基于负荷特性互补的分布式能源系统能源站规划

现有综合能源系统供能范围划分和能源站选址中很少考虑负荷特性的问题,造成能源站各设备利用率降低。因此,以能源站和能源管网综合费用年值最小为目标,使用k-means算法确定初始能源站位置和供能范围,通过考虑负荷特性互补重新划分供能范围,在供能范围内采用遗传算法重新确定能源站选址,分别采用维诺图和综合能源负荷矩交替迭代法、核密度分析法进行对比分析。以某社区为例,考虑负荷特性互补使能源站综合费用年值降低10.46万元,经济性提高1.64%。核密度分析法使能源站综合费用年值降低3.38万元,经济性提高0.53%。

Configuration optimization model of multi-energy distributed generation system

To integrate different renewable energy resources effectively in a microgrid, a configuration optimization model of a multi-energy distributed generation（DG） system and its auxiliary equipment is proposed. The model mainly consists of two parts, the determination of initial configuration schemes according to user preference and the selection of the optimal scheme. The comprehensive evaluation index（CEI）, which is acquired through the analytic hierarchy process（AHP） weight calculation method, is adopted as the evaluation criterion to rank the initial schemes. The optimal scheme is obtained according to the ranking results. The proposed model takes the diversity of different equipment parameters and investment cost into consideration and can give relatively suitable and economical suggestions for system configuration.Additionally, unlike Homer Pro, the proposed model considers the complementation of different renewable energy resources, and thus the rationality of the multi-energy DG system is improved compared with the single evaluation criterion method which only considers the total cost.

全可再生能源多能互补系统优化配置与运行探索

在机组100%为全可再生能源的多能互补系统的基础上,通过部分市网供电及“隔墙售电”消纳改进其容量配置和调度优化模型并通过LINGO求解,考察市网供电和“隔墙售电”对系统经济性和碳排放参数的影响。结果表明:随着隔墙售电的电价增长,系统的运行费用及蓄电池的容量随之下降,在售电电价增至0.33元/kWh后蓄电池单元容量趋于稳定;在售电电价达到0.37元/kWh后系统不再因电价的上升而引起系统运行策略的改变;园区多能互补系统相比不参与“隔墙售电”的传统系统,系统年总费用降低25.9%,年运行成本降低37.8%,碳排放强度由76.9 kgCO_(2)/(m^(2)·a)降至52.3 kgCO_(2)/(m^(2)·a)。

实现“双碳”目标构建新型能源体系的初步思考

中国向世界承诺用10年实现碳达峰,再用30年实现碳中和,任务非常艰巨,面临着能源消费量大、能源结构偏煤、碳控排基数大等诸多挑战。为此,必须向纵深推进“四个革命、一个合作”能源安全新战略。根据各方解读,新型能源体系初步归纳为能源结构新、系统形态新、产业体系新、治理体系新、体制机制新、监管方式新“六新”特点。综合考虑新能源体系建设,提出“十个坚持”以助力实现“双碳”目标。具体措施包括:确保能源供应安全稳定,加快能源绿色低碳转型,节约优先提升能效,多能互补协同融合发展,提升能源产业数智化水平,发展集中式和分布式能源,推动乡村能源革命,攻克关键核心技术装备,发展综合能源服务产业,推动“一带一路”高质量发展。

李家峡水电站混流式水轮机改造关键技术分析

随着风力发电和光伏发电大规模发展,新型电力系统中新能源比例逐渐提高,水电机组启动迅速、调节灵活,因而常规水电站参与电网调能的特点越发突出。为了适应新型电力系统中多能互补的需求,水电机组的宽负荷范围稳定运行成为当下电网安全运行的迫切需求。以李家峡水电站#3水轮机为例,提出了水轮机改造设计理念,阐明了多能互补系统要求下水轮机改造的关键点,为水轮机的技术改造提供了方向。改造后的现场试验和运行数据表明,部分负荷工况下顶盖压力脉动极值降低了77.6%,顶盖的振动幅值也显著降低,可见部分负荷下水轮机的稳定性得到明显提升。同时,改造后水轮机成功实现了(0~100%)P_(r)(P_(r)为水轮机额定功率)全负荷范围内稳定经济运行,满足了新型电力系统对水电的调能要求,可为将来类似水电站的改造设计提供借鉴。

光伏微电网储能系统多目标容量优化配置

储能是解决可再生能源消耗、提高系统运行可靠性的重要措施,为此,提出基于分时能量互补的光伏微电网储能系统多目标容量优化配置方法。根据光伏微电网储能系统的结构,分析其工作原理,为容量优化提供理论支撑。多目标容量优化模型以降低生命周期成本、抑制可再生能源功率波动和最大化联络线利用率3个目标构建。基于分时能量互补技术,设计一种具有互补特性的优化算法。通过多目标求解,得到容量优化配置的最佳方案。实验结果表明,所提方法提高了微电网联络线的利用率,有效抑制系统的功率波动,提高系统的综合收益。

中国新能源大基地多能互补投资项目经济评价方法探索

在“双碳”目标、能源转型和绿色低碳可持续发展的背景下,新能源大基地多能互补投资项目作为综合能源供应模式的典型代表,将会成为未来一段时期中国能源大规模投资建设的主要方式。在分析新能源大基地多能互补投资项目与常规单一新能源发电项目技术经济特征差异性的基础上,针对经济评价收入估算、计算期、主要发电机组设备折旧年限、成本费用估算、成本分摊机制及所得税税收筹划等6个方面,提出了建议方案,以期形成此类项目经济评价的方法论,更好地指导投资主体、研究咨询单位和设计部门开展可行性研究经济评价和财务分析等前期工作。

多能互补条件下水轮机转轮改造深化设计研究

为适应新型电力系统的多能互补需求,本文以李家峡水电站水轮机适用多能互补改造为研究对象,对多能互补系统中的常规水电站机组进行了深化设计研究,提出了水轮机改造深化设计理念,阐明了多能互补系统要求下机组的运行加权因子计算方法,并提出了机组改造深化设计的水力设计目标,为水轮机改造的深化设计提供了方向指导。根据水轮机改造深化设计后的水力模型试验表明:深化设计后的水轮机比前期改造的水轮机(未经过深化设计)在空化、压力脉动和叶片应力水平相当的情况下,有更高的水力模型额定效率和加权平均效率。深化设计后的水轮机不仅满足新型电力系统对水电站电能负荷调节能力的要求,而且机组的水力性能也得到了明显提升,可为类似水电站的水轮机改造设计提供借鉴。

汛期水风光多能互补动态调度模型研究

为充分利用水电站水库汛期在预报无洪水或小洪水时的调节能力,将汛期运行水位动态控制域对应库容作为调节风光运行的可用库容,在提高水库调节能力的基础上给出了考虑入库洪水实时状态的汛期水电站水库动态消纳风光调度模式,以风光出力期望值加水电出力之和与负荷偏差最小为目标,结合风光出力不确定性建立了汛期水风光多能互补动态调度模型,并以福建省水口水电站为例进行模拟调度计算。结果表明:所提动态消纳风光调度模式能够在保证防洪安全的前提下充分合理利用水位动态控制域内的调节能力来调节风光出力,使失负荷时段数和发电量缺口期望值相较于传统调度模式分别降低约37%和32%,水电站水库平均发电水头提高约4.39%,不仅可提高系统出力可靠性,且能增加系统运行效益。研究成果可为汛期调节风光出力提供参考。

新质生产力视域下我国新兴气体能源创新发展研究

工业革命以来的历次生产力跃升都以能源转型为重要驱动力,能源品种的更新迭代是带动产业转型升级、推动经济秩序重构的变革性力量,催生先进生产力质态;全球正在兴起以非常规天然气、生物天然气(或生物燃气)、氢气、氨气等为代表的新兴气体能源的发展浪潮,为能源科技创新、经济社会可持续发展持续注入新动能。鉴于已有研究和实践缺乏对于新兴气体能源的综合把握与系统审视,本文在新质生产力视域下概览新兴气体能源发展的宏观背景,剖析我国发展新兴气体能源的现实意义、产业基础、政策支撑,研判新兴气体能源的发展愿景、方向与模式,进而提出新兴气体能源发展建议。研究认为,发展新兴气体能源是能源领域新质生产力形成的重要方向之一,其规模化应用将改变未来能源格局,革新传统天然气工业与燃气行业,塑造新的气体能源工业形态;应结合我国能源转型进程,精准把握新兴气体能源发展的价值、战略、技术、定位,将新兴气体能源列为新型能源体系建设的关键组成部分、实现能源强国的重大战略选择。进一步在顶层设计、制度保障、科技支撑、生态构建等方面探讨发展要点,以期促成我国新兴气体能源产业朝着安全、绿色、多元、融合方向演进。

面向电网最大频率偏差的风电机组短时频率支撑最优策略与机理

当电网出现有功缺额并导致频率跌落时,风电机组可以通过释放自身轴系动能为电网提供短时频率支撑(short-term frequency support,STFS)。如何利用有限的风电机组轴系动能最大限度地支撑电网频率,是当前研究的热点问题。针对风电机组可释放动能和电网频率变化率约束下的电网最大频率偏差最小化问题,该文提出一种基于有功功率互补控制(active-power complementation control,ACC)的风电机组STFS策略,揭示STFS过程中风电机组的最小动能释放机理,并证明采用ACC释放全部轴系动能的STFS策略为上述问题的最优解。最后,基于含风电的电网动模实验平台的实验结果验证该文提出STFS策略的可行性与频率支撑效果。

基于舒适度和耦合协调度的风光生物质多能互补系统容量配置优化

搭建合理的评价系统是系统容量配置优化的重要前提。传统的指标系统没有将用户端的热负荷和冷负荷纳入评价目标,而且评价体系缺少统一的标准。基于此,在传统指标的基础上引入舒适度指标并考虑其耦合协调度关系,旨在解决指标纷繁众多的问题并更加真实有效地对系统容量配置进行优化。首先搭建了多维度评价指标体系,利用云模型对评价指标进行划分;其次,在传统指标的基础上引入了舒适度指标;最后,在主客观评价法的基础上引入耦合协调度方法。结果表明,耦合协调度方法对综合评价结果有明显的修正作用,消除了高关联性指标重复性评价的影响,可为不同评价指标体系带来的不同评价结果的问题提供有效解决途径;此外,加入舒适度指标可以有效权衡用户端用冷用热的需求,可以更真实地对系统进行评价。

考虑电-氢-热多能互补的微网多目标优化配置

氢储能具有储能容量大、储存时间长、清洁无污染、可实现多种能源网络互联互补和协同优化等诸多优点,有望成为推动分布式能源发展和提升终端能源利用效率的重要支撑技术。为了提高独立型微网供电可靠性及可再生能源利用率,文中分析了典型电、氢、热装置的运行特性,提出考虑电-氢-热多能互补的独立微网多目标优化配置模型,并基于模拟退火的粒子群(simulated annealing particle swarm optimization,SAPSO)算法对目标问题进行求解,获得不同配置方案下的技术经济指标。最后,通过东北某地独立微网优化配置算例,基于MATLAB平台验证了所提多能互补配置方案较传统电储能配置方案负荷失电率降低了3.18%,可再生能源利用率提高了8.37%。所提配置方案可有效促进可再生能源消纳,保证独立微网的供电可靠性。

风光火储联合供应火电厂厂用电系统优化调度

随着风电和光伏发电量逐年增长,其消纳问题日益凸显。同时,大容量火电机组厂用电负荷也相对较高,造成额外的运行成本。对此,基于多能互补思想,建立了一种风光火储联合供应火电厂厂用电优化调度模型。首先,提出了风光火储联合供应火电厂厂用电的组成结构,将风电、光伏发电优先供应厂用电负荷;其次构建了风光火储联合供应火电厂厂用电优化调度模型,考虑了火电机组不同负荷率下的运行成本和风光储成本,采用层次分析法建立了基于总成本、弃风弃光成本和环境成本的多目标函数,设置相应约束条件;最后,设置不同的场景对比分析联合供应厂用电系统的优化结果,试验结果表明:所提出的联合供应厂用电系统模型可以减少机组运行成本和环境成本,并促进风光消纳。

多主体参与的区域综合能源系统集中-分布式需求响应机制

区域综合能源系统是能源互联网建设背景下能源供给体系的重要发展方向,随着城镇区域内微能源网、虚拟电厂等具备电网互动能力的新用能主体相继出现,该文针对区域综合能源系统需求响应这一重要调控问题,提出一种考虑区域系统运营商与区域内多用能主体利益协调的实现机制。首先,针对传统集中式调度在保护用户信息和控制自主权方面的不足,构建了由运营商集中调度、新用能主体分布协同的集中-分布式架构。其次,针对运营商和各新用能主体的调峰责任分配和利益协调问题,引入区域调峰需求响应市场,并设计了相应的奖惩机制,在激励用户的同时,规范市场行为。此外,考虑供能安全性和新能源不确定性,建立区域供能系统和新用能主体双层用能优化模型,实现多能互补和能源梯级利用。最后,通过算例验证了所提机制的合理性和有效性,运营商和各新用能主体获得更高收益,且数据交互量少、业务流程简便,适用于现行市场机制下的实际应用场景。

“双碳”目标下中国农村能源发展现状、问题与对策

[目的]通过对人类利用能源的历史、中国农村能源的现状分析,总结出中国农村主要的能源结构特点。[方法]基于文献法、对比分析法等研究方法去探究农村能源发展现状,识别农村能源发展存在的问题以及未来发展趋势。[结果]从农村能源使用的多元化来看,薪柴的使用量逐渐减少、农村沼气的发展逐渐趋于平缓、农村电网改造完成后农村用电趋于饱和、随着“西气东输”政策的实施燃气占比逐年上升、太阳能热利用大面积普及后稳中有降、随着光伏发电技术的突破太阳能发电量快速提升。[结论]针对中国农村能源现状,农村能源中传统利用方式逐渐被改变,新能源的发展得到了重视,文章结合国家政策找出了农村能源相应的能源特点,探究“节能减排”的新时期“双碳”目标下农村能源的发展趋势。

基于灵活储氢和蓄电池联合储能的混合可再生能源系统规划运行协同优化

提出一种包含灵活储氢和蓄电池联合储能的混合可再生能源系统,并提出一种考虑极端运行工况的规划运行多阶段协同优化方法,第1阶段以最小化净负荷为目标,优化混合系统中风电与光伏的容量;第2阶段在正常运行、极端全充电、极端全放电3种典型工况下对联合储能系统进行容量运行双层协同优化。上层规划模型以平准化储能度电成本最小为目标优化储能容量,下层调度模型以功率偏差最小为目标优化储能系统运行策略,并采用元启发式优化算法和混合整数线性规划进行求解。研究表明:1)考虑极端全充电和全放电运行工况时,储氢系统的容量配置灵活性可以使系统更经济地应对极端工况,体现了氢储能的优越性;2)基于联合储能的混合可再生能源系统比单一储能系统具有更高的经济效益,其平准化储能度电成本相较于氢储能降低了3.97%,相较于蓄电池储能降低了8.25%;3)相比于基于运行规则的容量优化方法,该文提出的规划运行多阶段协同优化方法使系统平准化储能度电成本降低了13.7%。

面向公路交通的光水互补自洽微网系统规划模型

自2020年9月中国提出“碳达峰·碳中和”目标后,公路交通领域绿色转型发展成为亟待解决的重点任务。利用高速公路沿线清洁能源建立自洽微网系统,发展交通与能源一体化已成为减少碳排放、完成交通用能清洁化的必由之路。结合我国西部偏远地区公路交通系统难以接入大电网且光水资源丰富的特点,本文以偏远地区的独立交通微网为研究对象,研究了基于小水电的光水互补系统架构,并建立了基于该架构的公路交通光水互补自洽微网系统规划模型。提出了小水电为主导、光伏为辅助的光水互补系统控制运行策略;以系统经济性和供电稳定性最优为优化目标,采用粒子群优化算法进行了典型算例优化求解与研究方案对比分析,形成了面向公路交通的光水互补自洽微网系统规划推荐方案。研究结果表明:在光水互补方案中,系统的稳定供电率可以达到99.64%,相较于单一光伏电站供给方案,其综合年成本降低43.05万元,系统缺电率降低2.5%;相较于单一小水电站供给方案,其综合年成本仅增加1.53万元,而系统缺电率降低1.59%,验证了提出的光水互补自洽微网系统规划模型的有效性,为后续相关工程实践提供了参考借鉴。

“双碳”目标下中国石油企业绿色减碳路径

为有效应对全球变暖问题,并如期实现“双碳”目标,国内各石油企业均采取了针对性的减碳降碳措施。为进一步明确“双碳”目标下中国石油企业绿色减碳路径,在对目前中国碳排放情况、石油企业减碳措施分析的基础上,明晰了减碳现存的困难与技术难点,并提出了石油企业减碳路径的建议。研究结果表明:①在油气生产利用过程中,温室气体排放主要集中在上游环节;②锚定“双碳”目标不动摇,在能源保供、提质增效的同时,深入推进“CCUS”“碳减排”“碳替代”“碳交易”等减碳方法,在一定程度上降低了碳排放;③石油企业因地制宜开发风能、太阳能、地热能、氢能、海洋新能源等,逐步推动能源绿色转型。最后根据调研结果和中国石油企业的现状,提出了以下减碳路径建议:①构建科学合理的多能互补能源体系,实现常规能源与新能源的协同开发;②发展低成本且高效的化石能源开采技术、清洁能源开发技术、数字化碳中和技术等,提高技术原始创新能力,并把握新一轮产业革命与技术变革的主动权;③加强与国际国内企业、地方政府、高等院校、研究院所的交流合作,促进相关技术的持续发展,并培养专业技术人才。

温室大棚地热能与空气能多能互补能源配比研究

“双碳”目标下采用可再生能源解决温室大棚的供冷、供暖,构建安全、绿色、智慧、高效的能源系统成为了温室大棚的发展方向。近年来,中深层地热能、浅层地热能、空气能在温室大棚供热中的应用得到快速发展。以河南省周口市扶沟县某农业产业园为例,结合区域地热资源情况,提出了中深层地热+地源热泵+水源热泵、中深层地热+地源热泵+空气源热泵、地源热泵+空气源热泵、地源热泵+水源热泵4种可再生能源配比方案。结果表明:地源热泵+水源热泵投资最高,地源热泵运行费用是中深层地热的2.01倍,空气源热泵运行费用是水源热泵1.95倍,地源热泵运行费用与水源热泵相相近。能源利用优先级排序为中深层地热能>地源热泵>水源热泵>空气源热泵,采用中深层地热+地源热泵+水源热泵方案为最优的能源搭配方式。