基于可调热电比和两阶段阶梯式碳交易的多主体综合能源系统低碳经济调度策略

国家“双碳目标”对综合能源系统群的经济性和低碳性提出了更高要求,如何从多层面统筹均衡多主体综合能源系统的经济性和低碳性已成为重要的研究内容。为此,基于运行层面和市场层面提出一种多主体综合能源系统低碳经济运行策略。首先,提出热电比可调的热电联产机组运行方式与控制模型;然后提出基于配额共享机制的内外两阶段阶梯式碳交易模式,引导多主体综合能源系统控制碳排放;最后,以购能成本、碳交易成本、新能源弃用成本和储能电站投资运行成本之和最小为目标函数,通过分段线性化,转化为混合整数线性规划问题进行求解。通过设置对比运行情景,验证所提策略的低碳性、经济性和有效性,并进行灵敏度分析,深度挖掘系统低碳化的内部动力,以期为监管部门决策提供理论参考。

350MW超临界机组热电调峰特性分析

打破燃煤热电联产机组热、电两类产品间存在的刚性约束是提升机组调峰能力及对新能源发电量消纳能力的关键。以某2×350MW热电联产机组为研究对象,分析了机组现有3种供热方式下的热电调峰特性,给出了不同锅炉负荷及不同背压下的热电可调域。计算分析了增设高低旁供热系统的热电调峰能力。高低旁供热下机组在相当大的供热调节范围内均可保持极低的发电量,在发电量为46.2MW的深度电调峰状态下,机组仍然保有349MW的供热能力,机组热电调峰能力显著提升。

综合能源系统低碳经济优化调度研究

为实现碳中和目标,应大力发展清洁能源,需要建设综合能源系统(integrated energy system,IES)并对其进行优化。首先提出了一种IES低碳经济运行策略。该策略关注碳交易市场,并引入阶梯式碳交易机制,以促使IES更有效地控制碳排放;其次提出了一种基于电解槽、甲烷反应器和氢燃料电池的电转气(power-to-gas,P2G)过程。这种新方法可有效提高氢能利用率,降低运行成本;最后,还提出了供需灵活侧双响应机制。在供应侧,通过热电比可调的热电联产来提高能源利用率。在需求侧,提出电、热、气负荷均具备时间维度上需求响应的同时,还具备可替代性。通过这一机制,能够进一步提升IES环保性和可行性。

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。

基于热电比可调模式的区域综合能源系统双层优化运行

目前基于能量枢纽(energy hub,EH)的区域综合能源系统的优化运行缺乏对EH内热电联产(combined heat and power,CHP)机组热电比可调的考虑,且在此类场景中参与需求侧响应的负荷种类单一。针对此状况,构建双层优化模型,建立EH机组内部能效特性与外部能源分配的联系,实现内部机组高效运行和外部能源经济分配。模型通过卡罗需-库恩-塔克条件(Karush-Kuhn-Tucker Conditions,KKT)将双层优化转换为单层优化,并用确定性优化软件求解。算例结果表明,EH双层优化运行模型可减少用能成本,提高用能效率。通过调节CHP热电比,同时利用广义弹性负荷参与响应,可以减小CHP热电比与区域内热电负荷比之间差距,从而提高CHP供能比例,实现区域综合能源系统高效经济运行。

考虑阶梯式碳交易机制与电制氢的综合能源系统热电优化

“双碳”背景下,为提高能源利用率,优化设备的运行灵活性,进一步降低综合能源系统(IES)的碳排放水平,提出一种IES低碳经济运行策略。首先考虑IES参与到碳交易市场,引入阶梯式碳交易机制引导IES控制碳排放;接着细化电转气(P2G)的两阶段运行过程,引入电解槽、甲烷反应器、氢燃料电池(HFC)替换传统的P2G,研究氢能的多方面效益;最后提出热电比可调的热电联产、HFC运行策略,进一步提高IES的低碳性与经济性。基于此,构建以购能成本、碳排放成本、弃风成本最小的低碳经济运行目标,将原问题转化为混合整数线性问题,运用CPLEX商业求解器进行求解,通过设置多个运行情景,对比验证了所提策略的有效性。

计及电-气-热-氢需求响应的综合能源系统多时间尺度低碳运行优化策略

为更好地促进综合能源系统(IES)的低碳经济运行,提升多时间尺度运行优化管理水平,提出了一种考虑电-气-热-氢需求响应与阶梯式碳排放费用机制的多时间尺度低碳运行优化策略。综合考虑阶梯式碳排放费用机制,关注电、气、热之外的氢负荷需求,通过优化耦合设备中的燃气轮机热电比的可调性,建立了日前-日内滚动-实时三阶段的多时间尺度优化模型。以IES整体运行成本、碳排放费用成本、弃风弃光成本最小为经济目标,并将原非线性问题转化为混合整数线性问题,调用Gurobi求解器求解。通过仿真对比分析各类情形下的优化结果,验证了所提策略在促进低碳运行、发挥系统设备灵活性与促进清洁能源消纳方面的有效性。

菲涅尔太阳能集热器驱动的冷热电联供系统热力性能分析

为了提高冷热电联供系统的灵活性和热力学性能,将线性菲涅尔集热器、吸收式热泵、有机朗肯循环、地源热泵相结合,提出了一种基于线性菲涅尔太阳能集热器的新型冷热电联供系统。在EES软件中建立了提议系统和参考系统的热力学模型,将提议冷热电联供系统和参考系统的性能进行比较,并分析了一些关键参数对系统性能的影响。结果表明:该系统在设计工况下,一次能源利用率可达到78.04%,太阳能发电效率为8.2%,热电比为10.13;与参考系统相比,节约了一次能源11.8%,提高了系统满足用户负荷的灵活性;夏季辐照强度每增加100 W/m^(2),一次能源利用率约增加0.95%,太阳能发电效率增加2.73%;在热分配比为0.2时,系统一次能源利用率最大为80.5%;热电比随着辐照强度和热分配比的增大而减小,当热分配比增大0.4时,夏季系统热电比下降了86.2%,冬季热电比下降了84.9%。