Enhancing Wind Power Integration through Optimal Use of Flexibility in Multi-Carrier Energy Systems from the Danish Perspective

Denmark’ goal of being independent of fossil energy sources in 2050 puts forward great demands on all energy subsystems (electricity, heat, gas and transport, etc.) to be operated in a holistic manner. The Danish experience and challenges of wind power integration and the development of district heating systems are summarized in this paper. How to optimally use the cross-sectoral flexibility by intelligent control (model predictive control-based) of the key coupling components in an integrated heat and power system including electrical heat pumps in the demand side, and thermal storage applications in buildings is investigated.

考虑动态定价和碳交易的多园区综合能源服务商低碳合作优化策略

为解决多园区综合能源服务商参与综合能源市场和碳交易市场带来的利益分配和动态定价问题,该文提出一种新的多园区服务商合作交易框架。首先,设计阶梯式碳交易下多园区综合能源服务商合作运行交易机制,针对区域零售市场制定动态价格,以指导各园区服务商购能行为;其次,在新型电力系统的逐步构建下,根据新能源占比变化,完善碳配额与碳排放模型,并通过市场下阶梯式碳交易机制约束各园区的碳排放;最后,建立多园区服务商纳什议价模型,将所建模型分解为联盟成本最小化与电热交易支付谈判子问题,通过算例验证所提模型和方法能提高各园区参与联盟主动性,并有效降低各园区碳排放和总运行成本。

区域能源与数据中心融合项目应用实例分析

本文以南京市某区域能源与数据中心融合项目为例,对融合前后冷热源系统设计方案进行对比,阐述了融合系统方案设计要点,并简要分析了融合项目的经济性,提出区域能源与数据中心融合模式可以实现“1+1>2”的效果,应积极推广使用。

电-热-氢综合能源系统鲁棒区间优化调度

储能技术与风电相结合实现电能的时空平移是解决系统运行稳定性问题的有效手段。氢储能具有储存容量大、可实现电热联产联供的优点,具有很大的发展潜能。然而由于风电存在不确定性,氢储能系统在频繁切换工作模式时面临着不确定的热能需求。因此,文中综合考虑氢储能在间歇模式下的热能需求,首先,介绍了氢储能系统接入的电-热综合能源系统基本结构,将风电场与氢储能相结合构成风-氢混合系统;然后,提出考虑风-氢混合系统热平衡需求不确定性的电-热综合能源系统鲁棒区间优化调度模型;最后,基于对偶理论,对所提出的模型转化求解,通过算例对比分析各类情况优化结果,验证了氢储能在促进风电消纳、提高系统能源综合利用率方面的有效性,并证明了考虑电解槽和燃料电池工作温度能提高系统的工作效率并提高风电场并网功率。

Coordinated Scheduling of Energy Resources for Distributed DHCs in an Integrated Energy Grid

As more and more distributed renewable energy resources connected to electric power grids,the conventional power system evolves into an integrated energy grid(IEG)in order to satisfy various types of energy demands.This paper proposes a model of the coordinated scheduling of energy resources(CSoERs)for distributed district heating and cooling systems(DHCs)in an IEG.The model takes into consideration both the dispatchable grid-connected generators and distributed renewable energy resources,such as wind energy,solar energy and natural gas.The objective is to minimize the operation costs in the IEG in order to satisfy not only the electrical loads but also the heating loads and cooling loads.Furthermore,an energy storage system for heating loads and cooling loads is also developed in the DHCs to improve the operation reliability in the distributed DHCs.Detailed simulation studies are carried out to verify the effectiveness of the CSoERs under two different operation scenarios:grid-connected scenario and stand-alone scenario.Simulation results demonstrate that the performance of the CSoERs contributes to significant energy saving and reliability operation in both grid-connected scenario and standalone scenario in the IEG.

INTEGRATING OPERATIONS AND RESEARCH TO DEMONSTRATE BIOENERGY HEATING AT THE UNIVERSITY OF NORTHERN BRITISH COLUMBIA

The University of Northern British Columbia(UNBC)has implemented two bioenergy heating projects to demonstrate renewable energy and carry out research on sustainable resource usage.These projects are of particular interest to remote communities and further the institution’s aim to be Canada’s Green University™.The wood pellet system is a template for a community building heating system,while the gasification system is sufficient to supply a community scale district energy system.Both projects demonstrate that bioenergy can be implemented at an institutional level,low levels of particulate emissions are achievable,and that integrating campus operations with research provides relevant demonstration of leading-edge technology.

计及热网蓄热特性的多区域综合能源系统多元储能规划

面向基于冷热电联供系统和热网构建的多区域综合能源系统(integrated energy system,IES),该文提出计及热网蓄热特性的多区域IES多元储能规划方法。首先,基于能量守恒方程推导热网蓄热模型,以量化热网的缓冲能力;在此基础上,以年综合成本最小为目标,建立计及热网蓄热特性的多区域IES多元储能规划模型;然后,针对区域互联热网管道流量变化导致模型非凸的问题,利用凸包方法将模型转凸,并设计自适应求解策略,提出凸包自适应优化算法以实现模型的有效求解。最后,天津某实际多区域IES的规划仿真和分析验证了该文所提模型和算法的有效性。

第5代区域供热供冷驱动的产消型综合能源系统多能流分析

第5代区域供热供冷(5GDHC)与主动配电网构成电-热-冷强耦合、热产消者、双向传输的复杂新场景。为此,文中基于传统综合能源网模型,通过对比5GDHC与传统第1至4代区域供热网的不同特征,提出了与5GDHC热产消者相兼容的多能流网络模型。该模型系统地集成了热力共享的产消者模型、冷热负荷重叠系数、管网温度的热泵模型以及双向水流引起的复杂水力交汇等特征,描述了各产消者在时空上共享互补的冷热功率。最后,采用15节点配电网、36节点供热网算例验证了所提模型与方法的有效性。计算结果包括状态变量的时域仿真(电压、电/热/冷功率、温度、流量、压力等)、与冷热未互补系统运行成本的对比以及蓄热与热泵的联合运行等。

考虑阶梯型碳交易机制的区域电-热综合能源系统分布协同调度方法

含多能源站的区域综合能源系统(district integrated energy system,DIES)具有多层级、多运营主体的特征,难以采用传统的集中式方法优化调度。为保证不同运营主体的利益与隐私,该文提出了一种考虑阶梯型碳交易机制的区域电-热综合能源系统分布协同调度方法。首先分析运营主体特性,构建计及热网动态特性和站间互济的综合能源系统模型。在此基础上,构建综合能源系统双层优化调度模型:在系统调度层中,以运营商的经济性和低碳性为目标;在站间调度层中,能源站根据系统调度层的优化结果,调整自身调度策略以实现利益最大化。最后,采用目标级联分析算法(analysis target cascade,ATC)实现交互变量的解耦,并提出了层内迭代、层间互联的求解方法。仿真结果表明,所提调度方法可提高系统运行的低碳经济水平,并通过分布优化兼顾各主体的利益诉求,更满足实际调度需求。

基于深度强化学习的区域综合能源定价策略研究

为整合多类能源交易并促进能源的有效利用,综合能源市场(IEM)正在逐步建立并取代传统能源市场。作为连接能源供给侧与需求侧的重要组成部分,区域综合能源市场(DIEM)中的能源交易与定价对综合能源系统运行有着直接影响与重要意义。提出了DIEM交易框架,并建立了综合能源服务商(IESP)与综合能源用户(IEC)的双层定价决策-需求响应问题。在双层决策问题中考虑了能源需求弹性,新能源出力不确定性与隐私保护,最终采用深度确定性策略梯度下降算法(DDPG)对IESP的优化定价问题进行求解,并在一个模拟算例当中将其与深度Q学习(DQN)所生成的定价策略进行比对。仿真结果具体分析了DIEM中能源价格的耦合关系以及综合能源定价与需求弹性之间的互相影响,提出的基于DDPG所产生的定价策略的总收益高于DQN算法6.8%。

Neural Network Based Feasible Region Approximation Model for Optimal Operation of Integrated Electricity and Heating System

This paper proposes a neural network based feasible region approximation model of a district heating system(DHS),and it is intended to be used for optimal operation of integrated electricity and heating system(IEHS)considering privacy protection.In this model,a neural network is trained to approximate the feasible region of the DHS operation and then is reformulated as a set of mixed-integer linear constraints.Based on the received approximation models of DHSs and detailed electricity system model,the electricity operator conducts centralized optimization,and then sends specific heating generation plans back to corresponding heating operators.Furthermore,subsequent optimization is formulated for each DHS to obtain detailed operation strategy based on received heating generation plan.In this scheme,optimization of the IEHS could be achieved and privacy protection requirement is satisfied since the feasible region approximation model does not contain detailed system parameters.Case studies conducted on a small-scale system demonstrate accuracy of the proposed strategy and a large-scale system verify its application possibility.

新型储能产业分析及典型行政区内高质量发展策略

新型储能是能源领域碳达峰碳中和的关键支撑。为进一步了解目前储能市场的分布,调研了我国储能产业龙头企业2022年在全球市场储能电池、PCS和储能系统的出货量;并以广州市作为对象,采用个案分析法研究了典型行政区内储能项目的分布情况,针对区域储能项目需求不一致的现状,提出了产业高质量发展策略。结果表明:储能电池的全球出货量宁德时代新能源科技股份有限公司以52.74 GW·h占据首位,其他储能技术配件的出口量其余几家大型企业各有优势。在典型行政区内的储能产业差异较大,以制造业和智能、信息技术产业为导向的行政区内的落地储能项目占据全市总量的87%;而以商业、服务业和文旅业为主要产业的行政区内储能项目发展较缓慢,仅占13%。从行政区域层面提出了全面梳理储能项目、强化储能项目应用、引入高附加值储能企业、出台扶持政策等策略,为实现新型储能产品及应用高质量发展提供参考依据。

计及热网热惯性的沼气热电联产发电灵活性评估

随着碳中和和清洁供暖目标在农村地区的推广,电力和能源系统运行灵活性发挥着越来越重要的作用。针对这一趋势,以沼气热电联产系统为对象,提出一种计及热网热惯性的灵活性评估方法。首先,介绍了零碳农村综合能源系统的结构特征和运行目标,建立了覆盖沼气热电联产系统、沼气池、供热管网的模型。在此基础上,给出了适用于含热网的沼气热电联产灵活性的关键性能指标和评估方法。为了应对热网灵活性评估带来的延时最优控制问题,给出分解-聚合的评估方法,保证用户供热的同时,支持电力系统运行。算例结果表明,通过挖掘热网的灵活性消除热能供需之间的不平衡,能够有效提升热电联产灵活性,同时避免增加出力过程对于额外产生热量的浪费。

面向区域能源供应商的综合能源系统日前优化调度

能源市场化改革是能源行业发展的必然趋势之一,区域能源供应商是其中重要的市场主体。本文分析了区域能源供应商的运营模式,提出了以区域能源供应商净收益最大为目标的综合能源系统日前优化调度方法。基于配电系统Distflow二阶锥模型和线性热网能量流模型构建日前优化调度模型,在保障计算精确性的前提下提升了模型的可解性。通过算例分析,验证了所提模型的有效性,并对分时电价政策、供热设备能源转换效率等因素对调度结果的影响进行了分析。

多区域综合能源系统热网建模及系统运行优化

综合能源系统(integrated energy system,IES)是未来能源消费方式的重要发展方向,实现多区域IES的协同规划与调度对进一步提高其经济效益和环境效益至关重要,为此首要的问题是区域冷、热网的建模。文中基于传热学的基本原理建立了区域热网能量传输通用模型,推导出热网热损方程,对其线性化得到热网能量流模型,同时推导了用于求解热网潮流(热媒流量、温度)的网络流量–温度基本方程。在冷热电联供系统运行优化模型基础上建立了含有热网的多区域IES优化混合整数线性规划模型。通过算例验证了模型的有效性。

电热综合能源系统中热力管网动态建模及协调运行研究综述

电热综合能源系统中的热力管网由于较强的热惯性而具备被动储热能力,可以提高电力系统的调节能力,为大规模可再生能源并网消纳提供空间。利用热力管网储能的方法可在不增加额外设备与投资的前提下,仅通过电力、热力系统的协调优化,达到平抑可再生能源波动性与间歇性、提高可再生能源使用率的目标。该方法已成为目前较具潜力的灵活性提升手段之一,逐渐受到国内外广泛关注。热力系统本身具有多变量、非线性、时延性等特点,且热力管网运行调节独立于电力系统调度之外,导致在刻画评估热力管网所具备的调节能力时,面临电热系统动态建模难以兼容、异质能源系统运行机制难以协调等瓶颈。研究围绕热力管网动态特性建模及电热协调优化等方面,对利用热力管网热惯性提升电热综合能源系统调节能力的研究方法展开回顾:比较分析了节点法、元素法、集总参数法、等效热电路法及能路法等动态建模方法的优劣,剖析了电力系统与热力管网协调运行研究中的关键要素,并针对进一步研究方向提出了几点建议。

区域综合能源系统规划关键问题研究综述

能源转型战略目标的提出促进了社会供能系统向清洁化、高效化、经济化发展,因此需要通过研究区域综合能源系统(DIES)实现系统优化调度的整体突破与提升。首先分析以打破地域约束、能源与行业壁垒为规划目标,具有多能流耦合、多区域互联与多系统融合特征的DIES典型规划方案;接着分源、网、储3类概括DIES包含的设备及管道的数学模型。结合以上分析,考虑互联互动机制下的DIES多目标、多随机因素的特征,围绕能源站,能源网络及站网协调,对基本规划模型在优化建模与求解方法上的关键问题进行分析与总结,并根据不同的评价指标分别论述DIES优化效益,最后基于目前研究存在的不足对未来的研究方向进行展望。

物联网时代小区智能化系统设计研究

智能化系统是由现代通信与信息技术、计算机网络技术、行业技术、智能控制技术汇集而成的针对某一个方面的应用的智能集合。近年兴起的智能化住宅小区便是这一高科技手段对日常生活产生革命性影响的一个典型案例。提出了五个智能化小区技术方案选择原则,并以宝鸡干休所为例进行了方案设计。该智能化小区设计方案包含多个智能化子系统,并通过物联网实现各系统的衔接与整合,最终达到集成化的目的。智能化小区既能提升生活、物业管理水平,同时达到节能环保的目的,变革了传统的住宅模式。可以说,智能住宅小区必将成为未来住宅区的主要发展趋势。

电热综合能源网的强耦合路径研究与展望

当前电热综合能源网研究大多基于传统热网,并局限于由少量热电联供机组构成的弱耦合网络。第5代区域供热供冷系统驱动的能源元胞可通过热泵池实现高密度网状融合的电热网,改变电热网交互形态。论述了第5代区域供热供冷系统给综合能源电热耦合网统一建模理论带来的重大机遇和挑战,以及基于第5代区域供热供冷系统的能源元胞灵活性聚合的广阔应用前景。进一步,综述了第5代区域供热供冷系统的研究现状、电热耦合网多能流建模理论及分布式资源的灵活性聚合方法。针对能源元胞利用热泵池与热网热惯性提升电网灵活性的契机,提出第5代区域供热供冷系统驱动的能源元胞网络流理论与灵活性聚合方法的研究思路:热动态从热泵池到配电网的交互机理与可行域分析、异质性智慧能源元胞互联的灵活性聚合与分配的分层级协调优化方法。

考虑互联互动的区域综合能源系统规划研究综述

以互联互动为特征的区域综合能源系统(district-level integrated energy system,DIES)对建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系至关重要。首先,从互联和互动两个维度,分别分析多能流耦合、多系统融合、多区域联合的互联形态和多环节、多主体、多时间尺度的互动机制对DIES的影响;然后,梳理DIES能源站和能源网络建模方法,抽象出能量转换与流动的本质特征;在此基础上,建立考虑互联互动的DIES规划基础模型,对比分析不同场景下能源站规划、能源网络规划和站网联合规划的目标函数与约束条件、不确定性因素处理方式和模型求解方法;最后,对考虑互联互动的DIES规划未来可能的发展方向进行展望。