Optimized scheduling of integrated energy systems for low carbon economy considering carbon transaction costs

With the introduction of the“dual carbon”goal and the continuous promotion of low-carbon development,the integrated energy system(IES)has gradually become an effective way to save energy and reduce emissions.This study proposes a low-carbon economic optimization scheduling model for an IES that considers carbon trading costs.With the goal of minimizing the total operating cost of the IES and considering the transferable and curtailable characteristics of the electric and thermal flexible loads,an optimal scheduling model of the IES that considers the cost of carbon trading and flexible loads on the user side was established.The role of flexible loads in improving the economy of an energy system was investigated using examples,and the rationality and effectiveness of the study were verified through a comparative analysis of different scenarios.The results showed that the total cost of the system in different scenarios was reduced by 18.04%,9.1%,3.35%,and 7.03%,respectively,whereas the total carbon emissions of the system were reduced by 65.28%,20.63%,3.85%,and 18.03%,respectively,when the carbon trading cost and demand-side flexible electric and thermal load responses were considered simultaneously.Flexible electrical and thermal loads did not have the same impact on the system performance.In the analyzed case,the total cost and carbon emissions of the system when only the flexible electrical load response was considered were lower than those when only the flexible thermal load response was taken into account.Photovoltaics have an excess of carbon trading credits and can profit from selling them,whereas other devices have an excess of carbon trading and need to buy carbon credits.

Simulation of District Cooling Plant and Efficient Energy Air Cooled Condensers (Part I)

In hot arid countries with severe weather, the summer air conditioning systems consume much electrical power at peak period. Shifting the loads peak to off-peak period with thermal storage is recommended. Model A of residential buildings and Model B of schools and hospitals were used to estimate the daily cooling load profile in Makkah, Saudi Arabia at latitude of 21.42°N and longitude of 39.83°E. Model A was constructed from common materials, but Model B as Model A with 5 - 8 cm thermal insulation and double layers glass windows. The average data of Makkah weather through 2010, 2011 and 2012 were used to calculate the cooling load profile and performance of air conditioning systems. The maximum cooling load was calculated at 15:00 o’clock for a main floor building to a 40-floor of residential building and to 5 floors of schools. A district cooling plant of 180,000 Refrigeration Ton was suggested to serve the Gabal Al Sharashf area in the central zone of Makkah. A thermal storage system to store the excess cooling capacity was used. Air cooled condensers were used in the analysis of chiller refrigeration cycle. The operating cost was mainly a function of electrical energy consumption. Fixed electricity tariff was 0.04 $/kWh for electromechanical counter, and 0.027, 0.04, 0.069 $/kWh for shifting loads peak for the smart digital counter. The results showed that the daily savings in consumed power are 8.27% in spring, 6.86% in summer, 8.81% in autumn, and 14.55% in winter. Also, the daily savings in electricity bills are 12.26% in spring, 16.66% in summer, 12.84% in autumn, and 14.55% in winter. The obtained maximum saving in consumed power is 14.5% and the daily saving in electricity bills is 43% in summer when the loads peak is completely shifted to off-peak period.

深度调峰背景下火电机组热电解耦技术路径对比分析

新能源发电在出力和发电负荷上具有波动大、不稳定的特点,为解决新能源机组上网后带来的上述问题,利用多种热电解耦方式对火电机组进行改造,并对不同技术路径进行对比分析,探究火电机组解耦潜力与调峰能力。采用EBSILON Professional软件进行模拟仿真,对不同热电解耦方案下调峰负荷空间进行评估和对比分析。计算结果表明,低压缸零出力热电解耦改造方案可以使机组的调峰能力得到最大的改善。在原最大供热负荷304.60 MW下,最小发电量下降172.21 MW,最低电负荷率下降32.70%。火电机组经过热电解耦改造可显著提高热电机组与新能源机组的协调调峰能力,提高发电单元整体发电的稳定性。

基于分布鲁棒优化的广义共享储能容量配置方法

共享储能通过储能资源的复用,能有效应对高成本和利用率低的难题。迅速发展的需求侧资源在共享储能中具有潜在应用,但其不确定性问题亟待解决。文中引入了电动汽车和温控负荷的虚拟储能模型,结合实体储能,建立了考虑不确定性的广义共享储能模型和相应的优化算法,以确定实体储能的最佳容量配置。共享储能运营商根据用户需求,实现多类型储能的优化配置,并设计虚拟储能持有者的满意度补偿,以保障其用户体验和经济利益。此外,采用Wasserstein距离描述电动汽车和温控负荷的不确定性,并结合基于风险价值的分布鲁棒机会约束算法进行求解。算例结果表明,采用广义共享储能模型和分布鲁棒机会优化算法,能够充分考虑不确定性,有效降低用户的能源消费成本和运营商的储能配置成本。

西藏高原村镇住宅冬季典型热电负荷特征研究

针对当前村镇住宅负荷特征表征中缺少基于用能行为差异的热电负荷关联性分析,以西藏高原村镇居住建筑为研究对象,通过走访与调研归纳出典型建筑结构特征、人员活动等信息,提炼出8种典型用能情景。利用EnergyPlus模拟计算不同用能行为下典型居住建筑全年逐时热电负荷,根据k均值聚类分析提取村镇住宅热电负荷特征,并提出基于逐时负荷系数的动态负荷典型化方法。最后基于特征参数化分析得到用能行为差异下西藏高原村镇建筑各类用户的用能特征。

多类型小容量火电机组热电解耦潜力与经济性对比评估

【目的】新能源发电存在输出功率和发电负荷的大幅波动和不稳定性问题,对电力系统稳定运行造成一定挑战。小容量火电机组热电解耦后参与电力系统整体运行,可提高电网调度效率与系统安全性,为此,采取多种热电解耦技术对3台小容量火电机组进行改造,并对各种技术路线进行了比较研究。【方法】通过使用EBSILON Professional软件进行模拟实验,对各种热电解耦方案在调峰负荷方面的潜力进行了评估和对比分析,并对改造后的经济性进行分析。【结果】水冷背压式机组热电解耦潜力空间较大,较其他机组有着明显优势,热泵改造机组最大供热下日利润提高217.18万元。随着抽汽热负荷变化,水冷凝汽式机组热电解耦潜力变化整体趋势平缓,最易控制,热泵改造机组最大供热下日利润提高202.25万元。空冷凝汽式机组热泵改造最大供热下日利润提高26.13万元。【结论】经过热电解耦升级的火电机组,能够大幅增强其调峰效果,热泵改造能有效提高日利润,从而提升整个发电系统的稳定性和发电效率。

四级背压乏汽深度利用系统及其性能分析

针对某600MW间接空冷机组在高背压供热的基础上利用大型蒸汽射汽器,提出了一种适应调峰运行的四级背压乏汽深度利用系统。有效解决了热电联产机组低负荷乏汽供热能力降低的难题,提高了机组低负荷下的乏汽供热能力。对二级背压乏汽供热系统的供热特性进行了试验研究,分析得出机组背压和循环水温度是影响乏汽利用的关键因素,以汽轮机排汽热损失最小为目标,建立了四级背压乏汽供热系统能耗分析模型。通过能耗分析模型对某600MW机组四级背压乏汽深度利用系统在不同供热时段调峰运行下的性能进行了计算分析。在低负荷段,高压侧的背压受到汽轮机排汽流量的限制,通过循环冷却系统降低低压侧的背压可提高系统能效。不论是与常规的中排供热的方式相比,还是与二级背压乏汽供热相比,四级背压乏汽深度利用系统低负荷下的供热能力明显提升。在对外供热量一样的情况下,四级背压乏汽深度利用系统相比较二级背压乏汽供热,机组的发电出力可降低131MW。

基于改进粒子群算法的分散式电采暖负荷模型参数辨识

分散式电采暖负荷是一种具有巨大调节潜力的需求响应资源,但是,用户行为差异、太阳辐照度等随机因素为建立精确的分散式电采暖负荷模型增加了一定难度。首先,结合具体应用场景,搭建基于气候模拟平台的分散式电采暖负荷实验平台,采集负荷建模实验数据。然后,针对分散式电采暖负荷二阶等效热参数模型方程较为复杂的问题,以仿真温度与实测温度之间的误差最小为目标,提出基于改进粒子群算法的模型参数辨识方法,建立分散式电采暖负荷模型。最后,通过改变数据采样周期,对负荷模型进行优化。结果表明,所提参数辨识及建模优化方法可以有效地提高分散式电采暖负荷二阶等效热参数模型精度。

电热综合能源系统稳态与区间潮流计算快速解耦新方法

综合能源系统稳态潮流计算是后续规划、运行等研究的基础。目前常采用的牛顿-拉夫逊法存在数值稳定性问题,且随着综合能源系统不确定因素增加,研究系统的区间潮流以实现综合能源系统的安全分析和评估变得越来越重要。首先,基于泰勒函数一阶展开和二阶展开,推导出热负荷流量和节点温度的解析表达式,该表达式实现了流量与温度的独立求解,无须解方程组即可得到系统稳态潮流。然后,分析流量和温度表达式的函数单调性,结合各热负荷值,确定了热负荷流量和热负荷节点温度的区间潮流解,所提方法在保证计算精度的同时,计算速度快且不存在数值稳定性问题。最后,通过算例分析验证了所提方法的有效性。

电锅炉参与下火电机组甩负荷动态特性研究

我国正在加速清洁能源转型以实现“双碳目标”,然而新能源的不断接入使电力系统更加波动和难以稳定,尤其在寒冷供暖地区,电力系统任务更为艰巨。为了解决电力中断问题,火电机组的甩负荷控制技术变得迫切。目前的研究主要集中在改进火电机组运行和蓄热电锅炉的经济性和环保性,但电锅炉的热力特性尚未深入研究。本文建立了电锅炉的功率简化模型,通过仿真模拟研究了电锅炉参与火电机组甩负荷调节的动态特性,旨在为火电机组的灵活性改造提供支持,以提高电力系统的稳定性。

可控储热负荷参与电网调峰的系统特性与经济性研究

为解决当前可再生能源装机量大但出力相对较小及电力系统调峰能力低下的问题,通过新兴的固态电制热储热技术,充分挖掘电力系统用户侧的潜力。以系统消纳的风电量最多及用户侧运行的经济性最优为目标,建立了含电力需求侧响应的用户侧配置固态电制热储热设备的系统模型。采用改进多目标粒子群算法对模型进行优化求解,针对电力系统的源侧、网侧、荷侧,对比不同运行方式下的风电消纳能力、负荷曲线峰谷差及经济成本。仿真结果表明,在电力需求侧响应的基础上用户侧配置固态电制热储热设备,可以大大提高系统的风电消纳能力及调峰水平,并具有一定的经济价值。

火电厂供热技改项目新增用电负荷分析研究

为满足城市供热和响应电网调度需求,各热电联产机组都在加快实施相应的供热技改项目。改造过程中,由于新增工艺设备用电负荷较大,经常遇到厂用电裕量不足的问题。本文通过实际案例,依据厂用电设计规程对设计负荷进行校核,同时对工艺设备实际运行工况进行分析,采用负荷率法重新校核。理论分析和实际运行数据均表明供热技改项目对厂用电负荷的影响较小,多数技改项目无需实施高厂变增容或增设高厂变。

Multinary diamond-like chalcogenides for promising thermoelectric application

Thermoelectric（TE）materials have been considered as a strong candidate for recovering the waste heat from industry and vehicles due to the ability to convert heat directly into electricity.Recently,multinary diamond-like chalcogenides（MDLCs）,such as Cu In Te2,Cu2Sn Se3,Cu3Sb Se4,Cu2ZnSnSe4,etc.,are eco-friendly Pb-free TE materials with relatively large Seebeck coefficient and low thermal conductivity and have aroused intensive research as a popular theme in the TE field.In this review,we summarize the TE performance and device development of MDLCs.The features of crystalline and electronic structure are first analyzed,and then the strategies that have emerged to enhance the TE figure of merits of these materials are illustrated in detail.The final part of this review describes the advance in TE device research for MDLCs.In the outlook,the challenges and future directions are also discussed to promote the further development of MDLCs TE materials.

灵活性资源参与的电热综合能源系统低碳优化

针对可再生能源的消纳问题,研究可控负荷机制与电-热耦合网中的储能调控策略,构建综合灵活性资源模型优化系统的低碳运行。首先分析区域电网中差异化布局的工业负荷调控机制,基于城市能源网架电热耦合建立可控负荷及电-热储能调控模型;然后以经济成本、风光消纳及碳排放为指标构建综合效益模型,提出碳排放流动拓扑,描述依附于能量流的碳排放流信息;最后对IEEE 33节点电网和45节点热网耦合能源系统进行仿真,分析多元灵活性资源响应对系统综合效益的改善效果,并通过拓扑直观显示典型场景中电-热碳排放流动过程。结果表明发掘灵活性资源能够提升电热综合能源系统对风光能源的消纳裕度,验证了所提方法的合理性和有效性。

基于LCC的三相四线制逆变器特性分析与控制

传统的三相四线制逆变器存在拓扑结构与控制复杂、工频变压器导致体积庞大等问题。以一种简单的基于LCC网络的三相四线制逆变器为研究对象,深入分析了其构造原理与工作特性,其每一相输出电压独立于负载,因此在为多种不平衡负载供电时具有输出电压自平衡功能。LCC网络的增益还可以提高直流母线电压利用率,满足电气化交通领域的应用需求。给出了LCC网络的参数设计流程。针对LCC网络内部复杂的耦合关系,采用双序αβ坐标系与单序dq坐标系结合的解耦控制方法,对其进行计算机仿真,并且搭建了1 kW/105 V的原理性实验平台,与4种典型三相四线制逆变器进行对比,验证了理论分析的正确性与所提控制方法的有效性。

基于MST-改进PSO的电-气-热综合能源系统负荷恢复策略

以往故障恢复的研究大多集中在配电网方面且恢复目标仅为单一的负荷恢复量,未考虑资源成本以及能源消耗的环境保护成本等。对此,提出一种多侧协调优化的多目标负荷恢复策略,该方法不仅实现了网络的重构、较高等级负荷的优先恢复,还实现了系统运行成本最优。在系统发生故障后,分两阶段进行恢复:首先,使用最小生成树(minimum spanning tree,MST)对系统结构进行改造,实现系统网络的重构,形成可恢复负荷的最终区域;然后,综合考虑源侧资源购买成本、用户侧切负荷补偿成本以及碳排放环保成本等,构建优化目标函数,使用改进粒子群(particle swarm optimization,PSO)算法对其进行求解,得到最终恢复方案。通过33节点配电网、14节点气网和6节点热网测试系统仿真,验证了该负荷恢复策略的有效性。

基于QR-CBA特征解耦框架的日前负荷预测研究

高精度的短期电力负荷预测可以保证电力系统调度决策的准确性、缓解电力供需矛盾、保障电力系统运行的安全。由于短期电力负荷预测受气象、历史信息等因素影响且具有很强不确定性,因此对短期负荷预测进行精准的预测较为困难。为实现对日前电力负荷进行概率密度预测,提出一种基于引入注意力机制的卷积双向长短期记忆分位数回归网络(Convolutional bidirectional long short-term memory network with attention for quantile regression,QR-CBA)特征解耦框架。首先,将输入特征分为4个分支并通过解耦神经网络对其进行训练,以有效提高神经网络的计算效率和预测精度;然后,采用核密度估计(Kernel density estimation,KDE)方法作为后处理技术将预测结果生成为概率密度曲线,以有效量化预测的不确定性。以某公开负荷数据集作为实例进行验证,结果表明,所提方法的日前点预测精度达到了96.884%,与对比预测模型相比精度明显提高,区间预测的连续排名概率得分(Continuous ranked probability score,CRPS)与对比预测模型相比明显降低。以上对比实验结果说明所提预测方法具有更高的预测精度和确定性。

新型电力系统背景下电热负荷参与实时调度研究

以新能源为主的新型电力系统的功率平衡面临着重要的技术挑战,以灵活负荷参与电力系统调节是提升新型电力系统有功平衡能力的重要途径。针对电热负荷季节性、时段性特征明显,新能源“极寒极热无风”“晚峰无光”,热电负荷在新型电力系统中呈现反调峰的趋势。针对这一问题,全面分析了电热负荷时空特性和用能特性,深入挖掘其调节潜力,着重分析了电热可控负荷的控制场景,并系统地给出了电热负荷的柔性调度策略,完成电热负荷的柔性控制调节,实现全时间尺度的网荷协同优化和灵活调度,从而验证了该电网电热负荷实时参与调度的可行性。

我国能源电力发展及火电机组灵活性改造综述

我国能源对外依存度大,国家能源安全存在风险。为解决能源安全和应对气候变化,我国在国际上做出双碳承诺。双碳目标实施路径为能源结构的清洁化转型发展,主要开发风电和光伏资源,预计2035—2040年,风电、光伏发电量将超过煤电。由于风电、光伏发电具有波动性和间歇性特点,大规模接入电力系统需要灵活性调节资源来支撑消纳。我国现在保有大量燃煤火电机组,经过灵活性改造,是适合我国国情的调峰资源。火电机组深度调峰面临低负荷稳燃、水动力安全性、受热面超温、热电解耦、热应力及机组经济性低等问题,防范因深度调峰引发严重安全事故。把握能源转型和能源安全之间的平衡,稳步推进煤电由主体电源向调节型电源转变。用市场化机制解决电力产业规则问题,继续深化电力市场化改革。

基于机会约束规划的热电联供微电网低碳经济调度

热电联供型微电网(CHP-MG)能有效利用分布式能源。为实现CHP-MG的可持续发展,有必要兼顾系统运行的经济性与低碳环保性,对CHP-MG的经济运行优化和低碳可持续发展进行研究。在需求侧引入两阶段需求响应模型优化电负荷,在激励型需求响应中构建电-热可转移负荷模型,给用户提供补偿费用。在系统中构建碳阶梯交易成本模型和环境成本模型提升系统的环保性。同时,利用机会约束规划模型应对风、光和电-热转移负荷的不确定性。通过算例验证该规划模型的低碳性和经济性。