Prospects for key technologies of new-type urban integrated energy system

In recent years,primary energy consumption in China’s urban areas has increased rapidly,facing the problems of extensive use of energy,high energy consumption and insufficient intensified use of energy resources.Improving multienergy supply,increasing the proportion of clean energy and integrated energy efficiency are the main goals of urban development.The integrated energy system with multi-functional synergy and open trading will become one of the new directions for the development of new urban energy systems.This paper summarizes the main problems faced by the current towns and the characteristics of the new urban energy system,analyzes the development of new urban energy system from three aspects including energy interconnection hub infrastructure construction,energy management platform construction and energy value sharing,and forecasts the future development direction of new urban energy systems.

计及能量互济的多区域综合能源系统多目标双层优化

多区域综合能源系统(integrated energy system,IES)的能量供需关系复杂,增加了系统规划及运行调度的难度。为此,提出了计及区域能量互济的多目标双层优化策略。其中,规划层选取年化总成本、㶲效率及年碳排放量作为优化子目标,并对子目标赋予权重因子,建立多目标优化模型;调度层以日运行成本最低为目标函数,并计及区域能量互济的作用。分别采用线性权重递减的粒子群优化算法和整数线性规划方法求解规划及调度问题,实现了二者的协同优化。算例分析表明:双层优化策略将IES的运行特性纳入规划过程,提高了规划方案的可行性;应合理配置多目标优化的权重因子,以实现多目标的合理折中;区域能量互济能够优化IES的运行方式,提高综合效益。

计及多时段尺度与地域分层的多能互补系统经济调度

在考虑电热能源互联基础上,提出了计及多时段尺度与地域分层的电热多能互补系统经济调度策略,该策略从单时段和多时段角度出发,综合考虑局域级和区域级的能量平衡关系,以实现电热多能互补系统经济调度为目标。首先,在采集局域级各类能源资源数据与信息的基础上建立母线式电、热能平衡模型;然后,提出区域级能量平衡公共母线式模型,并采用小容量机组等效思想来等效聚合同类型机组;其次,建立典型局域级电热互联能源系统模型;最后,对电热多能互补系统经济调度求解,并输出经济调度结果信息。对电热多能互补系统的经济调度的有效性与合理性通过仿真算例已经得到验证,为区域级电热多能互补系统多能互补利用、资源协调配合、经济高效运行及分析提供参考与理论指导。

考虑互联协同的分布式能源站低碳多目标选址规划研究

“双碳”目标和能源转型的大背景下,区域综合能源系统内部耦合关系不断丰富,对于碳排放的管理不断严格,考虑互联协同的分布式能源站低碳规划问题亟待解决。为此,首先讨论了互联协同分布式能源站空间性能参数矩阵;然后计及负荷-能源站的管线建设以及环境成本、能源站-能源站的互联管线长度、各个分布式能源站规划容量等关键因素,提出了一种考虑互联协同的分布式能源站低碳多目标选址规划模型;最后,讨论了负荷不确定性对分布式能源站选址规划的影响,并且基于基准负荷确定性场景,在某城市实际算例中验证并讨论了考虑低碳需求前后各个分布式能源站的选址结果对比。

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。

参与多元耦合市场的电-气综合能源系统低碳经济调度

为进一步提升综合能源系统(IES)绿电消纳水平,减少CO_(2)排放量及降低系统运行成本,提出一种计及绿证交易与碳交易交互机制下的IES低碳经济调度模型及其求解方法。首先,对传统阶梯式碳交易机制进行改进,并根据绿色证书碳减排原理,提出一种绿证-碳交易交互机制,即通过冗余绿色证书联动碳交易与绿证交易的耦合市场机制;然后,以系统总成本最小为目标,结合低碳技术,构建绿证-碳交易交互机制下计及碳捕集、利用与封存(CCUS)技术的电-气互联综合能源系统优化调度模型;最后,以IEEE39节点电网、比利时20节点气网构成的电-气互联综合能源系统为例进行仿真研究,结果表明所提方法在提高风电消纳的同时,可显著减少CO_(2)排放。

多区互联综合能源系统分散协调低碳经济调度

为研究多区域综合能源系统互联对碳排放量的影响,首先构建了通过柔性直流互联的相临区域综合能源系统分解策略,然后计及电转气(power to gas,P2G)过程中的碳消耗,并引入阶梯式碳交易机制,基于目标级联法建立了以燃料成本、碳交易成本、联络线费用、弃风惩罚之和最小为目标函数的多区互联综合能源系统分散协调调度模型,最后通过算例仿真分析了区域互联、碳交易参数、区域特性、P2G容量对系统碳排放量的影响。研究表明,多区域互联有利于提高能源利用率、降低碳排放量,合理选择碳交易参数、配置电转气设备以及选择与热电机组占比较低、负荷特性相差较大的区域互联能够更加有效地控制系统碳排放量,促进系统的风电消纳。

计及用户需求响应的区域电网多主体优化运行策略

为提高百色区域电网运营效益和降低能耗用户的用电成本,促进可再生能源的消纳,提出一种计及能耗用户需求响应的区域电网双层优化调度策略。首先,分别以区域电网运营效益最大和能耗用户总用电成本最低为上下层优化目标,并通过上下层的迭代求得运营商最大收益和能耗用户最低用电成本;然后,基于合作博弈理论,采用核仁效益分摊法分配区域电网运营商收益;最后利用区域电网典型运行数据作为算例验证所提优化模型和效益分摊方法的有效性。

我国陆路交通能源系统发展战略研究

以能源高质量发展、交通强国建设为契机,推动能源与交通融合,将提升能源、交通两大基础行业的低碳化、高效化、集约化发展水平,支持实现我国碳达峰、碳中和战略目标。本文梳理了陆路交通能源系统的发展现状与趋势,阐述了能源与交通融合的必然性,提出了由动力层、物理层、应用层组成的新型交通能源系统架构;从能源主导、交通主导、能源交通并重等视角,分别剖析了互联电力网、电动化交通、能源交通融合网3种新型交通能源系统形态。在评估高速公路、高速铁路等典型线路上交通能源系统可利用的自然资源禀赋潜力的基础上,提出了3层结构、3类形态、3种驱动力相结合的陆路交通能源系统发展策略,以引导形成清洁低碳、融合高效的新型综合交通基础设施体系。研究认为,陆路交通能源系统的创新方向主要包括成套核心装备研制、融合系统构建与运维、技术规范与标准体系建设。为此建议,推进以清洁能源为主导、以电能为媒介的现代交通能源系统,创建清洁能源发电‒零碳原料燃料‒电动化驱动的新型交通动力系统,实施集能源、交通属性于一身的交通能源一体化新型基础设施规划建设。

能源互联网的网络化能源集成探讨

随着能源互联网概念的兴起,不同领域对其内涵具有不同的解读。文中将能源互联网的技术实质归纳为一种网络化能源集成技术,将智能电网定位为能源互联网的核心中枢,提出了能源互联网的三层双向网络架构,并将信息物理系统(cyber physical system)概念扩展为cyber,physical and socioeconomic(CPS)系统。将网络化能源集成的关键技术归纳为统一对等的节点模型、能源集成接口体系、网络化集成条件下的运行与控制,以及基于广义大能源网的能量全生命周期管理。

辐射型电-热互联综合能源系统快速潮流计算方法

考虑到一定长度范围的管道内,热源供热温度、热负荷回水温度变化很小,基于供热温度和热负荷回水温度不变的合理假设,通过推导,将热源与热负荷之间的多根管道抽象成一根,等效成热源直接向热负荷供热,建立起热源与热负荷管道流量的一元函数关系。该文对长距离管道和短距离管道分别构建2种模型,该模型将供水网络与回水网络解耦,将流量与温度解耦。确定热源出力后,可通过热电联产机组确定电出力,进而得到电网潮流解。模型简单,计算量小,且不存在收敛性问题,误差分析表明该模型求解精度较高。算例测试验证了所提模型的有效性与合理性。

考虑多区域互联协同的分布式能源站设备配置及站间管线规划

通过互联管线在多区域能源站间建立能源通路,可以实现不同区域间能源的互联协同与互补互济,提升系统整体的经济与环境效益。因此,首先在单一分布式能源站(distributed energy station,DES)模型的基础上,建立了考虑能量损耗的互联电力线路模型以及基于热能流的互联热力管道模型,并拓展了考虑互联协同的DES综合模型;其次,研究了一种基于改进P-中位模型的DES选址方法,得到了DES互联管线长度以及沿道路建设的最优路径;最后,基于混合整数线性规划建立了一种考虑多区域互联协同的DES设备配置及管线选型规划方法,实现了DES集成各类设备配置、DES间互联管线的选型规划与多区域系统整体运行优化,并通过算例验证了所提方法的合理性与可行性。

考虑区域多能源系统集群协同优化的联合需求侧响应模型

风电、光伏发电等波动电源接入比例不断提高,使得区域多能源系统中能量转化和协调能力减弱。基于此,该文提出一种多个区域级多能源系统互联后多目标协同优化的联合需求侧响应模型及响应策略求解算法。首先提出联合需求侧响应概念及模型,并在此基础上研究多区域电气热(冷)互联系统中的多种能源形式间的能量转化模型;以多个区域多能源系统运行总成本最小、碳排放最小为目标,建立多区域电气热(冷)互联系统多目标优化模型;然后,研究多区域电气热(冷)互联系统多目标运行优化调度策略,建立基于NSGA-Ⅱ算法的多区域能源互联系统协同优化算法。最后,基于东北3个地区电热气多能源系统,建立联合需求侧响应及其优化运行仿真模型。仿真结果表明,提出的联合需求侧响应模及其优化运行策略,能够有效提高多个区域能源系统间的能量协调能力,增强多能源互联系统总体需求侧响应能力,并降低需求侧响应成本。

基于合作博弈的多区域综合能源系统优化调度

为了提高能源利用效率,近年来综合能源系统(IES)受到越来越多的关注。在多区域IES互联体系下,从概率论角度提出了综合能源互联系统利益分配机制。首先构建了多区域IES在合作博弈下的联盟总日运行费用模型,模型中计及了不同区域IES间可通过微电网和微热网实现电能和热能的交互;其次,从概率论角度分析了联盟形成的条件概率并构建了个体IES边际贡献模型,进而提出了IES合作博弈分配机制;最后,基于案例分析对所提机制的有效性进行验证。仿真结果表明,所提利益分配机制可保证能源互联系统中各IES均能够获益,保证了联盟利益分配的合理性和公正性。

区域综合能源系统规划关键问题研究综述

能源转型战略目标的提出促进了社会供能系统向清洁化、高效化、经济化发展,因此需要通过研究区域综合能源系统(DIES)实现系统优化调度的整体突破与提升。首先分析以打破地域约束、能源与行业壁垒为规划目标,具有多能流耦合、多区域互联与多系统融合特征的DIES典型规划方案;接着分源、网、储3类概括DIES包含的设备及管道的数学模型。结合以上分析,考虑互联互动机制下的DIES多目标、多随机因素的特征,围绕能源站,能源网络及站网协调,对基本规划模型在优化建模与求解方法上的关键问题进行分析与总结,并根据不同的评价指标分别论述DIES优化效益,最后基于目前研究存在的不足对未来的研究方向进行展望。

智慧医院智能化系统设计

结合某知名大型三甲综合医院项目的智能化系统设计,提出智慧医院智能化系统的技术解决方案,阐述智慧医院智能化系统方案的总体架构、建设目标、设计宗旨、典型应用及各智能化子系统的设计方案。

考虑互联互动的区域综合能源系统规划研究综述

以互联互动为特征的区域综合能源系统(district-level integrated energy system,DIES)对建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系至关重要。首先,从互联和互动两个维度,分别分析多能流耦合、多系统融合、多区域联合的互联形态和多环节、多主体、多时间尺度的互动机制对DIES的影响;然后,梳理DIES能源站和能源网络建模方法,抽象出能量转换与流动的本质特征;在此基础上,建立考虑互联互动的DIES规划基础模型,对比分析不同场景下能源站规划、能源网络规划和站网联合规划的目标函数与约束条件、不确定性因素处理方式和模型求解方法;最后,对考虑互联互动的DIES规划未来可能的发展方向进行展望。

电力-天然气综合能源系统建模与仿真

随着微型燃气轮机发电技术和电转气技术的发展,电力系统与天然气系统之间的耦合不断加深。为了分析电力系统和天然气系统在动态运行过程中的相互影响,针对一个电-气互联的终端能源系统进行建模和仿真研究。建立了包含微电网、天然气供应网络、以微型燃气轮机发电系统和电转气系统为核心的电/气耦合环节的数学模型;在MATLAB/Simulink仿真平台上搭建了系统的仿真模型,研究了微电网动态过程对天然气供应网络的影响。算例仿真结果表明,所搭建的系统模型可以有效反映微型燃气轮机发电系统和电转气系统参与微电网动态过程调节时天然气管道内气体状态的动态变化过程。

基于区域互联的能源零售市场双边竞价出清策略

随着综合能源系统与多能源市场的发展,通过市场交易实现能源优化分配已成为研究热点。当前区域间能源互联成为趋势,多区域的能源传输与交易得以实现。以分布式能源站及多能用户为市场参与主体进行研究,首先研究互联分布式能源站的运行原理与连接方式,并建立机理模型,引入用户竞价策略,构建互联区域能源零售市场框架。其次,对比独立或互联区域内双边竞价市场交易机制差异,提出以各区域总社会剩余最大化为目标的互联区域能源零售市场出清策略。最后,以某区域综合能源系统为例对冬季典型日的市场出清与区域间能源传输结果进行量化分析,验证了所提方法可在各个市场出清时刻实现多区域资源优化分配,提升区域总社会剩余。

煤矿智能无轨辅助运输技术现状与展望

电动化、智能化、网联化将是煤矿无轨辅助运输未来的3大技术变革,利用信息、通信、控制技术将车辆、路况、人员、物资紧密结合,最终实现智能互联,已是大势所趋。为解决目前煤矿无轨辅助运输行业安全隐患高、污染严重、资源利用率低等突出问题,同时提高煤矿运输效率和智能化程度,提出了矿用智能互联新能源无轨辅助运输综合系统。针对所提出的智能互联综合系统,首先阐述了目前国内外技术现状和国家相关产业政策,分析了全球煤炭市场未来的供需关系,无轨辅助运输车辆的市场规模和以绿色环保为主要元素的无轨辅助车辆带来的经济效益。基于新能源车辆新架构搭建智能化系统,在供电、数字信号获取等方面更加占优,避免了燃油车模数转换等问题,同时以新能源车辆为载体通过5G通信平台,以高度集成的智能调度、管理系统为基础,稳步提高我国煤矿辅助运输系统总体水平,改善目前信息化、智能化及自动化水平低的现状,大幅提升煤矿企业的现代化管理水平。然后在保障煤矿安全前提下以提高生产效率为宗旨提炼出实现系统所需的5大关键技术,旨在提高煤矿车辆的智能感知能力并最终实现无人驾驶。最后揭示了由于井下复杂环境与技术瓶颈系统所面临的问题,并对无轨辅助运输系统的未来前景进行展望,最终形成煤矿井下智能无轨辅助运输管控一体化解决方案。