基于季节性碳交易机制的园区综合能源系统低碳经济调度

为有效提高碳排放配额分配的合理性,并且避免年度结算时碳排放量超标导致环境污染加剧问题,提出基于奖惩因子的季节性碳交易机制,以园区综合能源系统(park integrated energy system,PIES)为对象进行低碳经济调度。首先,构建包含能量层–碳流层–管理层的综合能源系统(integrated energy system,IES)运行框架,建立电气热多能流供需动态一致性模型;其次,分析系统内“日–季节–年度”碳排放特性,打破传统应用指标法的配额分配方法,采用灰色关联分析法建立碳排放配额分配模型,并基于奖惩阶梯碳价制定季节性碳交易机制;最后,以系统内全寿命周期运行成本及碳交易成本最小为目标,对执行季节性碳交易机制的PIES进行低碳经济调度,分析长时间尺度下季节性储能参与调度的减碳量。搭建IEEE 33节点电网5节点气网7节点热网的PIES,并基于多场景进行算例分析,验证此调度方法能够实现零碳经济运行,保证系统供能可靠性,为建立零碳园区奠定理论基础。

基于纳什谈判和主从博弈的多园区综合能源系统优化调度

为充分考虑多园区综合能源系统(MCIES)中多利益主体间交易合作与多种能量间的耦合关系,提出了1种基于纳什谈判-主从博弈的点对点分布式交易策略。首先,建立考虑综合需求响应的MCIES主从博弈动态定价模型,以园区综合能源系统(CIES)运营商作为领导者,给下层用户制定动态电价与热价,用户响应电价与热价进行综合需求响应,CIES运营商根据用户的需求响应计划调整机组出力;其次,基于纳什谈判理论,建立包含主从博弈动态定价机制与CIES间合作博弈的MCIES双层优化模型;然后,将原问题等效为MCIES收益最大化子问题和合作收益分配最大化子问题,采用交替方向乘子法(ADMM)对模型进行求解。最后,仿真结果表明所提策略可实现CIES联盟利润的最大化,并合理分配收益,同时最小化用户用能成本。

多园区综合能源系统接入主动配电网双层优化调度研究

随着园区综合能源系统的不断发展与普及,其与上级大电网并网实现交互已成为大势所趋。文中构建了通过联络线相耦合的多园区综合能源系统接入主动配电网的双层优化调度模型。在主动配电网层面,以最小运行成本为目标,充分考虑了联络线功率、分布式电源、储能设备、柔性负荷、电动汽车等可调度资源;在园区层面,以多园区总运行成本最小为目标,考虑了相互联结的多类型园区的并网情况。利用目标级联法对双层模型进行求解。通过算例验证,文中所构建模型具有良好的经济特性与削峰填谷效果,充分证明了文中所提模型的经济性与有效性。

计及电制氢和碳捕集的园区综合能源系统动态规划

“碳达峰,碳中和”目标对综合能源系统提出了低碳高效的新要求。针对园区综合能源系统的源-网-荷-储联合规划问题,基于Bellman最优理论将系统净收益最大化的规划模型进行分解,建立“风光储协同-多能互联耦合-能源消纳制氢-最优碳捕集”的多阶段动态规划模型并求解设备的最佳配置方案。结果表明,该模型在经济性和环保性方面具有显著优势,电制氢收益可观并促进电能就地消纳,碳捕集降低了系统碳排放并具有售卖CO_(2)气体和碳配额的双重收益,同时在动态规划过程中达到了最佳的电制氢配置和最优的碳捕集比例。

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。

工业园区综合能源系统评价及碳排放核算研究综述

在能源短缺的背景下,大力发展综合能源系统、推广工业园区碳排放核算是园区节能减排、能源结构转型升级的重要途径,也符合绿色低碳发展的要求。文章概述了工业园区综合能源系统的发展历程、系统形式和特征,梳理了国内外对园区综合能源系统评价指标体系和评价方法的研究现状,分析了工业园区碳排放的特点,梳理了碳排放核算方法的研究现状,指出目前存在的问题并展望了下一步的研究。建立更综合、更全面的评价指标体系,以及运用组合评价方法对园区综合能源系统进行主、客观综合评价是今后的研究重点。建议运用全生命周期的思想制定工业园区混合式温室气体核算方法,解决核算体系现有的难题。

考虑需求响应和热能梯级利用的园区综合能源系统多目标优化调度

园区综合能源系统(Park-level Integrated Energy System,PIES)供能设备多样,能源耦合机制复杂,是典型的复杂能源系统。为实现PIES低碳经济运行并提升风电消纳量以及解决系统因用能结构不合理导致的能源利用效率偏低问题,文中建立了电热需求响应模型优化负荷,并充分考量能量的“质”与“量”,基于热力学第一、第二定律建立了对系统碳排放约束性较强的综合能效模型,并将系统的热负荷根据能源品位进行细化区分,依据热能梯级利用理论,建立了能量耦合设备的数学模型。最后结合系统经济成本目标及系统综合能效目标建立了园区综合能源系统多目标优化调度模型,实现针对系统内各设备出力的调度。算例分析表明,文中提出的优化调度方案能够在提升系统风电消纳率及运行经济性的同时兼顾系统的低碳高效运行。

计及广义储能的园区综合能源系统低碳规划

以综合能源系统的低碳规划为目标,建立了考虑蓄电池电储能、楼宇热储能、数据中心热储能为广义储能的通用统一模型,量化分析了广义储能运行灵活性对园区综合能源系统低碳化转型的支撑作用。计及负荷长短期增长不确定性与碳排放约束,建立了以规划年扩建成本与运行成本之和为目标函数的综合能源系统低碳扩建模型;以园区各设备运行约束为基础,考虑广义储能的灵活性运行方式,建立了基于能源枢纽的园区运行模型;以江苏省某工业园区为测试算例,分析了广义储能资源的灵活性运行对园区扩建规划的影响。结果表明,广义储能资源可利用时间转移特性实现多能源跨时段高效利用,有效促进了新能源消纳,保证了综合能源系统的规划方案兼具经济性与环保性。

计及改进阶梯型碳交易和热电联产机组灵活输出的园区综合能源系统低碳调度

为了进一步降低园区综合能源系统(park-level integrated energy system,PIES)碳排放量,优化热电联产(combined heat and power,CHP)机组出力的灵活性,提出一种考虑改进阶梯型碳交易和CHP热电灵活输出的PIES低碳经济调度策略。首先,将遗传算法与模糊控制相结合,设计一种遗传模糊碳交易参数优化器,从而对现有阶梯型碳交易机制进行改进,实现该机制参数的自适应变化;其次,在传统CHP中加入卡琳娜(Kalina)循环与电锅炉(electricboiler,EB),构造CHP热电灵活输出模型,以同时满足电、热负荷的不同需求;然后,提出一种柔性指标——电、热输出占比率,进而计算出电、热输出占比率区间,以衡量CHP运行灵活性;最后,将改进阶梯型碳交易机制和CHP热电灵活输出模型协同优化,以系统运行成本和碳交易成本之和最小为目标,构建PIES低碳经济优化模型。算例分析表明,所提策略可有效降低经济成本和碳排放量,同时还可扩展CHP灵活输出调节范围,能够为PIES低碳经济调度提供参考。

考虑EV充放电意愿的园区综合能源系统双层优化调度

随着电动汽车(electric vehicle,EV)普及度的不断提高,工业园区内的EV用户日益增多,其充放电行为给园区综合能源系统(park integrated energy system,PIES)的规划运行带来极大挑战。文中提出考虑EV充放电意愿的PIES双层优化调度。首先,基于动态实时电价、电池荷电量、电池损耗补偿、额外参与激励等因素建立充放电意愿模型,在此基础上得到改进的EV充放电模型;然后,以PIES总成本最小和EV充电费用最小为目标建立双层优化调度模型,通过Karush-Kuhn-Tucker(KKT)条件将内层模型转化为外层模型的约束条件,从而快速稳定地实现单层模型的求解;最后,进行仿真求解,设置3种不同场景,对比所提模型与一般充放电意愿模型,验证了文中所提引入EV充放电意愿模型的PIES双层优化调度的有效性和可行性。

考虑灵活性不足风险的园区综合能源系统优化调度

园区综合能源系统可以实现能源的高效利用,提高可再生能源的消纳能力。但是,随着可再生能源的渗透率升高,系统的运行灵活性需求激增,给其安全、经济运行带来了巨大挑战。在这种背景下,该文提出一种考虑运行灵活性不足风险的电-热园区综合能源系统优化调度方法。首先,综合考虑电力子系统与非电(热力)子系统的运行灵活性需求,给出园区综合能源系统的运行灵活性需求和供给的数学表达,并以运行灵活性裕量和运行灵活性不足风险成本作为系统运行灵活性的评价指标。然后,基于条件风险价值,推导出系统运行灵活性不足风险约束的数学表达。由于考虑灵活性不足风险的电-热园区综合能源系统优化调度问题具有随机性、非凸性、非线性和0/1离散整数变量,在数学上属于NP-hard问题,因此,在马尔可夫决策过程框架下对其进行建模,并采用近似动态规划算法对所提模型进行求解。最后,通过算例验证了所提方法的有效性。

基于目标级联法的园区综合能源系统多主体日前经济优化调度

园区综合能源系统运营商和用户主体之间存在复杂的利益博弈关系,因此研究如何在提高系统整体经济效益的同时平衡各方主体利益具有必要性。为此,提出一种考虑多主体利益的园区综合能源系统日前经济优化调度策略。考虑利用园区综合能源系统多能协同互补优势参与需求响应市场交易,建立两级递阶经济优化调度模型:上层是以运行利润最大为目标的运营商优化调度模型,下层是以用能成本最小为目标的用户优化响应模型;采用基于目标级联法的分布式优化算法实现上下层模型的解耦和独立并行求解。通过算例分析,验证了所提策略通过综合需求响应可实现园区供、用能侧可调资源的协同优化,并通过分布式求解使各主体经济效益均达到最优。

考虑风光不确定和阶梯式需求响应的园区综合能源系统博弈优化运行

为高效利用园区综合能源系统(park-level integrated energy system,PIES)中源荷侧资源,并兼顾PIES中各主体的运行效益,提出了一种考虑风光不确定和阶梯式需求响应的园区综合能源系统博弈优化运行策略。首先,对于源侧风光不确定性问题,采用蒙特卡洛法进行随机场景生成并利用k-means聚类和同步回代法对场景进行缩减;其次,在荷侧考虑用户阶梯式需求响应基础上,以园区运营商和用户聚合商效益最大化为目标,建立PIES主从博弈优化调度模型;最后,同时利用遗传算法和CPLEX求解器在MATLAB中进行仿真验证。算例结果表明,所提优化策略可以有效提高园区运营商和用户的效益。

基于大语言模型绿电预测和绿电交易的园区综合能源系统集群多目标协同运行方法

为实现传统工业园区数字化和智能化升级,助力区域高质量发展,亟需园区智能化调度模型。为此,该文结合智慧园区管理系统和园区综合能源系统物理模型建立园区综合能源系统集群架构,提出了园区综合能源系统集群绿电交易三阶段协同运行方法,以解决多园区综合能源系统绿电交易的问题,实现分布式绿电的精准预测以及就地消纳。首先,基于大语言模型LLAMA-7B实现绿电预测,进一步以绿电功率划分购售电园区。其次,基于绿电价格配额曲线预测模型和动态绿电定价策略,制定园区间绿电交易差异价格。在此基础上,建立了多目标低碳经济优化运行模型,从而解决绿电交易所带来的经济因素和环境因素的矛盾问题。算例分析表明:所提出的模型可以统筹规划园区综合能源系统集群的经济成本、实际碳排放量和新能源利用率,对多园区综合能源系统的智能调度具有积极的推动作用。

绿证-碳交易机制下热电灵活响应的园区综合能源系统优化调度

为进一步提高园区综合能源系统的可再生能源消纳率以及系统的低碳性和经济性,提出了一种考虑绿证-碳交易机制和热电联产机组热电灵活响应的园区综合能源系统低碳经济调度策略。首先,通过绿色证书交易模型和阶梯式碳交易模型构建绿证-碳交易机制,旨在提高系统可再生能源消纳水平并降低系统碳排放量;其次,将有机朗肯循环引入系统,与传统的热电联产机组和电锅炉构建热电联产机组热电灵活响应模型,从而优化系统运行并为绿证-碳交易机制提供更大发挥空间;最后,以系统总成本最小为目标,构建考虑绿证-碳交易机制和热电联产机组热电灵活响应的园区综合能源系统优化模型。算例结果表明,该策略可提高系统的可再生能源消纳率,降低系统碳排放量和总成本。

考虑天然气混氢的园区综合能源系统电制氢优化配置

电制氢(power to hydrogen,P2H)和天然气混氢技术在促进可再生能源消纳、降低系统碳排放量方面具有良好的理论研究和工程应用前景。面向含高比例可再生能源的园区综合能源系统,提出一种计及天然气混氢及跨季节存储的P2H优化配置方法。首先梳理了含氢园区综合能源系统的运行框架和能量流动关系,建立园区内部能源生产、转换与存储设备的数学模型;然后以设备的年化投资成本、园区综合能源系统的年度运行成本和碳交易成本最优为目标,提出P2H优化配置模型;最后通过算例分析验证文中所提模型的有效性,并比较了电解槽投资成本、混氢体积分数上限以及经济性和低碳性成本权重系数变化对规划运行结果的影响。算例结果表明文中所提模型可有效提升可再生能源消纳能力,降低系统整体经济成本和碳排放量。

计及柔性负荷和碳流的园区综合能源系统优化运行模型研究

为了抑制碳排放总量的上升,同时平抑负荷波动并提升能源设备之间的耦合程度,提出计及柔性负荷和碳流的园区综合能源系统优化调度模型,探究其在不同运行条件下的优劣状况。首先,建立以运行成本和碳交易成本最优为目标的调度函数。然后,在能源供给单元侧,将耦合设备进行协同配置以优化能源之间的互补效益;在负荷需求单元侧,纳入柔性需求响应模型平滑负荷曲线。最后,结合分时电价利用混合整数规划软件对所建系统运行模型进行调度。仿真实验结果显示,计及园区综合能源系统的源荷供需双向联合优化不仅可以有效遏止碳排放量的水平,而且还能进一步提升系统的整体经济效益。

考虑风光不确定性与灵活性指标的园区综合能源系统最优调度

针对风光高渗透率的园区综合能源系统调度过程中灵活性不足的问题,提出一种考虑风光不确定性与功率型灵活性指标的园区级综合能源系统日前调度策略。在调度模型中通过机会约束理论对风光的不确定性提供备用服务,利用功率型灵活指标对灵活性供给进行量化评价,在此基础上构建兼顾经济成本与灵活性供给的日前优化调度模型,采用混合整数规划的方法求解;仿真结果表明,该调度策略有效保证了系统运行的灵活性与经济性。

考虑居民热负荷主动需求响应的园区综合能源系统分布式优化运行方法

主动需求侧响应(active demand response,ADR)不仅可降低综合能源系统运行和投资费用,还可应用其灵活性更多地消纳清洁间歇性可再生能源和降低碳排放。为深度挖掘居民热负荷动态特性所蕴含的灵活性ADR资源以及考虑用户隐私需要,该文通过对其进行精细化建模,提出了一种可适用于多用户的园区综合能源系统分布式优化运行方法。首先,对居民热负荷ADR资源进行精细化状态空间建模;其次,以此为基础,建立考虑居民热用户ADR的园区综合能源系统优化运行模型;然后,考虑用户隐私保护需要,提出基于交替方向乘子法将系统整体大规模优化问题解耦为供给侧和需求侧子问题后实现分布式精确求解;最后,通过对含128户居民用户的典型园区综合能源系统算例进行分析,验证了该文方法的有效性。

考虑设备变工况特性和灵活性供需匹配的园区综合能源系统优化配置模型

在综合能源系统中,建立合理有效的优化配置模型是实现系统经济运行和多能源供需平衡的关键。针对园区综合能源系统,提出一种考虑设备变工况特性和系统灵活性供需匹配的优化配置模型。考虑系统中设备能效的不确定性,建立其受多因素影响的变工况特性模型;为提升系统应对可再生能源输入及负荷需求不确定性的能力,提出灵活性供需匹配指标;以系统配置成本最优为目标、灵活性供需匹配指标为约束,建立园区综合能源系统优化配置模型。最后,以北方某园区为例进行仿真分析,结果表明在系统优化配置中考虑设备的变工况特性和灵活性供需匹配程度,可进一步提高系统配置的科学性和合理性。