Simulation of District Cooling Plant and Efficient Energy Air Cooled Condensers (Part I)

In hot arid countries with severe weather, the summer air conditioning systems consume much electrical power at peak period. Shifting the loads peak to off-peak period with thermal storage is recommended. Model A of residential buildings and Model B of schools and hospitals were used to estimate the daily cooling load profile in Makkah, Saudi Arabia at latitude of 21.42°N and longitude of 39.83°E. Model A was constructed from common materials, but Model B as Model A with 5 - 8 cm thermal insulation and double layers glass windows. The average data of Makkah weather through 2010, 2011 and 2012 were used to calculate the cooling load profile and performance of air conditioning systems. The maximum cooling load was calculated at 15:00 o’clock for a main floor building to a 40-floor of residential building and to 5 floors of schools. A district cooling plant of 180,000 Refrigeration Ton was suggested to serve the Gabal Al Sharashf area in the central zone of Makkah. A thermal storage system to store the excess cooling capacity was used. Air cooled condensers were used in the analysis of chiller refrigeration cycle. The operating cost was mainly a function of electrical energy consumption. Fixed electricity tariff was 0.04 $/kWh for electromechanical counter, and 0.027, 0.04, 0.069 $/kWh for shifting loads peak for the smart digital counter. The results showed that the daily savings in consumed power are 8.27% in spring, 6.86% in summer, 8.81% in autumn, and 14.55% in winter. Also, the daily savings in electricity bills are 12.26% in spring, 16.66% in summer, 12.84% in autumn, and 14.55% in winter. The obtained maximum saving in consumed power is 14.5% and the daily saving in electricity bills is 43% in summer when the loads peak is completely shifted to off-peak period.

光伏微网储能系统用电峰谷差自适应控制技术

光伏微网储能系统(PMESS)用电峰谷差的增大会导致电网负荷波动增大,影响电网的稳定性。为了有效降低电网的峰谷差,提出一种光伏微网储能系统用电峰谷差自适应控制技术。通过估计光伏微网发电系统的负荷,计算光伏微网储能系统的充电功率和电量,并根据该计算结果计算光伏微网储能系统的额定容量。设置用电峰谷差自适应控制约束条件,并结合二轮迭代的方式实现光伏微网储能系统用电峰谷差自适应控制。实验结果表明,所提技术可以准确估计光伏微网发电系统负荷,并将用电峰谷差控制在200 kW左右,同时,可以有效提升光伏微网储能系统的有功功率,具有良好的实际应用效果。

考虑源网荷效益的峰谷电价与峰谷时段双层优化模型

用户响应行为测算需求解峰谷时段与峰谷电价之间的双线性项,目前仅考虑负荷曲线的数值大小对峰谷时段进行单独划分,分时电价实行效果受限。提出峰谷时段与峰谷电价的双层优化模型,考虑风电不确定性下的规划成本与发电成本,反映分时电价的实际经济效用;考虑用户响应的不确定性,保证分时电价实行后的源网荷效益在一定范围内变化;峰谷时段划分与峰谷电价设计均以系统成本最低为目标优化得到,充分考虑峰谷时段划分、峰谷电价设计和用户响应行为之间的交互机理。仿真结果表明,与单独划分峰谷时段的模型相比,所提模型能够制定更优、科学性更强的峰谷时段和峰谷电价,进一步降低系统总成本。

深度调峰背景下火电机组热电解耦技术路径对比分析

新能源发电在出力和发电负荷上具有波动大、不稳定的特点,为解决新能源机组上网后带来的上述问题,利用多种热电解耦方式对火电机组进行改造,并对不同技术路径进行对比分析,探究火电机组解耦潜力与调峰能力。采用EBSILON Professional软件进行模拟仿真,对不同热电解耦方案下调峰负荷空间进行评估和对比分析。计算结果表明,低压缸零出力热电解耦改造方案可以使机组的调峰能力得到最大的改善。在原最大供热负荷304.60 MW下,最小发电量下降172.21 MW,最低电负荷率下降32.70%。火电机组经过热电解耦改造可显著提高热电机组与新能源机组的协调调峰能力,提高发电单元整体发电的稳定性。

针对温控负载变化的虚拟电厂控制策略研究

温控负载是一种变化剧烈、波动频繁、高峰负荷比例较高的负载,对电网的安全产生了极大的影响。为了应对这一问题,系统的输出功率往往会超过90%负荷最大值的调峰限制。针对虚拟电厂(VPP)系统内的超限过程进行了研究,并提出了2种控制策略,以降低超限总电量或者利用超限电量的同时获取收益。在验证策略的控制效果时,选取了2种由温控负载引起的功率需求的典型变化。研究结果表明,温控负载引起的功率需求峰值的变化对策略具有重要影响。在安全模式下,超限比例与峰值的增加呈反比,而与平均功率的增加呈正比;在收益模式下,峰值变化会影响储能放电过程,平均功率变化则会影响储能充电过程。随着功率需求的增加,收益逐渐减小,收益范围为3.62万~3.25万元。

基于多维价格弹性系数的分时电价对负荷特性影响机理

基于23个省级电力公司经营区各行业固定用户群负荷曲线,测算多维价格弹性系数评估分时电价调整对各地区各行业峰谷时段用电的影响,并分析峰谷段电力需求对多维价格指标的敏感性。利用多维价格弹性系数定量评估各地区各行业降低峰段电量、提升谷段电量、缩小负荷峰谷差率三维电力电量指标对提高高峰时段电价、降低低谷时段电价、拉大峰谷电价比三维价格指标的敏感性。根据多维价格弹性系数分析结果可针对不同地区、行业、时段提出分时电价优化调整策略。

一种考虑峰荷-电量分摊机制和风电关键场景的输-配电网协同调度策略

风电功率的不确定性问题严重制约其消纳,因此,激发输-配电网积极性并提出合理的风电协同消纳方法具有重要意义。在建立改进峰荷-电量责任模型的基础上,提出一种基于场景法的输-配电网多目标协同调度模型。首先,将传统输-配电网峰荷责任模型、电量责任模型相结合,同时计入风电消纳、需求响应的影响并引入输配电成本分摊机制,建立改进输-配电网峰荷-电量责任模型。其次,针对输-配电网集中式和分布式风电出力的不确定性问题,基于风电功率日前基础预测场景和奇、偶时刻的极限爬坡场景构建关键风电场景集,并在此基础上提出输-配电网柔性资源协同调度策略。然后,将输-配电网改进峰荷-电量责任模型和柔性资源协同调度策略相结合,建立输-配多目标协同优化模型。最后,基于典型T6D2系统进行案例仿真,采用目标级联分析法对所提模型进行求解。结果表明,所提模型有利于支撑并促进输-配电网提升风电消纳水平,而峰荷-电量责任的边际效应有助于输-配电网有序制定对应责任权重,从而实现经济效益、风电消纳和社会效益的合理均衡。

考虑农网间歇性负荷的配电网移动储能车预配置方法及调度策略

针对农业电机井等间歇性负荷所导致的用能高峰期配电台区重过载问题,考虑采取移动储能车(MESV)来满足农业用电需求,提出农忙电力赋能、农闲分布式储能的两阶段MESV预配置及动态调度策略。建立计及可时移特性的农业电机井负荷数学模型以及考虑供电时间约束的MESV模型;建立多阶段的MESV配置及调度模型,农忙电力赋能阶段以日供电综合成本最小为目标配置MESV容量,以供电完成时荷电状态一致性最高为目标对MESV供电路径进行优化;农闲分布式储能阶段以年净收益最大为目标对MESV参与多场景电力服务进行协同优化。结合吉林省某台区机井用电数据及39节点系统进行仿真,结果表明所提两阶段策略在满足负荷用电需求的前提下具备一定的经济效益。

计及复合碳泄漏效应的电力系统双层规划

“双碳”目标下,不对称碳监管政策在电力行业低碳转型路径中引发的强、弱复合碳泄漏效应需要引起关注。针对单边碳减排政策在电力系统中的影响,结合边际电价理论构建了考虑输电网级能源网架扩展与配电网级能源枢纽负荷行为的电力系统双层规划模型。首先,在上层能源网架规划中分析线路扩展带来的弱碳泄漏效应,通过拉格朗日乘子求解电网边际电价,在此基础上计及强碳泄漏效应影响下的负荷转移行为,建立下层能源枢纽经济规划模型;其次,分析碳泄漏的成因并提出缓和手段,建立对应模型;然后,提出电力系统双层低碳规划的求解流程,并设计提升双层规划收敛性的二分启发式方法;最后,在改进的IEEE 12节点系统与改进的IEEE 236节点系统中进行仿真,分析碳价格与碳泄漏缓和手段对碳泄漏效应的影响,算例结果验证了碳泄漏的形成渠道与影响。分析免费碳配额或碳排放关税对碳泄漏效应的缓和作用与风险,同时,研究双层规划模型收敛性,可为电力系统低碳转型路径中开展合理碳监管提供参考。

基于多目标粒子群的电动汽车优化充电策略

居民区家用电动汽车充电具有较强的集中性,大规模电动汽车充电负荷会对配电网系统造成负荷峰谷差过大等问题。文中提出一种基于多目标粒子群(Multi-Objctive Particle Swarm Optimization,MPSO)算法的用户充电选择控制策略,通过分析预测电动汽车充电负荷建立以系统总负荷方差和调度成本最小为目标函数的多目标优化模型,同时考虑了电动汽车电池及系统功率等约束条件,采用多目标粒子群优化算法求解电动汽车最优起始充电时刻。仿真结果表明,相比居民区内电动汽车无序充电,文中所提电动汽车充电策略能有效降低负荷峰值和调度成本。

纯电重卡集群与电网友好互动的聚合调控系统设计与功能分析

在“双碳”战略目标持续推动下,重型卡车“油改电”发展势头强劲,纯电重卡(PEHT)已成为物流运输的主要方式。针对PEHT与电网友好互动的难点,从架构设计和功能应用的视角提出PEHT集群与电网友好互动的聚合调控系统。首先,基于电网侧视角,对上层PEHT集群互动管控平台的综合功能应用场景进行设计;然后,基于聚合商侧视角,构建中层PEHT充换电站聚合管控平台的六大功能;最后,基于负荷侧视角,对下层PEHT充换电站智能边缘终端从数据处理、资源管理、优化控制3个方面构建功能模块。分析表明,该系统实现了PEHT集群与电网的友好互动,有利于提升电网的安全稳定、灵活运行。

基于双碳目标的家庭错峰用电调度策略研究

针对“双碳”目标背景下家庭能源管理主要面临的用电成本和负荷峰谷差较高等问题,提出了基于多目标优化的电网需求侧家庭用电调度策略。基于错峰用电机制,以电能花费最低、舒适度最优、碳排放量最低为目标,构建了电网需求侧家庭用电优化调度模型。进一步,结合改进的第三代非支配调度遗传算法和多目标粒子群算法,提出了一种混合求解算法用于家庭用电优化调度。算例分析表明,所提方法能较好的兼顾用电经济、舒适度和环保三者的平衡。且与常规方法相比,所提方法在保证用电舒适性的同时,能够有效降低用电峰谷差,达到降低用电量和碳排放的目的。

计及用户参与和调峰需求的储能配置优化研究

为了对分布式储能潜力进行充分挖掘以提升电网调控水平,提出一种全面考虑储能用户行为及调峰需求的聚合商侧储能配置优化模型。首先,对储能用户参与聚合的自身参与度与从众行为进行研究,建立储能容量模型。其次,综合考虑聚合商参与调峰收益、储能聚合成本、储能成本、储能充电成本,构建聚合商侧储能优化配置模型,并采用白鲸优化(BWO)算法对模型进行求解。最后,以修改后的IEEE33节点系统为例,验证了配置优化模型的有效性和算法的优越性。该模型不仅能得到储能优化配置容量,还能够充分考虑储能用户综合不确定性与电网调峰需求。该模型在国家鼓励多主体参与电力现货交易的背景下,具有广泛的适用性。

可控储热负荷参与电网调峰的系统特性与经济性研究

为解决当前可再生能源装机量大但出力相对较小及电力系统调峰能力低下的问题,通过新兴的固态电制热储热技术,充分挖掘电力系统用户侧的潜力。以系统消纳的风电量最多及用户侧运行的经济性最优为目标,建立了含电力需求侧响应的用户侧配置固态电制热储热设备的系统模型。采用改进多目标粒子群算法对模型进行优化求解,针对电力系统的源侧、网侧、荷侧,对比不同运行方式下的风电消纳能力、负荷曲线峰谷差及经济成本。仿真结果表明,在电力需求侧响应的基础上用户侧配置固态电制热储热设备,可以大大提高系统的风电消纳能力及调峰水平,并具有一定的经济价值。

浅析储能技术在公共建筑降本增效中的应用

本文重点介绍了电蓄能、冰蓄冷、水蓄冷三种公共建筑常见储能技术的工作原理,并从能源密度、响应速度、经济性等方面对三种技术开展对比分析。在此基础上,按照峰谷价差、全年制冷小时数两个维度将全国划分为16种不同应用工况,测算出三种储能技术在不同工况下的经济性,进而提出技术应用的合理化建议。

一种基于储能型铁路功率调节器的再生制动能量控制策略研究

针对某长大坡道线路牵引负荷实测数据,首先分析了牵引负荷具有峰值功率高、波动性强、工况之间交替频繁且再生制动能量丰富的特点,并且基于储能型铁路功率调节器,提出一种再生制动能量控制策略。然后通过MATLAB/Simulink搭建仿真模型,根据仿真结果分析系统各工况下的能量转移特性,验证该能量控制策略的可行性,在储能系统削峰填谷的同时,对牵引供电系统出现的功率因数低、三相不平衡等电能质量问题也起到治理的效果,具有良好的应用前景和经济价值。

贵州电网抽水蓄能电站需求空间分析

抽水蓄能需求空间分析是指导和规范抽水蓄能规划、建设的基础工作。依据电力系统电源扩展优化的理论和方法,对贵州电网电力市场空间、调峰容量平衡以及电力电量平衡分析计算,得出2030年贵州电网抽水蓄能电站合理需求规模约为8000 MW,具有较大发展空间。未来,随着风电、光伏大规模、高比例地接入贵州电网,电网调峰及新能源消纳将面临较大压力,加快贵州省抽水蓄能建设步伐,对于优化能源结构、构建以新能源为主体的新型电力系统具有重要意义。

计及电转气的电–气互联综合能源系统削峰填谷研究

作为未来能源利用的重要形式,电–气互联综合能源系统同样受到高渗透率新能源的威胁。电转气技术的能量转换和时空平移特性为新能源消纳和负荷削峰填谷提供了有效途径。提出一种削峰填谷模型,通过电转气和燃气轮机协调作用平滑电–气互联综合能源系统净负荷曲线,并兼顾系统运行的经济性。算例采用修改的IEEE39节点电力网络与比利时20节点天然气网络耦合系统,分析比较4种场景下的风电消纳能力、净负荷波动情况和系统运行成本,验证了电转气和该文所提削峰填谷模型能够有效平抑净负荷波动并提高系统风电消纳能力。最后分析削峰填谷目标的经济折算系数对削峰填谷效果的影响。

用于松弛调峰瓶颈的储能系统容量配置方法

利用大规模电池储能系统对电网负荷"削峰填谷",减少日负荷波动幅度,可以缓解发电机组对负荷追踪调控负担,使电网具备更多向下调节容量来接纳风电。基于给定的负荷特性,分析储能系统配置容量与其改善负荷波动水平之间的关系,以储能系统投资成本、经济效益为约束,以综合效益最大为目标,提出一种用于松弛调峰瓶颈的大规模储能系统容量优化配置方法。针对2010年某省电网接纳风电受限现状,利用该方法对其进行改善,分析了储能系统运行年限、投资成本对其容量配置的影响,算例结果验证了所提出方法的可行性。

考虑峰谷电价的风电-抽水蓄能联合系统能量转化效益研究

建立了考虑峰谷电价的风电-抽水蓄能联合系统和能量转化效益的定量评估模型,研究了风蓄联合系统中抽水蓄能电站对风电移峰填谷的影响,仿真算例验证了所建立模型的有效性。结果表明:在峰谷电价政策下,风蓄联合系统可将低谷时段的廉价电能转化为高峰时段的珍贵电能,取得良好的经济效益;同时还能有效地平滑风电场输出功率,降低并网风电的波动性。