水中吸热,供热热量主要来自于循环水,其冷端调节同时影响发电收益和供热收益。以采用压缩式热泵的供热系统获得最大经济净收益为目标,对这种联产供热方式的冷端系统进行了研究,分析了冷端调节对系统收益的影响,建立了各个环节的数学模型并提出了求解算法。最后以某600MW机组和热泵组成的联产供热系统为研究对象,应用建立的数学模型对200万到800万m2之间的4个供热面积分别进行了计算,得出最佳入口温度持续增大,最佳循环倍率随着供热面积的增加先增大后减小直到调节范围的最小值,且冷端系统参数取最优时,系统的总收益总是小于热泵收益,实际运行时要在保证凝汽器真空不小于最低值的前提下,尽量选择接近理论最优值的循环倍率和入口温度。

冬季风电消纳的两种途径的节能分析

冬季北方地区风电等清洁能源消纳矛盾突出,热电联产机组运行容量占比高、受热负荷的约束调峰能力差是造成弃风、弃光的主要原因。在解决弃风、弃光等问题上,针对北方冬季风电消纳的两种途径,依据热力发电厂热经济性评价方法,对不同形式的机组、采取不同深度调峰的改造技术路线,进行了节能分析。提出了在发电侧纯凝机组应首先进行深度调峰、热电联产机组采取增设蓄热罐改造进行深度调峰,为风电等清洁能源让出发电空间;在用电侧对供热锅炉实施电锅炉改造,消纳剩余的风电,实现经济效益和社会效益的最大化。