Carbon efficiency evaluation method for urban energy system with multiple energy complementary

Urban energy systems(UESs)play a pivotal role in the consumption of clean energy and the promotion of energy cascade utilization.In the context of the construction and operation strategy of UESs with multiple complementary energy resources,a comprehensive assessment of the energy efficiency is of paramount importance.First,a multi-dimensional evaluation system with four primary indexes of energy utilization,environmental protection,system operation,and economic efficiency and 21 secondary indexes is constructed to comprehensively portray the UES.Considering that the evaluation system may contain a large number of indexes and that there is overlapping information among them,an energy efficiency evaluation method based on data processing,dimensionality reduction,integration of combined weights,and gray correlation analysis is proposed.This method can effectively reduce the number of calculations and improve the accuracy of energy efficiency assessments.Third,a demonstration project for a UES in China is presented.The energy efficiency of each scenario is assessed using six operational scenarios.The results show that Scenario 5,in which parks operate independently and investors build shared energy-storage equipment,has the best results and is best suited for green and low-carbon development.The results of the comparative assessment methods show that the proposed method provides a good energy efficiency assessment.This study provides a reference for the optimal planning,construction,and operation of UESs with multiple energy sources.

Stochastic programming based coordinated expansion planning of generation,transmission,demand side resources,and energy storage considering the DC transmission system

With the increasing penetration of wind and solar energies,the accompanying uncertainty that propagates in the system places higher requirements on the expansion planning of power systems.A source-grid-load-storage coordinated expansion planning model based on stochastic programming was proposed to suppress the impact of wind and solar energy fluctuations.Multiple types of system components,including demand response service entities,converter stations,DC transmission systems,cascade hydropower stations,and other traditional components,have been extensively modeled.Moreover,energy storage systems are considered to improve the accommodation level of renewable energy and alleviate the influence of intermittence.Demand-response service entities from the load side are used to reduce and move the demand during peak load periods.The uncertainties in wind,solar energy,and loads were simulated using stochastic programming.Finally,the effectiveness of the proposed model is verified through numerical simulations.

Base force element method of complementary energy principle for large rotation problems

Using the concept of the base forces, a new finite element method （base force element method, BFEM） based on the complementary energy principle is presented for accurate modeling of structures with large displacements and large rotations. First, the complementary energy of an element is described by taking the base forces as state variables, and is then separated into deformation and rotation parts for the case of large deformation. Second, the control equations of the BFEM based on the complementary energy principle are derived using the Lagrange multiplier method. Nonlinear procedure of the BFEM is then developed. Finally, several examples are analyzed to illustrate the reliability and accuracy of the BFEM.

Design of the Multi-Energy Complementary Distributed Energy System for Towns

The multi-energy complementary distributed energy system (MCDES) covers a variety of energy forms, involves complex operation modes, and contains a wealth of control equipment and coupling links. It can realize the complementary and efficient use of different types of energy, which is the basic component of the physical layer of the Energy Internet. In this paper, aiming at the demand of the energy application for towns, a distributed energy system based on multi-energy complementary is constructed. Firstly, the supply condition of the distributed energy for the demonstration project is analyzed, and the architecture of the multi-energy complementary distributed energy system is established. Then the regulation strategy of the multi-energy complementary distributed energy system is proposed. Finally, an overall system scheme for the multi-energy complementary distributed energy system suitable for towns is developed, which provides a solid foundation for the development and promotion of the multi-energy complementary distributed energy system.

“近零碳”目标下港区多能互补标准体系研究

利用多能互补技术推动能源结构调整是实现港口绿色低碳发展的有效手段。本研究以国内主要沿海港口为对象,聚焦港区建设、运营、管理等环节开展多能互补技术标准研究,基于系统工程学方法构建港区多能互补标准体系,利用港区承载的可再生能源自然禀赋与清洁能源应用,通过多能互补技术的能源结构优化减少交通运输行业碳排放,推动双碳目标实现。

考虑新能源消纳的黄河上游水电站群生态优化调度研究

为降低黄河上游水电站群调度中新能源消纳对河流径流情势和生态完整度的影响,以河流径流情势变化最小、水电站群发电量最大、发电出力平稳性最高为目标,建立了风水光多能互补系统生态调度模型,采用多目标进化算法求解,探讨了多能互补系统发电出力、新能源消纳及河流生态保护之间的均衡关系。结果表明:水电站群发电量和河流生态保护目标之间呈现明显的竞争关系,多能互补系统的发电出力波动越大,水电站群发电量越大,径流情势变化也越大;入库径流量越大,水电站群生态调度对径流情势的影响越小;多能互补系统生态调度对径流情势的影响主要集中在年发生高/低流量脉冲次数和流量平均增加率/减少率这两项指标,在枯水年发电量最大的调度结果中,年发生低流量脉冲次数和流量平均减少率指标的变化最大。

用于射频能量收集的低阈值CMOS整流电路设计

基于TSMC 180 nm工艺,设计了一款高效率低阈值整流电路。在传统差分输入交叉耦合整流电路的基础上,提出源极与衬底之间增加双PMOS对称辅助晶体管配合缓冲电容的改进结构,对整流晶体管进行阈值补偿。有效缓解了MOS管的衬底偏置效应,降低了整流电路的开启阈值电压,针对较低输入信号功率,提高了整流电路的功率转换效率(PCE)。同时将低阈值整流电路三级级联以提高输出电压。测试结果显示,在输入信号功率为-14 dBm@915 MHz时,三级级联低阈值整流电路实现了升压功能,能稳定输出1.2 V电压,峰值PCE约为71.32%。相较于传统结构,该低阈值整流电路更适合用于射频能量收集。

基于有限时间观测器的光储系统母线电压互补滑模控制

针对光储直流微网混合储能系统易受能源间歇性输入、负载随机性扰动以及功率流向切换等干扰,会造成母线电压波动、系统功率失稳等问题,提出一种基于有限时间观测器的互补滑模控制(FTESO+CSMC)策略.首先,根据混合储能元件的高低频特性,对系统差额功率进行电流等效分配.然后,设计有限时间扩张状态观测器,对系统受到的总扰动进行观测,并将扰动观测值作为前馈项输入互补滑模控制器中,对系统扰动进行补偿,保证系统状态在有限时间内达到收敛,提高了系统的快速性和抗扰性,并根据Lyapunov理论证明了控制系统的稳定性.最后,基于MATLAB仿真平台,对多种模拟工况进行仿真,仿真结果表明,相较于传统控制策略,本文所提控制具有更快的响应速度以及更好的抗扰性能.

水电高占比下风电接入对系统稳定性影响

随着绿色清洁高效能源基地的构建,以水电为主体的水风互补成为我国西南能源开发的重要特征。为研究在典型水电系统中接入风电对系统稳定性带来的影响,首先,针对水风互补系统以转矩分析法分析了风电接入对系统频率和功角稳定性的影响,并通过算例和Prony分析验证了风速与风电渗透率对系统稳定性的影响。结果表明,风电的接入在一定程度上可以削弱传统水电系统的超低频振荡,而风电接入互联送端系统会导致区域等值惯量的下降,进而使系统区域间低频振荡风险加剧。其次,考虑风电的接入会诱发区域间低频振荡,在风电系统中引入风电的附加综合虚拟惯性与阻尼控制。算例与Prony分析验证了该控制策略能有效提高系统稳定性。最后,在区域间大规模风电接入场景下,利用改进的鲸鱼算法对风电的附加控制器参数进行了优化;结果表明,参数的整定有效提高了系统的频率以及功角稳定性。

一种新的多能互补分布式能源系统动态约束工作点设计方法

提出了一种新的动态约束工作点设计方法,通过调节部分设备容量,并同步优化储能设备容量,强化储能设备削峰填谷的优势。以经济性最优为目标,以系统中各设备容量为优化变量,将容量配置优化模型与强制进化随机游走算法相结合,并将其应用于具体算例。结果表明:相比其他3种方案,采用动态约束工作点设计方法后年综合费用分别降低了11.3%、8.8%和4.1%,进一步提高了系统的经济性。

基于时序运行模拟的水火风光储互补系统电源优化配置

系统时序运行模拟是水火风光储互补系统电源规模优化配置的关键环节。对于水火风光储多能互补系统8760逐小时运行模拟,按照小时尺度构建的模型规模很大,直接求解困难。本文提出按时间尺度逐层分解、递进优化的高效求解算法,精确模拟系统全年逐小时调度运行过程。在此基础上,构建双层规划模型对由风电、光伏、水电、火电、抽水蓄能、梯级水电站混合式抽水蓄能和电化学储能等电源组成的并网多能互补系统的电源容量进行优化配置。将模型应用在青海省电网系统中,对风电、光伏、抽水蓄能电站和基于水电站的可逆机组容量进行优化,得到电源最佳配置方案。

海港综合能源系统低碳经济发展研究综述

在我国“碳达峰与碳中和”愿景下,海港综合能源系统正通过全面电气化降低二氧化碳排放,实现海洋能源的可持续发展,但多能流融合给海港能源配置与优化运行带来新挑战。该文首先结合海港节能减排政策,对海港综合能源系统低碳经济发展进行概述;然后,从能源侧、负荷侧和能源存储3个层次分析海港综合能源系统特点,总结促进海港低碳减排的能源交易、碳捕集与利用封存、储能系统优化配置和多能互补协同优化运行关键技术;最后,对基于储能系统的未来海港低碳经济发展研究方向进行展望。

风光沼储交直流混合农村微电网经济技术优化

搭建了风光沼储交直流混合微电网系统模型,在满足系统供电可靠性的条件下,以新能源利用率最高、经济成本最优、碳排放最小进行多目标优化,研究了在某气候条件下,该微电网能源系统的经济技术最优配置。

可再生能源多能互补系统两阶段容量优化配置

随着“双碳”政策的持续推进,可再生能源多能互补系统成为能源领域的研究热点。为解决系统容量配置问题,以动态投资回收期、CO_(2)排放量和可再生能源消纳率为优化评价指标,构建了以综合性能为主、投资成本为辅的优化目标函数;提出了一种基于正交设计优选和智能算法寻优的两阶段容量优化配置方法,并以南京地区某办公楼为研究对象进行算例分析。结果表明:与最大矩形法和正交实验法相比,两阶段容量优化配置方法可以有效提高系统的综合性能,验证了该方法的优越性;通过合理配置储能装置的容量,可以平抑设备出力不稳定带来的影响,优化系统性能。此外,不同优化参数方案的对比结果表明,本文所用参数设置可为相关研究提供参考。

风光互补发电系统混合储能系统容量优化方法研究

风光互补发电系统受风光资源影响发电功率波动较大,配置适当的储能系统可提高新能源发电的消纳能力和电能质量。针对风光互补发电系统储能容量优化配置问题,将运行投入成本作为优化目标,提出以抽水蓄能为基础,蓄电池和超级电容参与的混合储能系统模型。该储能模型以跟踪负荷曲线作为平抑目标函数,利用集合经验模态分解和滑动平均法,对抽水蓄能机组、蓄电池和超级电容设备进行功率分配。建立了风光发电系统模型,利用带免疫的粒子群算法对储能配置容量进行寻优求解。计算结果表明,所提基于抽水蓄能的混合储能容量优化模型,对发电系统输出功率波动情况改善明显,电能消纳能力和运行经济性有所提高。

多能互补发电系统故障识别与测距方法

随着大量新能源的接入,使得多端柔性直流系统(modular multilevel converter based multi-terminal direct current, MMC-MTDC)故障特征愈加复杂,快速准确的故障识别与测距是亟需解决的关键难题之一。为此,提出了一种风-光-储-蓄互补发电站经柔性直流输电外送系统故障识别与测距方法。首先,搭建风-光-储-蓄互补发电站经柔直外送系统,在此基础上,提出了一种Teager能量算子能量熵的新方法,利用测量点正负极Teager能量算子能量熵的比值构建故障选极及区段识别判据。接着,针对已识别的故障线路,提出变分模态分解(variational mode decomposition, VMD)与Teager能量算子(teager energy operator, TEO)相结合的故障测距方法。最后,利用PSCAD/EMTDC进行仿真,结果表明所提识别方法可以准确判断故障所在线路,所提测距方法能在故障发生2 ms时间窗内实现故障测距,误差率不超过2.55%,并具有较高的耐过渡电阻能力。

计及多时段尺度与地域分层的多能互补系统经济调度

在考虑电热能源互联基础上,提出了计及多时段尺度与地域分层的电热多能互补系统经济调度策略,该策略从单时段和多时段角度出发,综合考虑局域级和区域级的能量平衡关系,以实现电热多能互补系统经济调度为目标。首先,在采集局域级各类能源资源数据与信息的基础上建立母线式电、热能平衡模型;然后,提出区域级能量平衡公共母线式模型,并采用小容量机组等效思想来等效聚合同类型机组;其次,建立典型局域级电热互联能源系统模型;最后,对电热多能互补系统经济调度求解,并输出经济调度结果信息。对电热多能互补系统的经济调度的有效性与合理性通过仿真算例已经得到验证,为区域级电热多能互补系统多能互补利用、资源协调配合、经济高效运行及分析提供参考与理论指导。

多直流外送通道下水风光一体化日前风险调度

随着包含多直流外送通道的水风光一体化系统的开发,兼顾风、光出力不确定性与复杂的水力、电力联系,制定系统日前发电计划,是当前水风光互补调度的难点。对此,通过建立适用于多直流外送消纳的水风光一体化日前风险调度模型,并针对模型的约束特征,提出了复杂模型降维求解方法。以金沙江下游清洁能源基地为实例,研究结果表明,降维求解方法能够大幅缩减模型决策变量个数,提高模型求解效率;制定的发电计划能够有效保证输电平稳性,发挥系统调峰性能;对比确定性模型,系统运行风险降低了52.7%,提高了系统运行的可靠性。

基于非线性互补算法的太阳能电池储能系统设计与网络建模

太阳能是一种环保型能源,利用储能系统,将太阳能转化为电能并用于驱动其他设备元件,有助于实现能源的高效利用。针对上述背景,研究基于非线性互补算法的太阳能电池储能系统设计与网络建模方法。分析太阳能储能系统的研究现状及发展趋势,结合等价非线性互补原则,确定储能部件的能量转化收敛性,实现基于非线性互补算法的电池储能收敛性研究。选用合适的电池储能元件,并在此基础上,完善动态储能模型,完成太阳能电池储能系统的网络建模与设计。

油田联合站多能互补系统应用与节能降耗分析

油田联合站实际生产过程中需要消耗大量的化石能源,由此产生大量的碳排放。将风能、太阳能以及采出水余热利用技术应用到油田联合站生产过程,将有利于促进联合站碳减排。以某联合站为研究对象,分析了联合站实际生产过程中的能耗及碳排放特点,并将风光发电制氢、槽式太阳能集热以及采出水余热技术应用于联合站生产过程中,构建了油田联合站多能互补系统。结果表明,集成多种清洁能源利用技术的油田联合站实现了良好的节能减排效果,其中:利用槽式太阳能集热和采出水余热技术代替燃烧化石燃料为原油加热,CO_(2)排放量降低了62.34%;利用风光发电技术代替常规电网供电,在满足了联合站用电的同时,CO_(2)排放量将降低9.73%,年度额外累计制氢980.44 kg。通过多种清洁能源利用技术的协调转化,进一步优化了油田联合站的能源供给结构,在实现多种清洁能源利用技术互补利用的同时,降低了化石燃料的消耗,有效降低了油田联合站整体的碳排放量。