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.

基于改进Shapley值法的风-光-水-储多主体互补发电系统合作增益分配策略

为了充分发挥系统中可调节资源的自身优势,利用变速抽水蓄能机组配合小水电机组进行常规调节,并考虑变速抽水蓄能机组的快速响应特性,提出了兼顾系统小时级以及秒级安全性的风-光-水-储多主体互补发电系统的联合优化调度模型。为了降低合作博弈高效性算法线性增长的计算复杂度,基于改进Shapely值法提出了一种大规模利益主体的合作增量效益(增益)分配策略。通过资源聚合,对高维度问题进行降维处理,利用Shapley值法进行初始分配;构建合作增益贡献指标,采用非对称纳什谈判理论对同类型的不同主体进行细化分配。以某流域风-光-水-储10主体互补发电系统为仿真算例,结果表明:抽水蓄能机组与小水电机组互补运行可以提升系统的灵活性和安全性;基于改进Shapley值法的合作增益分配策略具有计算高效性以及应用可行性。

龙羊峡地区水-风-光出力互补特性研究

准确掌握流域水-风-光多能源互补规律对于指导清洁能源规划布局、开展多能互补调度以提升能源利用效率具有重要意义。运用数理统计方法,计算得出了龙羊峡地区典型年的水-风-光出力逐日标准化数据的多个统计量,据此分析了水-风-光出力在长期时间尺度下的互补特性。建立了基于Spearman秩相关系数的水-风-光三能源出力互补性评价指标,根据龙羊峡地区典型年的水-风-光出力逐日标准化数据,在长期时间尺度上对龙羊峡地区的水-风-光出力互补特性进行了重新定量评价,并与数理统计方法的结果进行对比印证。此外,提出了基于K-means聚类算法的典型日出力特征辨识模型,分析了不同时间尺度划分对水-风-光出力互补规律评价的影响。结果表明:①龙羊峡地区的水-风-光出力在长期时间尺度上的互补特性较强,春冬季节水电出力较小,风光出力较大,而夏秋季节则呈现出相反的变化特征;②基于Spearman秩相关系数的水-风-光三能源出力互补性评价结果为“较互补”,与数理统计方法结果一致;③不同时间尺度划分对水-风-光互补特性评价影响显著,随着时间尺度的增加,水-风-光出力互补规律呈增强的趋势,具体体现为:季节互补特性强于月间互补特性,月间互补特性强于日间互补特性。

考虑输电功率平稳性的水-风-光-储多能互补日前鲁棒优化调度

大规模水-风-光-储互补互济、打捆外送是促进新能源消纳的重要方式。如何应对风、光出力预测不确定性所诱发的运行风险,并满足特高压直流输电功率的平稳性,是当前多能互补调度研究的难点。为此,提出一种考虑输电功率平稳性的水-风-光-储互补日前鲁棒调度方法。首先,考虑风、光出力预测的不确定性,建立水-风-光-储互补多目标鲁棒优化调度模型。然后,研制双层嵌套优化框架对模型进行求解,其中,外层采用基于二维编码策略的智能算法优化系统输电功率;内层在给定输电功率下,通过判别系数和相对蓄水率联合确定梯级水电站间负荷分配策略与储能电站荷电状态。最后,以黄河上游清洁能源基地“青—豫”直流输电工程为例进行研究。结果表明,制订的发电计划能够满足输电功率的平稳性需求,互补运行后系统调峰性能提升13.3%~46%;相比于确定性优化调度,所提出的方法能够充分发挥梯级水电站和储能电站的灵活性,有效降低系统的弃电和失负荷风险。

双碳背景下“煤-水-热”正效协同共采理论与技术构想

双碳目标下,煤炭企业绿色低碳化发展已成为我国能源革命的迫切需求。煤炭生产在大力发展节能提效技术的基础上,消除水害与热害隐患的负面影响,主动激励伴生资源的潜在正面效应发挥能源替代功能是实现矿山可持续性绿色开采的有效举措。基于我国煤矿资源特点,首先提出了一种集约型煤水热多资源正效协同开采模式,剖析了该模式的内涵与基本协同模式,对全生命周期煤炭开采伴生资源控制-利用-储存形成矿区资源产供储一体产业链。通过阐述顶板水高效精准疏放、季节性含水层储能、低焓热能高效提取与梯级利用、深部地热原位开采和矿井水深部地质封存等关键技术及科学问题,提出了以煤炭开采低碳零碳融合为核心的全生命周期煤水热共采技术体系。针对系统运行优化管理,考虑以碳排放与经济性为双重目标配置优化开采工艺与运行策略的协同度。最后以陕西榆林小纪汗煤矿为分析案例,初步基于遗传算法构建煤水热共采模式下矿区资源多目标配置优化模型,评估了系统运行节能减排效益,结果表明:利用小纪汗矿伴生风/水资源年节能率可达50.2%,减少矿区生产用能总二氧化碳排放量24.2%,节能减排效果显著。通过实现矿业负效应资源的正向转换,拓展伴生资源对矿区综合能源体系的增环补链作用以实现煤水热正效协同共采,对煤炭行业助力实现双碳目标具有参考意义。

基于AHP-EWM综合赋权和TOPSIS法的多能互补系统综合评价

多能互补系统的运行策略直接影响系统的经济性、环保性和能源利用效率。针对多能互补系统的最优运行策略选取问题,首先基于层次分析法以及熵权法结合的综合赋权法确定指标权重,并引入理想逼近排序法实现运行方式的优劣排序;其次分析了以热定电、以电定热以及遵循运营成本策略下的运行方式;最后通过优化一个电气耦合的多能互补系统确定出6个典型日的最佳运行方式并得出全年混合运行策略。结果表明:供热季遵循以电定热策略较优,供冷季以及过渡季遵循运营成本策略较优。从基于此结果的全年运行周期分析可知:混合运行策略比单一运行策略具有更好的综合性能。

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。

“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。

基于二部图理论的区域综合能源系统站-网规划

针对现有区域综合能源系统站-网规划研究中未充分考虑规划方案的合理性和供电可靠性的问题,提出了一种基于二部图理论的区域综合能源系统站-网规划方法。首先,根据二部图理论建立了能源站选址定容-管网布局联合规划模型,在满足能源站容量上下限约束以及重要电负荷供电可靠性的基础上,实现能源站和管网布局总投资最小;其次,考虑能源站内设备间多能互补特性,建立了设备容量配置规划模型;最后,通过CPLEX求解器与粒子群算法相结合的方式对规划模型进行求解,并以典型电-热-气区域综合能源系统为例,验证了所提模型的合理性。

太阳能光热光电技术在高校宿舍的对比研究

针对夏热冬冷地区某高校宿舍用能特征,基于太阳能的两种利用方式分别设计了太阳能光热供能系统和太阳能光电供能系统。利用TRNSYS仿真软件模拟两种供能系统的运行特性,对比了两种系统的组件性能、经济性及减排量。结果表明:除假期时间外,太阳能集热单元的集热效率保持在40%左右,年太阳能保证率可达58%;并网光伏发电单元全年发电量为311 394 kW·h,发电量自用率达到70.5%。太阳能光电供能系统的年能耗费用较光热供能系统节省11万元,费用年值减少4.9万元,年碳排放量降低166 t。对光伏安装面积进行优化后可知,光伏安装面积每增加52 m^(2),光伏供能系统费用年值减少2111元。研究结果可为高校宿舍建筑选择适宜的太阳能利用形式提供参考和依据。

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。

市电、光伏互补相变蓄能电供暖系统柔性负荷调节能力分析

随着我国可再生能源的跨越式发展,新能源电力消纳问题日益突出。文章构建了市电与光伏互补型相变蓄能电供暖系统,搭建了该系统动态热性能的数学模型,设计了系统的热电负荷柔性调节控制策略。针对北京市某低碳建筑进行情景分析,模拟研究了该系统的光伏消纳能力和柔性负荷转移能力。结果表明:在室内温度维持在18℃的情况下,采用屋顶光伏的系统能够降低案例建筑93.9%的峰电消耗量及23.9%的一次能源消耗量;与无光伏系统相比,使用不同安装形式及面积的系统,峰电消耗量能够降低75.1%~97.4%,且蓄电容量的提升对系统的柔性负荷转移能力提升有着显著作用,当蓄电池容量大于15 kW·h时,提升效果逐渐减小。

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。

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。

NB/T 11554—2024要点解读及水风光储多能互补标准化工作回顾

本文追溯了“十三五”时期关于多能互补综合能源的开发模式、工程示范以及针对电源端多能互补系统的分类和指导意见,根据“十四五”时期关于两大水风光综合基地的规划,全国主要流域可再生能源一体化规划工作的初步成果,以及对于试点流域规划实施启动、产业链配套工程提速等工作回顾,梳理了水风光储可再生能源综合开发工作历程及标准化工作需要解决的问题及必要性。在分析多能互补一体化标准现状及水风光储标准立项需求的基础上,对最新发布的《水风光储可再生能源综合开发项目技术规范》进行规划、设计、运行和管理全生命周期各阶段要点解析,提出了该规范对于水风光储标准化工作的开创性和指导性。

面向新型电力系统的电能计量技术

简述了新型电力系统呈现的新特性,分析了电能准确计量面临的突出问题。针对新型电力系统中对电能计量的新需求,提出了电能计量技术的创新发展方向,给出了一种多源互补场景的电能计量应用架构。

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。

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。

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。