面向薄弱配电网的农村多能互补系统储能协同优化配置

位于配电网薄弱区域的农村常常存在供能可靠性不足的问题,导致接入大规模光伏的多能互补系统难以在此类地区广泛开展。储能系统作为新型能源系统融合的纽带,能够有效提升此类地区的供能可靠性。为此,文中提出一种面向薄弱配电网的农村多能互补系统(rural multi-energy complementary system,RMES)储能协同优化配置策略。首先,明确包含生物质废弃物能源转化系统的RMES架构。然后,以系统缺供损失成本作为评判依据,提出一种储能配置评价准则。最后,建立计及储能全生命周期成本的RMES多元储能协同优化配置模型。针对该模型的特性,将其解耦转化为包含规划-运行两阶段的双层优化模型,并采用粒子群算法和Gurobi求解器相结合的混合策略进行求解。算例分析表明,所提储能配置评价准则有效激发了RMES配置储能的积极性。此外,构建的多元储能协同配置模型使得RMES表现出更好的经济效益和环境效益,并且在提升系统运行可靠性方面具有优越性。

生物质能-太阳能互补供热系统优化设计

为了提高生物质能-太阳能互补供热系统的经济效益,该文从经济性角度对系统的主要参数进行优化设计,提出了一种生物质能-太阳能互补供热系统设计方案,建立了系统的经济分析模型,并采用线性规划的方法进行优化,并以北京地区一供热面积为200m2的办公楼为例进行了优化。结果表明,建立的经济分析模型可用,其中,太阳能集热器的价格、生物质颗粒燃料的价格、蓄热水箱的价格、生物质颗粒燃烧器的价格对系统中各部分参数的优化结果有影响,且影响程度依次降低。这可为今后生物质能-太阳能互补供热系统的设计提供参考。

基于“双碳目标”下养猪场多能互补系统设计与实现

全世界温室气体很大部分来自畜禽的饲养和粪便等,联合国粮食及农业组织FAO的调查报告指出,畜牧业是所有产业中对温室效应“贡献”最大的产业。在当前“碳达峰、碳中和”目标背景下,针对规模化养猪场造成的能源浪费和环境污染问题,构建以清洁能源为主的养猪场多能互补系统,具有节能减排、提高能效水平的重要意义。结合多能互补与能源梯级利用的思想,根据养猪场自身条件,考虑到养猪场具备丰富的生物质能和太阳能,且日常用电量大,冬季热负荷高,构建了养猪场多能互补系统结构。基于某养猪场实际的规模概况和负荷需求选择合适的配套设备,基于PVsyst软件进行光伏发电的模拟计算。综合考虑系统的投资成本、设备运维成本、电热负荷需求、季节性需求,最终计算得到养猪场在行业基准收益率为8%的基础上仍可收益158.57万元,动态投资回收期约为7.3年,与传统养猪场从电网购电相比,每年可减少二氧化碳排放量204.29 t,表明该系统能为养猪场带来良好的经济效益,且具有显著的节能减排和绿色环保优势,能够为养鸡场、养牛场等其他养殖场提供新的经营思路。

可再生能源与燃煤发电集成互补系统综述

在碳达峰、碳中和背景下,可再生能源与燃煤发电相互耦合可提高可再生能源利用效率、降低发电成本,有利于燃煤发电的绿色低碳化升级。从集成形式、运行调控及分析评价3方面综述了可再生能源和燃煤发电的集成互补相关研究。首先梳理了可与燃煤发电直接耦合的太阳能光热及生物质的各类集成形式和工作原理。其次,介绍了目前关于太阳能光热耦合燃煤发电动态特性及调控规律研究,生物质耦合燃煤发电运行中结渣、腐蚀等问题改善方法;概述了风电、光伏与燃煤发电协调运行的调控策略及优化配置研究。最后,梳理了针对光煤互补系统热力性能、经济性、综合性能的评价研究进展;介绍了生物质与燃煤发电耦合的综合性能评价及系统中生物质发电量评估的研究进展;概述了风电、光伏与燃煤发电协调运行中的稳定性、灵活性量化评价及综合性能评价指标体系构建等。最后,针对目前可再生能源与燃煤发电互补系统的研究现状,提出太阳能光热与燃煤发电集成应致力于实现综合系统深度调峰的灵活性运行调控研究;生物质与燃煤耦合发电在进一步研究减缓生物质耦合带来的燃烧问题外,应注重耦合系统中生物质发电准确计量等评价问题;光伏、风电与燃煤发电的协调运行在调度规划研究外,应进一步开展风光火项目内部责任分担和利益分配机制研究,从而实现不同类型电源间的协同持续发展。

计及生物质能的热电联供系统经济运行优化策略

为提升我国农村地区生物质能利用效率,借助热电联供(CHP)系统高用能效率优势,给出一种计及生物质能的CHP系统经济运行优化策略。在考虑了运行功率及容量约束下,对生物质能燃气发电、光伏发电以及储能电池等的运行成本进行建模分析,将CHP系统运行经济性优化转化为求解最小系统运行成本问题。在优化问题求解过程中,为提升传统粒子群算法求解效率,采用灰狼-粒子群算法降低优化过程陷入局部最优概率,提升优化算法运行速度。仿真结果表明,灰狼-粒子群算法具有更快的算法收敛速度,能够改善计及生物质能的CHP系统用能经济性,有效降低农村地区用能费用,促进生物质能推广应用。

多能互补系统在高校学生宿舍建筑中的应用

本文针对南京工业大学浦江6000人的宿舍区建筑用能需求,因地制宜结合当地可再生资源情况,建立了一套多种可再生能源的耦合互补系统,供能侧将太阳能、热泵技术、生物质能进行集成,需求侧主要满足区域内建筑供热(冷)、热水,实现区域部分建筑用能的可再生化。并且提出了适用于不同气候下的运行策略,对系统一年的运行数据进行分析。系统运行以后,与原有电锅炉相比,节约运行费用73万元/a,减少电力消耗202.77万k Wh/a,减少二氧化碳排放2 021.6 t/a。

基于TRNSYS的北方农村地区多能源互补系统优化设计

长期以来,我国北方严寒地区农宅的采暖方式普遍存在热效率低、污染严重等问题。本文以石家庄西北部山区典型农村住宅为研究对象,综合考虑太阳能储能、生物质能及空气源热泵,提出了一种适用于农村散户的多能互补供暖系统,基于TRNSYS/GenOpt软件对供暖系统进行数值研究,并以年运行费用为优化目标,对系统运行控制逻辑进行优化设计。结果表明:生物质-太阳能系统与空气源热泵系统之间能够形成有效的互补,当临界切换温度设定为-3℃时,相较于空气源热泵系统,多能互补供暖系统能够降低农宅取暖费用约21%,整个供暖季生物质能贡献率约为17%。

基于工业厂区的多能互补系统在微能源网的应用

为实现工业厂区可再生能源的稳定供应,降低对电网的不利影响,介绍了微能源网及其在不同资源条件下多能互补系统中的应用。以某污水处理厂为例,结合现有条件和用能需求,搭建了分布式光伏-生物质发电-污水源热泵互补的微能源网:其中分布式光伏-生物质发电满足厂区的用电需求;污水源热泵为办公区供冷、供热;利用沼气池充当系统的储能装置,降低了储能环节的成本,并进一步满足了厂区的电负荷。应用结果表明,微能源网更贴近用户,在节能减排方面拥有一定的发展空间。

水务投资与综合能源耦合利用及发展

当前,环境和能源问题成为世界各国广泛关注的焦点,在全球面临能源危机和环境污染的严峻形势下,人类在能源利用方面也将进入一个多样化的时代。结合水务投资全产业链发展方向,对污水处理厂能耗现状进行分析,提出有针对性的节能降耗方案与措施,充分挖掘污水处理厂的可再生能源,有效回收与利用城市污水热能及生物质能等。在厂内建设分布式光伏,安装污水源热泵,围绕城市热电开展污泥处置及掺烧,实现多能协同供应的节能、环保、高效水务综合能源利用。

沼气工程生物质能-太阳能互补供热系统优化设计

为实现沼气工程生物质能-太阳能互补供热系统经济效益最大化,文章以华北地区5000 m^3CSTR厌氧消化罐为实例,采用线性规划方法对该系统的关键参数进行优化。结果表明:该厌氧消化罐的散热量1月份最高,7月份最低,分别为330.02 kW和139.18 kW。笔者使用生物质能-太阳能互补供热系统为该CSTR发酵罐供热,当成型燃料锅炉功率为509.3 kW,太阳能集热器面积为1775.6 m^2,蓄热水箱容积为10.48 m^3时,折合年费用最低。此时,初投资为1871696元,年运行成本为169736元,折合年费用294515元。初始投资中,太阳能集热器的投资比例最大,占94.9%;生物质颗粒燃烧器占4.08%。运行成本中,生物质颗粒燃烧占75.26%。相比沼气热水锅炉、生物质锅炉与太阳能加热系统,生物质能-太阳能互补供热系统初始投资与年运行费用较低,更适合于中小规模的沼气工程,具有广泛的推广价值。