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区域综合能源系统规划及优化运行

王珺  
【摘要】:随着社会的不断发展进步,人类对于能源的需求不断增大,而石油、煤炭等传统化石能源日渐枯竭,发展环境友好的可再生能源、提高能源利用效率是当今世界共同关注的焦点。综合能源系统(Integrated EnergySystem,IES)可实现能源的梯级利用、多能源协调互补,是解决能源危机、缓解环境压力的首要选择。目前,关于综合能源系统的研究多是针对独立型冷热电联供系统(Combined Cooling Heat and Power,CCHP)的研究,而独立型CCHP系统的用户品种单一,用能时间集中,这就不可避免的导致系统能效低,容量浪费等问题。另外,目前研究重点多在生产及消费环节,传输环节鲜有涉及。因此,为推进综合能源系统能量优化管理研究,本文完成了以下工作:(1)综合能源系统分布式单元建模研究了综合能源系统中的可再生能源设备、联供设备、储能设备、制冷设备以及辅助设备的运行特性,并建立了相应的数学模型,为综合能源系统能量优化管理奠定重要基础。(2)冷热电联供系统两阶段优化研究冷热电联供系统作为综合能源系统中的典型应用已较为成熟,同时,随着智能电网的发展,需求侧响应也得到迅速发展。基于此,论文提出了考虑需求侧响应的冷热电联供系统两阶段优化模式。供能侧以冷热电联供系统结合电网联合供能,第一阶段以冷热电联供系统运行费用最低为目标优化机组出力,第二阶段用户侧根据冷热电联供系统机组出力及电网实时电价,结合需求侧响应优化负荷分布以最小化购能费用。两阶段优化可实现供能侧与需求侧的双贏。(3)考虑热惯性的综合能源系统优化研究论文为建立综合能源系统中热网与热负荷模型,实现综合能源系统源网荷的纵向融合,研究了供热系统中的热惯性,建立了热网传输时延模型及房屋蓄热模型。基于此,提出了考虑热惯性的综合能源系统优化模型,以吉林省某一实际供热区域进行仿真,仿真结果证明了利用供热系统热惯性可有效提升系统运行经济性,显著降低凌晨及夜间时段弃风量。(4)多区域综合能源系统协同规划研究为打破现有的单区域独立运行导致的系统能效低下、容量浪费等问题,发展多区域协同规划、联合运行的综合能源系统,论文首先建立了各区域之间的热网模型,实现区域综合能源系统之间的热能交互。其次,结合热能交互平衡约束建立了多区域综合能源系统协同规划模型。最后以天津市某一综合区域进行仿真,仿真结果表明多区域综合能源系统协同规划能够有效解决独立规划时存在的能源利用效率低,容量浪费等问题。


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