A review of Danish integrated multi-energy system flexibility options for high wind power penetration

The current status of wind power and the energy infrastructure in Denmark is reviewed in this paper.The reasons for why Denmark is a world leader in wind power are outlined.The Danish government is aiming to achieve 100%renewable energy generation by 2050.A major challenge is balancing load and generation.In addition,the current and future solutions of enhancing wind power penetration through optimal use of cross-energy sector flexibility,so-called indirect electric energy storage options,are investigated.A conclusion is drawn with a summary of experiences and lessons learned in Denmark related to wind power development.

On the operating speed and energy efficiency of GaN-based monolithic complementary logic circuits for integrated power conversion systems

Gallium nitride(GaN)-based power conversion systems exhibit striking competitiveness in realizing compact and high-efficiency power management modules.Recently emerging GaN-based p-channel field-effect transistors(FETs)and monolithic integration techniques enable the implementation of GaN-based complementary logic(CL)circuits and thereby offer an additional pathway to improving the system-level energy efficiency and functional-ity.In this article,holistic analyses are conducted to evaluate the potential benefits of introducing GaN CL circuits into the integrated power systems,based on the material limit of GaN and state-of-the-art experimental results.It is revealed that the propagation delay of a single-stage CL gate based on the commercial p-GaN gate power HEMT(high-electron-mobility transistor)platform could be as short as sub-nanosecond,which sufficiently satis-fies the requirement of power conversion systems typically with operating frequencies less than 10 MHz.With the currently adopted n-FET-based logic gates(e.g.,directly coupled FET logic)replaced by CL gates,the power consumption of peripheral logic circuits could be substantially suppressed by more than 10^(3) times,mainly due to the elimination of the pronounced static power loss.Consequently,the energy efficiency of the entire system could be substantially improved.

A multi-energy inertia-based power support strategy with gas network constraints

An integrated energy system with multiple types of energy can support power shortages caused by the uncertainty of renewable energy.With full consideration of gas network constraints,this paper proposes a multi-energy inertia-based power support strategy.The definition and modelling of gas inertia are given first to demonstrate its ability to mitigate power fluctuations.Since partial utilization of gas inertia can influence overall gas network parameters,the gas network is modelled with an analysis of network dynamic changes.A multi-energy inertia-based power support model and strategy are then proposed for fully using gas-thermal inertia resources in integrated energy systems.The influence of gas network constraints on strategy,economy and power outputs is analyzed.Special circumstances where the gas network can be simplified are introduced.This improves the response speed and application value.The feasibility and effectiveness of the proposed strategy are assessed using a real scenario.

A Reliability Assessment of an Integrated Energy System Based on Coupling Energy Flow and Thermal Inertia

With the wide application of integrated energy systems(IES),the degree of coupling between different types of energy sources is further strengthened,and the mechanism of fault development tends to be complicated.Therefore,in order to improve the accuracy and practicability of the reliability assessment of IESs,a sequential simulation reliability assessment method considering multi-energy flow and thermal inertia is proposed in this paper.In this method,the IES structure model is constructed with the combined cooling,heating and power(CCHP)unit as the core equipment,combining with the new energy source to realize the comprehensive energy power flow calculation considering any loss.Then,a load reduction optimization model is established,considering the importance of load and operational economy,in the system status analysis.Furthermore,the heat supply reliability index is corrected taking into account the transmission delay characteristics and terminal thermal inertia.A case study based on the 20-node and the analysis of the influence factors demonstrates the validity of the proposed method.

金沙江下游水风光储联合调度技术研究与展望

金沙江下游水风光资源禀赋,是中国未来重点建设的千万千瓦级清洁能源基地,相较于国内普遍研究的百万千瓦量级,金沙江下游清洁能源基地多能互补系统规模势必愈加庞大、结构愈加复杂、调度要求愈加精细化,因此资源高效利用面临大规模风光资源如何规划和接入、新能源间歇性时空发电规律如何描述、大规模多能互补系统长中短期运行如何协调等一系列新问题、新挑战。围绕金沙江下游水风光储系统实际规划和运行,阐明了水风光资源分布特性和多时空尺度互补性分析、清洁能源基地复杂系统多源信息监测感知、巨型电站群智能调度等现行的解决思路与方法。深入剖析了大规模风光电站、储能接入对流域梯级、电网的影响,在风光发电系统特性及描述、大规模风光储接入、水风光长中短期综合预报、水库群多维度精细化协同调度、多能互补系统多时空尺度调度运行方式等方面系统提炼了流域水风光储互补调度的技术难点与解决途径。建议从水库群多维度精细化协同调度、多耦合的流域水风光长中短期综合预报、水资源耦合系统动力学适应性调控建模、流域水风光抽蓄多能互补系统多时空尺度调度运行方式4个方面加强技术手段研究。研究成果可有力支撑金沙江下游数千万千瓦级清洁能源高效利用,助力国家“双碳”目标实现。

含风电制氢装置的综合能源系统优化运行

随着全球环境污染问题的加剧以及能源结构调整,氢能作为一种高度清洁的可再生能源成为世界各国研究热点,合理利用氢能是解决能源危机和环境问题的有效途径。考虑风电制氢装置在综合能源系统中的应用,研究了含电制氢装置的不同控制方式,提出了含电制氢装置的综合能源系统优化模型。通过多种能源之间的相互转化,同时满足电力、氢气以及热负荷需求。算例仿真结果验证了所提模型的有效性,分析了风电制氢装置对于降低系统运行成本、提高清洁能源消纳量的重要作用,对比了不同氢气负荷需求下系统的运行情况,仿真结果说明合理安排氢气负荷有利于进一步促进系统绿色、经济运行。

考虑需求侧资源的智能小区综合能源日前优化调度

针对化石能源过度消耗和环境污染问题日益严重的情况,将需求侧资源利用纳入考虑范畴,进行供能侧与用户侧相结合的智能小区综合能源日前优化调度研究。在供能侧,建立接入光伏发电和风力发电的冷热电联供系统,考虑多能互补方式并提出一种增大可再生能源就地消纳的控制策略;在用户侧,提出一种较为精细的负荷分类方法,充分考虑家用储能和电动汽车的充放电功能、用电设备频繁启停行为、电动汽车出行计划安排以及关联设备运行时间约束,并对运行时间具有不可控性的冷热负荷进行优化分析。通过引入供能单价,将供能侧和用户侧相结合进行日前优化调度。算例仿真结果表明,所提方法能有效降低双侧成本,减少环境污染和降低电负荷峰谷差。

综合能源系统多时间尺度优化调度模型研究

考虑到风光出力的随机性与各能源负荷的波动性对综合能源系统(integrated energy system,IES)的影响,构建出在基于多时间尺度下的IES能量优化调度模型。该模型以平抑系统功率波动为主要目标,建立起日前与日内两种时间尺度的优化调度模型,通过所建立的多时间尺度上层与下层约束条件确定系统的能量流动与功率平衡,同时根据运行方式完成在不同时间尺度下对IES系统的优化调度。仿真结果表明:多时间尺度下的优化调度有助于减轻IES的功率负担,降低外界不确定性对系统运行的干扰,提高系统稳定性。

火电与风光储耦合规划设计

结合我国煤资源丰富、火电输出稳定的优势以及清洁能源快速发展的趋势,建设多能互补的集成化能源基地是国家进行能源结构调整和能源体系建设的重要方式。陇东能源基地拥有丰富的煤炭、石油、风、光资源,具备建设风光火储一体化综合能源基地的条件。以当地能源资源和地理条件为基础,规划设计了千万千瓦级风光火储一体化能源系统,其中风电、光伏和清洁火电规划容量分别为450万、150万和400万kW。为增强电网友好性,综合能源基地配置了30 MW/15 MWh储能系统进行AGC调频和150 MW/300 MWh储能系统以平抑光伏发电的波动性。为进一步分析综合能源基地规划的合理性,对发电系统进行了生产模拟。结果表明,火电调峰方案可以满足较高可靠性、较低主网依赖性以及高比例新能源占比的目标,配置储能调峰方案可以进一步提高直流可用率,增加了新能源综合利用率。因此,本基地设计实现了多能互补、统一调度、电源侧灵活调节以及源网荷统筹协调发展。

德国城市能源系统碳中和发展综述:现状、挑战及创新

德国的能源转型与碳中和发展,从系统规划,到技术和商业模式创新,再到市场化推广和安全有效的系统化运行,具有技术扎实、转化率高、多方共赢和可持续模式的特点。文中从实际验证和可持续模式构建及推广角度出发,针对政策环境、创新技术应用和新型市场商业模式3个维度,对德国城市能源体系中的电力系统、供热系统、建筑能源、交通能源等主要组成领域的发展过程及现状和主要挑战进行深入分析,并总结了各领域关键技术和商业模式创新及落地实践。在此基础上,评估了德国碳中和战略中政策、技术和市场模式有效的匹配和互动,从而实现安全、高效可复制、可持续的多方共赢模式。

电-热综合能源市场下的光热发电商运营优化与决策分析

针对当前太阳能利用效率较低和中国光热发电市场化交易程度较低,对光热发电商(CSPS)参与电-热综合能源市场的交易进行了研究。构建了含CSPS等多主体参与的电-热综合能源市场双层模型,其中上层为各主体的决策模型,下层为市场运营机构的统一出清模型,并采用非线性互补算法对该KKT条件模型进行求解。以中国某实际光热电站为例,在多类典型场景下,研究了市场类型、网络阻塞、光照变化等外部因素,以及储热容量这一内部因素对市场均衡及光热收益的影响,并给出了市场利润最大化条件下的最佳储热容量配置策略。结果表明:CSPS同时参与电力、热力市场时,相较于只参与电力市场,可以显著增加其利润,规避阻塞风险,提高太阳能利用效率,并且可以稳定市场价格,缓解电网阻塞,改善社会福利;在相同装机容量下,光热较传统光伏发电,市场竞争能力得到显著提升。

风光波动性电源电解水制氢技术综述

为实现国家碳中和、碳达峰的能源战略目标,利用光伏/风电等绿色能源制氢是一条重要技术途径,但光伏/风电等绿色能源的强波动性会严重影响电解水制氢系统的动态适应性和运行可靠性。介绍了风力、光伏及风光互补等波动性电源制氢技术的特点,对比分析了电解水制氢技术的原理及经济性。针对波动性电源电解水制氢面临的发展困境,提出了高效稳定的风光波动性电源电解水制氢的技术路线预想,聚焦系统优化配置、运行过程稳定控制和高效延寿控制3个核心技术,以延寿控制管理为最终目标,有力保障风光波动性电源电解水制氢系统安全、稳定、经济运行,以期为风-光-氢产业链的良性发展提供思路。

Coordinative Optimization of Hydro-photovoltaic-wind-battery Complementary Power Stations

The depletion of fossil energy and the deterioration of the ecological environment have severely restricted the development of the power industry.Therefore,it is extremely urgent to transform energy production methods and vigorously develop renewable energy sources.It is therefore important to ensure the stability and operation of a large multi-energy complementary system,and provide theoretical support for the world’s largest single complementary demonstration project with hydro-wind-PV power-battery storage in Qinghai Province.Considering all the multiple power supply constraints,an optimization scheduling model is established with the objective of minimizing the volatility of output power.As particle swarm optimization(PSO)has a problem of premature convergence and slow convergence in the latter half,combined with niche technology in evolution,a niche particle swarm optimization(NPSO)is proposed to determine the optimal solution of the model.Finally,the multiple stations’coordinated operation is analyzed taking the example of 10 million kilowatt complementary power stations with hydropower,wind power,PV power,and battery storage in the Yellow River Company Hainan prefecture.The case verifies the rationality and feasibility of the model.It shows that complementary operations can improve the utilization rate of renewable energy and reduce the impact of wind and PV power’s volatility on the power grid.

ISCC发电系统研究进展

太阳能热互补联合循环(ISCC)发电系统可以有效利用太阳能热量,提升太阳能光电效率并减少原联合循环系统的燃料消耗,近年来备受关注。对4种典型的ISCC系统集成模式研究进展进行了总结与分析,探讨了系统经济性能并介绍了ISCC系统的性能评价指标。针对太阳能的间歇性及我国发电系统的调峰特性,分析了集成系统的变工况特性,最后系统总结了国内外的工程示范项目。研究成果可对未来ISCC系统的设计和运行优化提供参考。

我国海上风电发展面临的挑战和相关建议

海上风电具有风资源稳定、不占用土地、消纳条件好、技术先进、稳定性好、发电利用小时数高等优势,大力发展海上风电,对我国调整能源结构、推动能源转型、实现“双碳”目标具有重要意义。截至2021年底,全球海上风电新增并网装机21.1GW,累计装机达57.2GW,其中中国新增装机占全球新增装机的80.02%,累计装机占全球总装机的48%,超过英国跃居世界第一位。在全球“碳中和”目标的推动以及我国相关产业政策的引导下,“十四五”期间我国海上风电规划总装机量超过100GW。未来海上风电的发展将趋于大型化、深远海化、基地化、规模化以及一体化综合应用。针对当前我国海上风电发展面临的项目投资经济性较差、可靠性和安全性较低、关键核心技术尚未突破、体制机制不健全等问题,建议应坚持“立足国情、科学发展、科技创新、政策支持、务求实效”的方针,努力提升系统安全性和可靠性,加大科技创新力度,健全相关政策和体制机制,聚焦“多能互补”,推动海洋经济一体化融合。

黄河干流水风光一体化能源综合开发研究

以黄河上中游干流已建、在建、规划的水电站及其周围的风光资源为对象,以水风光电出力特性及互补特性为基础,以风光电接入不增加水电站弃水并按照经济较优控制弃风、弃光率等为原则,开展黄河干流水风光一体化能源配置运行研究,结合互补运行特性、充分利用水电的调节能力、提高输电通道利用效率、统筹本地和外送消纳,在技术可行、经济合理的基础上构建了黄河干流水风光能源配置模型和经济分析模型,通过模型分析计算,提出经济合理的水风光电装机规模配比方案,及黄河干流2025年、2035年水风光一体化发展目标和布局。

基于混合潮流算法的多能源互补调度仿真研究

充分考虑综合能源系统受外部能源供应条件以及能源设备的影响,为了降低多能源耦合潮流计算复杂度,提升工程应用的可操作性,提出基于混合潮流算法的多能源互补调度仿真。依据经济指标、安全可靠性指标以及清洁性指标建立多能源互补调度优化模型,设定能量转换枢纽单元输出容量约束、能量转换枢纽单元多能流耦合约束、供能平衡约束、设备运行约束四项约束条件,利用多目标最优混合潮流计算平台基于非劣排序遗传算法求解多能源互补调度优化模型,利用所输出最优解实现混合潮流算法的多能源互补调度。仿真分析结果表明,该方法可实现综合能源系统的多能源互补调度,经济性以及静态安全性提升幅度明显。

浅谈水风光一体化在金沙江流域的典型应用

为实现“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取到2060年前实现碳中和”的目标,非化石能源消费在终端能源消费的占比中需不断提升。金沙江流域风光水资源丰富,具备一定的出力互补特征,依托存量及增量的大中型水电站的调节能力和送出通道,具备“风光水一体化”开发应用的基础和优势。结合金沙江流域的水风光特性和现状分析,对风光水多能互补的优势和应用的关键问题进行了探讨。

太阳能辅助燃煤互补发电集成方式研究

目前太阳能辅助燃煤互补发电技术已经得到了一定发展,但该技术较为复杂,实际发电效果受多种因素影响,特别是太阳能集热器集成方式将对整个系统产生较大的影响.首先就现在已有的3种集成方式(锅炉并联、回热器并联、锅炉+回热器并联)进行分析简化,建立了理想热力学模型并分析了各种方式的热效率、汽耗率,之后参考N330型燃煤机组的相关参数并结合建立的理想模型进行了举例计算.最后得到了3种集成方式热效率、汽耗率与太阳能集热器强度的关系,由此分析出3种集成方式的特点,给出了建设电厂、选择集成方式时的一些参考建议以及该技术未来发展的方向展望.

基于泛在电力物联网的多能互补综合能源服务平台建设及应用

针对江苏省无锡市红豆工业园能源利用效率低与管理模式粗放的问题,国网江苏省电力有限公司无锡供电分公司通过拓展综合能源服务市场,从构建园区泛在电力物联网、实现园区多能互补与管理一体化、建立园区市场化交易机制3个方面,在工业园搭建了基于泛在电力物联网的多能互补综合能源服务平台,实现了区域能源科学调度和协同运行,提升了客户能源管理的精细化水平,降低了企业用能成本。