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。

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”目标下赋煤区新能源开发--未来煤矿转型升级新路径

“双碳”目标下我国能源结构正加速转型升级,以太阳能、风能、地热能等为代表的新能源正逐步替代传统煤、油、气等化石能源。推动煤炭和新能源优化组合是实现“双碳”目标提出的新要求,也是未来煤矿绿色低碳转型的重要路径。分析我国赋煤区能源分布特点,发现以煤为主的化石能源分布区域,往往也是太阳能、风能、热能等新能源富集区,适宜于在赋煤区大规模开发新能源。研究结果如下:(1)提出了赋煤区全生命周期能源开发理念,将赋煤区能源发展历程划分为煤炭、煤炭与新能源优化组合、新能源3个阶段,并搭建了赋煤区新能源开发总体架;(2)在太阳能开发方面,基于赋煤区与太阳能资源富集区的重叠关系对赋煤区太阳能理论储量与开发潜力进行评估,提出了分布式/集中式光伏发电、太阳能热利用和太阳能制氢等光化利用耦合的太阳能分级综合利用方案,实现太阳能多元高效转化与利用以及与煤炭资源的协同开采;(3)在地热能开发方面,基于赋煤区与地热能资源富集区的重叠关系对赋煤区地热能开发潜力进行评估,结合矿井地热形成机理、分布规律和矿井采掘情况,构建深部矿产资源与地热资源协同开发系统,形成包含矿井热水型、岩温型、混合型的矿井地热能分级开采与热用户梯级利用的综合应用方案,实现矿井地热化“害”为“利”的战略转移;(4)在风能开发方面,基于赋煤区与风能资源富集区的重叠关系对赋煤区风能开发潜力进行评估,提出赋煤区风力发电、风力提水、风力致热技术的应用途径,构建了井上井下设施电力供应、水循环动力、供暖自足以及并网发电的风能利用框架;(5)考虑到目前煤炭地下开采普遍以垮落法管理顶板,垮落空间无法有效用于地下储能,提出“储能库超前规划→功能性储能库构筑→储释能运行管控”的矿井采空区储能技术路径;(6)针对赋煤区多能互补综合能源系统(MCIES)复杂多变特征,建立了赋煤区能源生产、供给单元的异质能量流耦合模型,统一了MCIES内部不同能源集线器的数学表达式,提出了赋煤区MCIES能源管理与优化逻辑方法以及运营模式。旨在探讨煤炭和新能源的组合路径,论证赋煤区规模化开发新能源可行性,赋予赋煤区全生命周期能源供给的功能,形成集“矿—风—光—热—储”一体化的煤炭企业能源产业发展新模式。

增加蓄热装置的空气源热泵-太阳能互补供暖系统优化研究

针对低温工况下多能互补供暖系统的工作性能和经济性较差等问题,文章设计了太阳能-蓄热空气源热泵互补供暖系统,该系统在传统太阳能-空气源热泵互补供暖系统的基础上增加了蓄热装置,提高了空气源热泵入口的空气温度。文章基于TRNSYS软件构建了太阳能-蓄热空气源热泵互补供暖系统的仿真模型,并分析了空气源热泵制热能效比的变化,对比了入口处有、无蓄热装置时太阳能-蓄热空气源热泵互补供暖系统的热性能和经济性。分析结果表明:在增设蓄热装置后,空气源热泵的平均制热能效比提高了34.87%;在供暖期内,系统的平均代价火用效率提高了3.24%,总能耗减少了2×10^(7) kJ,费用年值与太阳能保证率之比ACSF减少了3.3元;系统中各部件的火用效率均有所提高,空气源热泵工作性能的改善最为显著,火用效率提高了4.63%。

计及电动汽车充电负荷的风电-光伏-光热联合系统协调调度

考虑大规模电动汽车(Electric vehicle,EV)随机接入含高比例可再生能源电力系统后会进一步加大系统运行的稳定性问题,根据风光特性将联合系统划分为“有风有光”、“有风无光”、“有光无风”、“无风无光”四种运行模式,提出一种计及EV充电负荷的风电-光伏-光热协调调度策略。在“多能源端”通过外加电加热模块将盈余电功率转换成热功率储存在光热电站(Concentrating solar power,CSP)的蓄热系统(Thermal energy storage,TES)中,在可再生能源出力不足时,通过TES放热推动汽轮机组出力,从而减少功率波动性。在“负荷侧”将EV负荷划分为无序EV、单纯有序EV和V2G(Vehicle-to-grid)三种不同的EV负荷。最后利用Matlab进行仿真分析,仿真结果验证了所提调度策略在减少净负荷方差、增大可再生能源消纳、减小传统机组波动等方面的有效性。

基于多能源站协调的区域电力-热力系统站网联合规划

分布式能源系统具有高效、可靠、经济、环保等优势,可同时满足用户的冷、热、电需求。因其系统内部能量流耦合复杂,导致设计时能源站选址和管网规划困难。为解决这一问题,采用维诺图和综合能源负荷矩交替迭代的方法,确定能源站选址及所辖供能区域;考虑站内各类能源设备运行特点,基于“以电定热”(FEL)和“以热定电”(FTL)2种基本运行策略,开展站内能源系统设备容量优化研究,得到系统最佳运行模式;从多能源站协调的角度,建立区域电力-热力互联管线传输模型以解决站间能量调度管理的难题。对北京市某近零能耗社区的8种典型场景进行分析,年总成本降低334万元,经济效益提高3.9%,验证了本方案的有效性。

风-光-热-水互补发电优化调度策略

近年来,随着大规模的新能源发电机组并入电网,给电力系统调度带来了巨大的挑战。由风电、光伏、光热和水电4种能源可构成互补发电系统,在综合考虑互补系统的各个经济指标(售电效益、环境效益、运行维护成本、购电成本等)、功率波动以及电网安全运行的约束的条件下,建立了以互补系统并网效益最大和输出功率波动方差最小为目标的多目标优化模型。最后,利用改进多目标粒子群优化算法(MOPSO),通过IEEE30节点算例系统验证了所提方法的可行性和有效性。仿真结果表明,相对于风电、光伏、光热互补系统而言,水电站的参与可以提高11%的并网经济效益,减小82.2%的输出功率波动;采用改进MOPSO算法求解此多目标问题可以提高3.6%的经济效益,减小14 MW的功率波动。

风-光-天然气互补分布式能源系统性能分析

为了降低传统天然气分布式能源站的投资和运维成本,充分利用风、光等可再生能源,本文提出了一种由风、光、天然气以及储能设备组成新型分布式系统。为了分析系统性能,对系统进行了建模仿真,并进行实例分析,分析结果表明:新型系统的一次能源效率和效率分别为80.86%、47.31%,与传统天然气分布式系统相比具有较好的热力性能和环境效益。参数敏感性分析表明:对新系统性能影响较大的因素为热负荷,热负荷增加1t/h,系统的一次能源效率和效率分别提高0.17%和0.53%,其他参数影响较小。

风-煤互补分布式能源系统热力学特性分析

为提高能源利用效率,缓解化石能源短缺危机,以及解决散煤燃烧过程中带来的环境问题,提出了一种风-煤互补分布式能源系统,并以某化工园区为例,在热跟随运行模式下对该系统进行了热力学特性分析和参数敏感性分析。结果表明:该系统全年一次能源利用率为80.86%,?效率为47.31%,具有较好的热力学性能;系统的一次能源效率和?效率随着蒸汽需求量的增加、储能系统效率的升高而升高,随着蒸汽需求小时数的升高而降低;受风机切入、切出风速的影响,平均风速的变化也会影响分布式能源系统的热力学性能。

考虑电-热耦合特性的能源局域网分层控制策略

目前,热力网络和电力网络在能源局域网中的耦合联系加深,共同为用户提供冷、热、电等多种不同形式的能源,但相关的协调控制技术仍不成熟。综合考虑不同能源资源之间的优缺点和互补特性,提出了一种分层分布式的协同优化控制结构。该结构以电网为核心,和热网进行协同优化、互联互通,同时借鉴了信息数据互联的思想,将能源融合为网络,并配以相应的通信手段,实现多能源协调互补和深度融合。最后,通过PSCAD/EMTDC仿真平台对一个考虑电-热耦合特性的能源局域网进行建模仿真,验证了所提控制策略的有效性。

风-光-火-储多能互补基地电力外送及消纳方案研究

基于对某大型能源基地风光出力特性曲线的分析,以火电容量作为参考基准,适当考虑新能源出力保证率以及储能电源的作用,对不同配套火电容量下的送出曲线进行生产运行模拟分析,优化基地风、光、火、储电源容量设计与运行模式,实现可再生能源跨区消纳。结果表明,基地通道每年持续稳定向受端区域输送电量45TWh,其中外送新能源电量25.83TWh,绿电占比达到57.4%;基地含税综合电价为268.02元/MWh,在本地和受端电源中均有一定的竞争力;基地经济及环境效益明显,对于规模化风电、光伏发电建设具有示范效应。

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。

固定式电解水制氢-储氢-加氢系统安全防护

氢能具有可循环、可储存、零排放等特点,是全球能源低碳转型发展的重要载体,对实现碳中和目标具有重要意义。氢的体积能量密度低、运输成本高,采用制氢-储氢-加氢一体化的新思路可以节省氢气的运输成本从而提升经济效益,但系统复杂、相关安全防护尚不健全,可能导致系统运行故障,影响多能互补系统的安全与稳定。本文基于浙江某氢电耦合直流微网示范项目,分析了固定式电解水制氢-储氢-加氢一体化系统的潜在风险,提出了本质安全设计、过程监测与控制、报警、安全仪表功能及自动联锁、应急响应体系、完善标准规范六个方面的安全防护措施,为氢电耦合直流微网系统的优化设计及安全运行提供参考,最后结合质子交换膜电解水制氢技术的优势,展望了固定式电解水制氢-储氢-加氢一体化系统的发展前景。

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。

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。

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。