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京津冀地区电能替代潜力预测及优化管理研究

梁毅  
【摘要】:京津冀地区是继珠江三角洲、长江三角洲之后中国的又一经济增长极。随着能源消费进入增速换挡期,三地都面临优化能源结构、改善空气质量、加强设施能力建设提升能源供应保障水平等共同需求。对此,三地政府高度重视能源发展问题,积极发展清洁能源,并将电能作为替代清洁能源的主要方式。近年来,京津冀地区的电能替代发展较为迅速,在居民采暖等领域,电能替代技术得到逐步应用。随着京津冀地区电能替代的持续推进,对电能替代未来的发展趋势进行预判,对技术方案进行深入融合和优化对京津冀地区未来电能替代的推广和规划具有重要的理论意义和指导意义。鉴于此,本文展开对京津冀地区电能替代潜力预测及优化管理研究,主要研究成果和创新如下:(1)对京津冀地区能源消费与经济发展、环境污染关联关系展开了研究。构建了基于灰色关联度的京津冀地区能源消费与经济发展、环境污染关联关系模型,分析结果表明能源消费能够在很大程度上推动地区经济的发展,其中贡献最大的是电力消费。同时,能源的大量消耗会加剧环境的污染,尤其是煤炭的消耗对环境造成的负面影响很大。因此,京津冀地区有必要广泛应用能源替代技术,特别是电能替代技术,以缓解当前严峻的能源消费形势和环境污染状况。(2)对京津冀地区电能替代未来发展潜力进行了预测研究。选取经济发展、环保约束、能源价格、政策扶持和技术进步作为影响电能替代发展的主要因素并进行量化处理,建立了基于改进BPNN-SVM-KELM的电能替代潜力预测模型。将电能替代影响因素作为输入变量,电能替代电量作为输出变量,分别运用MEC-BPNN模型、BA-SVM模型和KELM模型进行了训练和预测,将各自的预测结果运用VC权值动态分配法进行组合,得到最终的预测结果。利用京津冀地区的历史数据验证了所提模型的预测准确性优势。基于趋势外推法设定了电能替代潜力预测输入变量值,对京津冀地区2018-2025年的电能替代潜力进行了预测,结果显示,京津冀地区未来的电能替代发展保持着较快的速度,在居民采暖领域和交通领域存在较大的电能替代潜力挖掘和运行优化空间。(3)对京津冀地区电能替代项目运行优化模型进行了研究。在“以电代煤”中,对蓄热式电锅炉和地源热泵的综合采暖项目运行进行了优化。构建了基于NARX神经网络的热负荷预测模型,选取室外温度、历史负荷和太阳辐射照度作为输入变量,预测未来时段的热负荷需求,为综合采暖系统优化运行提供数据支撑。构建了基于混沌-猫群算法的综合采暖项目运行优化模型,选取综合采暖项目运行成本最小作为目标函数,运用猫群算法进行寻优,同时加入混沌搜索策略以达到提升寻优速度和准确度的目的。选取天津市某园区作为研究对象进行实例分析,结果显示,优化后的运行方案能够有效降低运行成本,并能起到移峰填谷的作用,为未来区域电采暖技术的深度融合提供了参考。在“以电代油”中,对电动汽车充电策略进行了优化。构建了基于改进多目标粒子群算法的电动汽车充电策略优化模型,选取充电费用最小和电网负荷方差最小作为目标函数,运用多目标粒子群算法进行寻优,同时加入小生境算法以提升寻优速度和准确性。分别对负荷特性不同的商务办公区和居民社区的电动汽车充电策略优化进行了仿真分析,结果表明,优化后的充电策略够较大幅度地降低充电费用,同时能够有效地平滑电网负荷曲线,对未来区域电能替代技术的规划运行具体指导性意义。(4)对京津冀地区优化后的电能替代项目运行的综合效益进行了评价研究。构建了“以电代煤”采暖优化运行项目和“以电代油”电动汽车充电站优化运行项目综合效益评价指标体系。基于层次分析法和熵权法建立了电能替代项目优化运行综合效益模糊评价模型。评价结果表明,综合采暖项目的运行效益在整体上优于独立采暖项目,而经过优化后的综合采暖项目,因其在各阶段的运行方式能够更好地耦合,所以运行效益最优,在能耗特征、资源与环境特征和用户体验特征等方面表现突出。同时,电动汽车充电站采取优化充电策略运行的综合效益优于无序充电运行,且在电网负荷特征和经营能力特征方面表现突出,对电能替代技术未来的推广和应用提供了有力支撑。(5)对京津冀地区电能替代的创新商业模式和给管理政策建议进行了研究。结合电能替代项目的特点,提出了电能替代领域的EPC模式、PPP模式、B2B模式和B2C模式。结合对京津冀地区电能替代潜力预测与优化的研究结果,从电价、补贴、环保和规划4个方面提出了电能替代推广的管理政策建议,以期为京津冀地区未来电能替代商业化运营和发展提供指导和帮助。


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