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多能互补冷热电联供系统日前运行优化研究

刘栋  
【摘要】:在能源短缺和气候变暖的双重危机下,国家积极推动能源生产和消费革命,减少二氧化碳排放,提升能源利用率,建设清洁低碳、安全高效的能源体系已经成为全社会的共识。多能互补冷热电联供系统以其高效的能源利用率、灵活可靠的能源供应模式、清洁低碳的能源消耗结构而备受各界关注,正成为推进能源生产和消费革命的重要手段。本文以多能互补冷热电联供系统为研究对象,集成多种能源和联供系统,促进可再生能源就地消纳;将供电、供热、供冷结合起来,打破传统电力系统“唯电至上”的格局;深入挖掘能源生产、能量存储以及能源消耗3个环节的可调度资源,提升多能互补冷热电联供系统运行调度的能源、经济和环境效益。本文首先介绍一种多能互补冷热电联供系统供能框架,并建立供能设备、能量转化设备、储能设备以及用户负荷的数学模型。接着提出了能效、经济、环境3项评价指标,并使用层次分析法定义了综合评价指标,以此为优化目标开展了多能互补冷热电联供系统日前优化调度研究。然后,依据储能、用能的特点提出多能互补冷热电联供系统的4种储能运行模式,深入分析了冬夏两季4种模式的运行维护成本。最后,将智能用电设备抽象成可控负荷,纳入优化调度框架实施需求响应。综合上述研究,提出了多能互补冷热电联供系统的“源储荷”协同的多目标运行优化模型,进一步提高系统运行的经济效益和环境效益。本文具体开展的工作如下:(1)提出了多能互补冷热电联供系统的供能架构;分析了燃气内燃发电机电效率、热效率随着负载率变化的规律,分析了吸收式制冷机能效系数随负载率变化的规律,建立了内燃发电机和吸收式制冷机的变工况模型;建立了储能设备的差分方程模型,还建立了光伏发电系统、燃气锅炉和电制冷机的数学模型;将智能用电设备抽象成可控负荷,建立了可控负荷的数学模型。(2)提出了多能互补冷热电联供系统的优化调度框架;提出了一次能源节约率、二氧化碳减排率和运行成本节约率3种评价指标,并使用层次分析法赋予指标权重,定义综合评价指标,作为优化模型的优化目标函数;改进了标准遗传算法,引入了精英保留和自适应机制;将优化调度结果的能效性、经济型、环境性与传统以热定电和以电定热运行模式进行比较。(3)提出了一种含储能的多能互补冷热电联供系统经济调度框架;依据储能、用能的特点提出多能互补冷热电联供系统的4种储能运行模式;建立了以系统运行维护成本最低为目标函数的优化调度模型;深入分析了冬夏两季4种模式的运行维护成本,研究发现储电设备更适合运行在冬季,蓄冷设备更适合运行在夏季。当系统内同时配备储电设备、储热/蓄冷设备时,运行维护成本得到显著降低,并且表现出明显的削峰填谷特性。(4)挖掘居民用电中的可调度资源,实施需求侧的需求响应,通过分时电价机制引导用户主动参与能源调度;将可再生能源、冷热电联供系统、储能设备和可控负荷纳入统一的调度框架,提出多能互补冷热电联供系统“源储荷”协同优化问题,并以最低运行成本和最低二氧化碳排放为优化目标,建立“源储荷”协同的多目标优化模型;结果表明“源储荷”协同优化不仅能提高多能互补冷热电联供系统供能的可靠性,还能提高系统运行的经济效益和环境效益。


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