煤矿区综合能源微网架构及低碳运行优化研究

在推行煤炭清洁开采、构建绿色低碳循环能源新发展格局的背景下,当前煤矿区能源的孤立开发方式和以煤炭发电、电网供电为主的供能模式已不再适应新形势,需要构建综合能源微网以增强煤矿区能源综合利用水平并控制碳排放量。本文讨论了煤矿区综合能源微网应用的基本需求及天然优势,提出了一种煤矿区综合能源微网架构并分析了蕴含的新能源发电、储能、伴生能源利用、多能耦合转换、能量优化调度等发展要素;建立了煤矿区的物质流‒能量流‒碳流枢纽模型,实现了针对典型煤矿区的综合能源微网碳能协同低碳运行优化。结果表明,将综合能源微网应用于煤矿区,能够发挥风、光、瓦斯、空气热、涌水热等资源优势并进行高效整合利用,储能装置则进一步提高供能与负荷需求的匹配度,充分降低煤矿区的电网购电量与用电碳排放量;煤矿区碳能协同低碳运行优化过程考虑了各类设备的碳能耦合关系,支持制定低碳经济的运行策略。煤矿区综合能源微网架构及碳能协同低碳运行优化,可为煤矿区经济社会高质量发展提供新的理念与技术支撑。

基于园区IES购电方案优化的低碳运行模型

由于长期处于粗放型的规划建设与运行管理模式,工业园区的能耗普遍偏高,二氧化碳排目前排放量已超过全国总排放量的30%,因此工业园区减碳迫在眉睫。为此,首先建立了考虑风机、光伏、储能、碳捕集、热电联产等环节的冷热电联供的园区级综合能源系统模型,利用生命周期法辅助计量园区中的直接碳排放,并基于碳排放流理论,通过节点碳势实现园区购电产生间接碳排放的精准计量。最后基于园区购电方案优化和节点碳势动态计量间接碳排放,分别以日运行成本和园区总碳排放为优化目标,构建园区综合能源系统的低碳运行模型。算例表明,与日运行成本优化相比,以减少碳排放量为优化目标的模型成本增加了15.95%,而园区排碳量减少了19.07%,碳交易成本减少了53.43%。证明引入节点碳势计量园区间接碳排放,并基于此优化购电方案的运行策略能实现减少碳排放的目标,更好地响应“双碳”目标的实现。

计及需求侧管理与碳排放的综合能源系统光-储设备优化配置方法

合理调整综合能源系统(IES)的配置结构能够有效提升其低碳经济运行水平,基于此,提出了一种计及需求侧管理与碳排放的IES光-储设备优化配置方法。基于IES典型拓扑及供能设备的工作机理,建立其冷-热-电-气能流模型;根据不同柔性负荷特点,从不同维度构建用能体验的评价指标,并提出一种考虑用户综合满意度的需求侧能量管理策略;在此基础上,为进一步提升系统的低碳性能,设计了一种计及全寿命周期碳排放的奖惩阶梯型碳交易机制;在同时考虑所提需求侧管理与碳交易机制的前提下,以设备全寿命周期内创造的总收益最大为优化目标,构建了从运行到规划层面的源-网-荷-储多环节协同的光-储设备优化配置模型及运行方案;基于某真实IES开展算例研究,结果验证了所提方法在避免设备冗余配置、减碳与提高经济运行水平方面的有效性。

电能量和旋转备用市场下电-热综合能源系统低碳优化运行

建立电-热综合能源系统,同时参与电能量市场和旋转备用市场的日前优化决策模型,并将阶梯式碳交易引入该模型中.模型采用条件风险价值方法对新能源和电负荷不确定性风险进行管理,以电-热综合能源系统运营方案成本和碳排放成本最低为目标函数,制定运行计划和安排备用资源.算例分析表明,该模型通过发挥综合能源系统多能互补优势和合理安排备用资源应对不确定性因素引发的风险,提高了能源供应的可靠性、经济性和低碳性.

计及多能转换及光热电站参与的综合能源系统低碳优化运行

为解决低碳背景下负荷需求多元化及能量转换问题,引入光热电站(concentrating solar power plant,CSP plant)充当热电联产机组,并结合电转气(powertogas,P2G)装置、电加热器(electricheater,EH)、燃气机组等能量转换设备组成综合能源系统(integrated energy system,IES),提出了一种综合能源系统低碳优化运行方法。首先构建IES架构,并建立了P2G装置碳排放成本模型。然后,以系统运行成本最小为目标,建立了IES低碳经济优化模型。在此基础上,考虑了系统的多重不确定性,建立IES模糊机会约束规划模型。最后,以9节点测试系统为例验证该方案的可行性与有效性,并探讨CSP电站发电规模及多重不确定性对系统运行成本的影响。结果表明:该方案可以满足系统的多种负荷需求,具有良好的经济性,但其对外部市场依赖性较高;光热电站在合理增大发电规模后可有效降低系统运行成本;不确定性上升会增加系统对外部市场的依赖。

基于非对称纳什谈判的多微网电能共享运行优化策略

推进可再生能源高效利用,实现电力系统低碳化运行成为电力系统改革的重要方向。该文首先构建了包含电热气多能协同的微电网模型,考虑了含有碳配额和碳交易的优化运行机制,并在热电联产机组模型中改进加入了碳捕集系统和电转气装置,以降低碳排放。然后,基于纳什谈判理论建立了多微网电能共享合作运行模型,进而将其分解为微网联盟效益最大化子问题和合作收益分配子问题,选择交替方向乘子法分布式求解,从而有效保护各主体隐私。在合作收益分配子问题中,提出以非线性能量映射函数量化各参与主体贡献大小的非对称议价方法,各微网分别以其在合作中的电能贡献大小为议价能力相互谈判,以实现合作收益的公平分配。最后,仿真结果验证了所提方法的有效性。结果表明,通过所提的多微网电能共享方法,微网联盟收益实现最大化;并且,微网联盟的合作收益基于各微网的能量贡献大小实现了公平分配;在碳排放方面,结果证明了碳捕集联合电转气系统,以及微网间的能量共享方法,都能够有效减少微电网运行过程中的碳排放量。

基于气象分型改进构造不确定集的多微网低碳鲁棒经济调度

在新型电力系统背景下,研究计及风电出力不确定性的多微网低碳调度策略,有利于降低风电出力不确定性对调度策略低碳性和经济性的影响。因此,提出一种计及碳交易成本并基于气象聚类分组生成改进风电不确定集的多微网可调鲁棒低碳经济调度模型。首先,利用最小冗余最大相关性特征选择技术、CURE层次聚类算法和条件生成对抗网络建立气象特征聚类下的风电出力生成模型,并结合概率分布模糊集,构建不同气象类型下的风电出力不确定集。其次,为实现微网低碳经济运行,将阶梯式碳交易机制引入微网,同时考虑到风电出力不确定性对微网调度的影响,建立基于改进风电不确定集合的微网间电能互济两阶段可调鲁棒模型。再次,采用交替方向乘子法嵌套列约束生成算法交替迭代,实现对多微网电能互济调度模型求解。最后,通过算例验证所提模型可提升风电出力不确定描述精度,同时提高微网运行经济性和低碳性。