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        基于需求側響應的電熱綜合能源系統(tǒng)風電消納低碳經濟調度

        2021-04-12 12:40:00王海云于希娟耿麗君盧志剛
        燕山大學學報 2021年2期
        關鍵詞:電鍋爐儲熱電熱

        王海云,楊 宇,于希娟,耿麗君,盧志剛,*

        (1. 國網北京市電力公司,北京 100031;2. 國網河北省電力有限公司 新樂市供電分公司,河北 石家莊 050000;3. 燕山大學 電力電子節(jié)能與傳動控制河北省重點實驗室,河北 秦皇島 066004)

        0 引言

        近年來,隨著經濟的高速發(fā)展和社會的持續(xù)進步,我國正面臨著日益突出的能源和環(huán)境問題。通過大力發(fā)展太陽能、風能和生物質能等可再生能源發(fā)電方式,摸索和發(fā)展更加先進的能源生產和能源消費模式,已經成為我國能源行業(yè)發(fā)展的一個新方向[1]。與此同時,風電等新能源具有較強的不可預測性,其進一步發(fā)展受到消納問題和并網問題等瓶頸的制約[2]。因此,通過采取一定的措施減小棄風電量,增大風電并網空間,提升消納水平,對于實現電熱綜合能源系統(tǒng)低碳經濟優(yōu)化運行有著重要的社會現實意義。

        需求側響應引導用戶根據價格信號或激勵機制改變原有用電行為,促使電力系統(tǒng)安全、可靠、經濟、高效運行,從而達到優(yōu)化資源配置的目的。利用需求響應資源是提高風電消納的一個重要措施。文獻[3-4]提出一種考慮需求響應虛擬機組和碳交易的電力系統(tǒng)優(yōu)化調度模型,研究了系統(tǒng)的風電消納情況和系統(tǒng)的低碳經濟運行成本。文獻[5-6]建立了電力系統(tǒng)供需側聯(lián)合調度模型,通過需求響應將需求側資源作為供應側電能,促進了電力系統(tǒng)經濟運行,提高了電力系統(tǒng)對風電的消納能力。

        針對電熱綜合能源系統(tǒng)的調度問題,文獻[7]建立了包括熱電聯(lián)產、風能、電鍋爐和儲熱等多種供能方式的優(yōu)化模型,驗證了引入電鍋爐和儲熱裝置提高熱電聯(lián)產靈活性,有效減少了棄風電量的作用;文獻[8]利用區(qū)域供熱網絡的儲熱能力協(xié)調電力和區(qū)域供熱系統(tǒng)的短期運行,有效促進了風電上網,促進了系統(tǒng)的優(yōu)化運行。文獻[9]建立了考慮風電出力不確定性的聯(lián)合系統(tǒng)優(yōu)化調度模型,利用儲熱的靈活性實現聯(lián)合運行系統(tǒng)的優(yōu)化運行調度;文獻[10]研究了儲熱裝置對熱電聯(lián)產機組的運行特性和峰值容量的影響,驗證了帶有儲熱裝置的熱電廠可以有效地促進風電消納,達到節(jié)約能源的目的;文獻[11-12]建立了包含碳捕集機組、儲熱裝置、電鍋爐和熱泵的電熱綜合能源系統(tǒng)調度模型,通過電熱協(xié)調的方式,提高了電熱綜合能源系統(tǒng)的風電消納能力,碳捕集機組具有較好的低碳特性和靈活調節(jié)特性,促進了系統(tǒng)的低碳經濟運行。

        然而,上述文獻大都只研究了電熱綜合能源系統(tǒng)中某些設備協(xié)同優(yōu)化的風電消納效果,并沒有詳細分析需求側響應技術對提升系統(tǒng)風電消納能力、實現削峰填谷的作用。缺少綜合考慮需求響應、碳捕集裝置、儲熱裝置、電鍋爐和電儲能裝置的電熱綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化調度模型。

        因此,本文在分析以上研究內容的基礎上,建立了含有碳捕集裝置、儲熱裝置、電鍋爐和電儲能裝置的電熱綜合能源系統(tǒng)低碳經濟調度模型,利用需求側響應對負荷曲線進行優(yōu)化,從而達到削峰填谷和減小峰谷差的目的,利用負荷側響應提升系統(tǒng)的風電消納能力。算例仿真通過考慮需求側響應與不考慮需求側響應的情景進行對比,分析了需求側響應對系統(tǒng)的風電消納和低碳經濟運行的影響。此外,本文還研究了儲熱裝置、電鍋爐和電儲能裝置對系統(tǒng)風電消納的影響。

        1 電熱綜合能源系統(tǒng)模型

        電熱綜合能源系統(tǒng)是由電力系統(tǒng)和熱力系統(tǒng)構成的耦合系統(tǒng),兩個子系統(tǒng)之間相互影響,電能和熱能可以相互轉化,能夠實現異質能源的優(yōu)化利用,提供足夠的風電上網空間,提升消納水平。本文在熱電聯(lián)產機組、風電機組聯(lián)合運行的基礎上,考慮碳排放因素的影響,增設了碳捕集機組單元,同時增加儲熱裝置、電鍋爐以及電儲能裝置實現更大程度上的風電消納,電熱綜合能源系統(tǒng)的具體結構如圖1所示。

        1.1 碳捕集機組模型

        碳捕集機組與常規(guī)機組的不同之處在于加裝了碳捕集設備,具備捕集二氧化碳的功能,能夠有效減少二氧化碳的排放量。碳捕集機組的發(fā)電功率由凈發(fā)電功率和捕集能耗兩部分組成,其中捕集能耗包括運行能耗和維持能耗。碳捕集機組的功率關系如下:

        PZ=PG+PC,

        (1)

        PC=PS+PM,

        (2)

        式中,碳捕集機組的總發(fā)電功率PZ等于凈發(fā)電功率PG與捕集能耗PC之和;PS,PM分別表示運行能耗和維持能耗。

        圖1 電熱綜合能源系統(tǒng)結構圖Fig.1 The structure diagram of the electricity-heating integrated energy system

        碳捕集機組的燃料成本函數表示如下:

        (3)

        式中,T表示一天中低碳經濟調度的時段數;NG表示綜合能源系統(tǒng)中所涉及的碳捕集機組總臺數;PZi,t為第i臺碳捕集機組在t時刻的總發(fā)電功率;aGi,bGi,cGi為碳捕集機組燃料成本的相關系數。

        碳捕集機組的碳排放量函數表示如下:

        (4)

        式中,uGi、vGi、wGi為碳捕集機組碳排放量的相關系數。

        1.2 熱電聯(lián)產機組模型

        熱電聯(lián)產機組是電力系統(tǒng)和熱力系統(tǒng)的耦合元件,以抽汽式機組最為常見。本文以抽汽式機組作為研究對象,抽汽式機組的電熱運行特性如圖2所示。

        從圖2中可以看出,抽汽式熱電聯(lián)產機組的電功率和熱功率可以在運行區(qū)域中實現靈活調節(jié),具體的電熱運行特性公式化表達如下:

        (5)

        式中,PCHP,HCHP分別表示熱電聯(lián)產機組的電功率和熱功率;PCHP,min,HCHP,min分別表示熱電聯(lián)產機組的最小電功率和最小熱功率;PCHP,max,HCHP,max分別為熱電聯(lián)產機組的最大電功率和最大熱功率;Cv表示在熱電聯(lián)產機組進汽量不變的情況下,增加單位熱功率導致的電功率的減小量;Cm表示熱電聯(lián)產機組在背壓工況下的功率系數;Ck為與熱電聯(lián)產機組運行特性相關的常數。

        圖2 熱電聯(lián)產機組電熱運行特性圖Fig.2 Diagram of electricity-heating relationship forcombined heat power units

        熱電聯(lián)產機組的燃料成本函數表示如下:

        (6)

        式中,NCHP表示電熱綜合能源系統(tǒng)中熱電聯(lián)產機組的總臺數;aCi,bCi,cCi表示熱電聯(lián)產機組燃料成本的相關系數。

        熱電聯(lián)產機組的碳排放量函數表示如下:

        (7)

        式中,uCi,vCi,wCi表示熱電聯(lián)產機組單位碳排放量系數。

        1.3 電鍋爐模型

        電鍋爐作為另一電熱耦合元件,具有95%以上的電熱轉化效率。在風電出力的高峰時段,可將多余的電能轉化為熱能,從而消納更多的風力發(fā)電。此外,電鍋爐也能實現熱電聯(lián)產機組的熱電解耦,即電鍋爐所提供的熱出力能夠有效降低熱電聯(lián)產機組的供熱壓力。電鍋爐的運行特性表示如下:

        HEB=ηPEB,

        (8)

        式中,PEB表示電鍋爐的用電功率,HEB表示電鍋爐的供熱功率;η表示電鍋爐的熱與電相互轉換的效率。

        1.4 儲熱裝置模型

        儲熱裝置作為一種儲熱元件能夠實現熱量的存儲和釋放功能,如果熱電聯(lián)產機組與儲熱裝置進行聯(lián)合供熱,將會沖破熱電聯(lián)產機組“以熱定電”的運行特性,提高熱電聯(lián)產機組運行的靈活性。例如,白天電力負荷處于高峰時段而熱力負荷處于低谷時段,此時增大熱電聯(lián)產機組的電出力將提供充足的電能供應,而聯(lián)動產生的多余熱出力可利用儲熱裝置實現熱能的存儲;夜間電力負荷處于低谷時段而熱力負荷處于高峰時段,此時減小熱電聯(lián)產機組的電出力和熱出力,降低電能和熱能的供應,而因此造成的熱力供應差額,可利用儲熱裝置在白天存儲的熱能進行放熱,以滿足夜間熱負荷高峰時段的熱能供應。

        儲熱裝置的運行特性表示如下:

        (9)

        1.5 電儲能裝置模型

        電儲能裝置作為一種儲電元件能夠實現電能的儲存和釋放功能。例如,夜晚電力負荷處于低谷時段,可利用電儲能裝置進行儲電,白晝電力負荷處于高峰時段,可利用電儲能裝置進行放電,從而為風電的消納提供空間。目前應用最為廣泛的鉛酸電池的充放電過程表示如下:

        (10)

        2 價格型需求側響應模型

        價格型需求側響應能夠通過釋放分時電價等市場價格信號,引導用戶調整自身的用電結構與用電方式,從而達到削峰填谷的作用。在用戶用電的實際過程中,某一時段電價的變化也可能引起用戶在其他一個或幾個時段內用電方式的變化。本文利用自彈性系數描述本時段的電價變化與用電量變化的關系,而利用互彈性系數描述其他時段的電價變化與本時段的用電量變化的關系,自彈性和互彈性系數的相關表示公式分別如下:

        (11)

        (12)

        式中,τii表示自彈性系數,即第i個時段的電價變化量和用電量變化量的比值關系,其中Ri和ΔRi表示i時段的電價及其變化量,Pi和ΔPi分別表示電價改變后i時段的用電量及其變化量。

        電價的變化將會影響用戶的用電行為,其用用電特性可能發(fā)生調整轉變,因此,本文基于這種價格-電量變化的影響建立用戶需求響應模型,實現用戶用電行為的仿真優(yōu)化。調度周期取為24小時,則各個時段的用電量變化與電價變化存在如下關系:

        (13)

        (14)

        式中,τ是一個與各個時刻彈性系數相關的矩陣。

        用電量-電價響應模型表示如下:

        (15)

        式中,Pi表示響應后第i個時段的用戶電力負荷;P0,i表示響應前第i個時段的用戶原始電力負荷。

        3 電熱綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化調度模型

        3.1 低碳經濟調度多目標函數

        本文所研究的電熱綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化調度模型經濟性目標經濟成本包括兩個部分:其一是常規(guī)機組和熱電聯(lián)產機組的運行煤耗成本;其二是風電機組的棄風懲罰成本,具體的公式表示如下:

        F1=CG+CCHP+CW,

        (16)

        (17)

        本文所研究的電熱綜合能源系統(tǒng)的環(huán)境目標主要指系統(tǒng)的總碳排放量,共包含3個部分:其一是常規(guī)火電機組的碳排放量;其二是碳捕集機組捕集減少的二氧化碳減少量;其三是熱電聯(lián)產機組的碳排放量,具體的公式表示如下:

        F2=EG-EC+ECHP,

        (18)

        (19)

        式中,EC表示碳捕集機組捕集二氧化碳而減少的碳排放量;Pi,0和PCi,t分別表示碳捕集設備i捕集單位二氧化碳所消耗的電功率和t時刻的捕集能耗。

        3.2 約束條件

        3.2.1電功率平衡約束

        電熱綜合能源系統(tǒng)的電功率平衡約束:

        (20)

        式中,PWi,t為第i臺風電機組在t時刻調度的風電功率;PL,t為t時刻系統(tǒng)的用電力負荷;ξ為參與分時電價政策實施的用戶占總用戶的比例;PEBi,t為t時刻電鍋爐i的有功功率;NEB和NESS分別表示系統(tǒng)中所包含的電鍋爐和電儲能裝置的總臺數。

        3.2.2熱功率平衡約束

        電熱綜合能源系統(tǒng)的熱功率平衡約束:

        (21)

        式中,HL,t表示t時刻系統(tǒng)中的總的熱負荷;NHS表示系統(tǒng)中所包含的儲熱裝置的總臺數。

        3.2.3碳捕集機組約束

        1) 碳捕集機組的出力上下限約束:

        PZi,t=PGi,t+PCi,t,

        (22)

        PZi,t,min≤PZi,t≤PZi,t,max,

        (23)

        式中,PZi,t,min為第i臺碳捕集機組在t時刻的最小發(fā)電功率;PZi,t,max為第i臺碳捕集機組在t時刻的最大發(fā)電功率。

        2) 碳捕集機組的爬坡約束:

        (24)

        (25)

        3) 碳捕集設備的爬坡約束:

        (26)

        (27)

        3.2.4熱電聯(lián)產機組約束

        1) 熱電聯(lián)產機組的運行約束:

        (28)

        2) 熱電聯(lián)產機組的熱出力的爬坡約束:

        (29)

        (30)

        3) 熱電聯(lián)產機組的電出力的爬坡約束:

        Cvi(HCHPi,t-HCHPi,t-1),

        (31)

        Cvi(HCHPi.t-1-HCHPi,t),

        (32)

        3.2.5電鍋爐約束

        1) 電鍋爐的電熱轉換運行特性約束:

        HEBi,t=ηiPEBi,t,

        (33)

        2) 電鍋爐用電功率的上下限約束:

        0≤PEBi,t≤PEBi,max,

        (34)

        式中,PEBi,max為第i臺電鍋爐的最大電功率。

        3.2.6儲熱裝置約束

        1) 儲熱裝置的儲放熱過程模型:

        (35)

        2) 儲熱裝置的容量約束:

        0≤SHSi,t≤SHSi,max,

        (36)

        式中,SHSi,max為第i臺熱儲裝置的最大儲熱容量。

        3) 儲熱裝置的儲放熱速率約束:

        (37)

        (38)

        3.2.7電儲能裝置約束

        1) 電儲能裝置的容量約束:

        0≤EESSi,t≤EESSi,max,

        (39)

        式中,EESSi,max為第i臺電儲能裝置的最大儲電容量。

        2) 電儲能裝置的儲放電速率約束:

        0≤Pch,i,t≤Pch,i,max,

        (40)

        0≤Pdis,i,t≤Pdis,i,max,

        (41)

        式中,Pch,i,max,Pdis,i,max分別表示系統(tǒng)中電儲能裝置i的最大儲電和放電功率。

        3.3 模型求解

        為解決上建立的電熱綜合能源系統(tǒng)低碳經濟調度多目標優(yōu)化問題,本文采用多目標細菌群體趨藥性(MOBCC)算法進行模型求解,其具體求解流程如圖3所示。

        MOBCC算法具有較強的全局搜索能力和較快的收斂速度,在實際應用中體現出了良好的效果[13]。采用MOBCC算法求解多目標低碳經濟調度模型的具體步驟如下:

        步驟1:需對分時電價及峰谷時段進行劃分,并完成輸入,利用上文所建立的彈性系數矩陣求得分時電價響應后的負荷曲線。

        步驟2:輸入MOBCC算法的系統(tǒng)參數、機組、儲能裝置和電鍋爐等的參數,進行細菌位置的初始化。其中,用每個細菌指代一種調度方案,即碳捕集機組的電出力、熱電聯(lián)產機組的電出力和熱出力組成的一組決策變量。

        步驟3:每個細菌通過細菌個體尋優(yōu)和細菌群體尋優(yōu)產生新的位置,并進行可行性檢驗及調整,采用邊界吸收的處理方法,將越過可行域邊界的值設置為邊界值。如果新位置優(yōu)于原位置,則該細菌選擇新位置。

        步驟4:重復步驟3細菌尋找最優(yōu)目標值的過程,如此循環(huán)迭代直至符合初始設置的精度要求。

        圖3 模型求解流程圖Fig.3 The flowchart of model solving

        4 算例分析

        4.1 算例數據

        為實現上述所提模型的仿真驗證,本文采用包括2個碳捕集機組、4個熱電聯(lián)產機組和1個風電場的測試系統(tǒng)進行分析。相關的機組煤耗特性函數以及碳排放參數取自文獻[11];儲熱裝置的最大儲熱容量為300 MWh,儲熱和放熱的最大速率均為50 MW,電鍋爐的電熱轉換效率為0.95;電儲能裝置的參數取自文獻[14],儲電的最大容量為50 MWh,最大儲電和放電的最大速率均為10 MW。

        本文所提模型為日前優(yōu)化調度模型,24小時為一個調度周期,選取一天中9:00到次日8:00時段進行調度,每個調度時段為1 h。電力負荷和風電出力預測的數據分別如表1和圖4所示。

        表1 系統(tǒng)負荷功率Tab.1 Load power of the system

        圖4 風電預測曲線圖Fig.4 Forecast curve of the wind power

        用電量-電價的自彈性系數和互彈性系數參考文獻[15],并認為每個時段的用電量只受這一時段關系較大的前后3個小時電價的影響,算例仿真中自、互彈性系數分別取為-0.2和0.033。系統(tǒng)的分時電價及峰谷時段劃分如表2所示。

        表2 分時電價方案Tab.2 TOU program

        4.2 多目標優(yōu)化結果分析

        仿真算例通過MOBCC算法求得的Pareto最優(yōu)解集如圖5所示。采用TOPSIS方法進行電熱綜合能源系統(tǒng)折中解的選取,折中解對應的經濟成本為946.74萬元,碳排放量為4.57萬噸。系統(tǒng)調度的經濟性和環(huán)保性可根據決策者偏好進行協(xié)調,當系統(tǒng)更注重經濟性時,可以犧牲部分環(huán)保性;反之,當系統(tǒng)更注重環(huán)保性時,則可用部分經濟性換取。

        圖5 電熱綜合能源系統(tǒng)Pareto最優(yōu)解集Fig.5 Pareto solution set of the integration of electricity and heating systems

        圖6為本文所研究的電熱綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化得到的碳捕集機組、熱電聯(lián)產機組以及風電機組的電出力情況,圖7為熱電聯(lián)產機組的熱出力。算例仿真的結果,很好地驗證了所建立的雙目標低碳經濟優(yōu)化調度模型的合理性以及MOBCC求解算法的有效性。

        圖6 系統(tǒng)各類型機組電出力Fig.6 Power output of different types of units in the system

        4.3 需求側響應對系統(tǒng)的影響

        為了探究需求側響應對本文所研究的電熱綜合能源系統(tǒng)低碳經濟調度所產生的影響,設置以下兩種情景:

        情景1:系統(tǒng)不考慮需求側響應;

        情景2:系統(tǒng)考慮需求側響應,用戶電力負荷的70%參與分時電價政策的實施。

        圖7 熱電聯(lián)產機組熱出力Fig.7 Heating output of the combined heat and power

        考慮需求側響應前后的負荷曲線變化如圖8所示,可知在系統(tǒng)考慮需求側響應后,原來電力負荷的高峰水平有所下降,而電力負荷的低谷水平有所上升,負荷曲線平時段的負荷水平基本維持不變,電力負荷的峰谷差與無分時電價政策時相比明顯減小。由此可見,分時電價政策的實施達到了削峰填谷和減小負荷峰谷差的效果。

        圖8 考慮需求側響應前后的負荷曲線對比Fig. 8 Comparison of load curves before and after considering the demand response

        考慮需求側響應前后的風電消納曲線對比如圖9所示。在不考慮需求側響應時,系統(tǒng)的棄風電量109.58 MWh,而在考慮了需求側響應后,系統(tǒng)的風電實現了完全消納。棄風電量較大的原因在于夜間1點到6點這一時段,風電出力處于高峰,而用戶電力負荷處于低谷,從而加大了風電消納的難度。而分時電價政策的實施引導用戶改變了原有的用電方式,夜間電力負荷的增加,為風電上網提供了空間,風電的消納量比分時電價政策實施前明顯增多。因此,系統(tǒng)考慮需求側響應能夠增加低谷時段風電的上網量,促進風電的消納。

        考慮需求側響應前后電熱綜合能源系統(tǒng)風電消納低碳經濟調度問題的Pareto最優(yōu)解集如圖10所示,相比于不考慮需求側響應的優(yōu)化模型,電熱綜合能源系統(tǒng)的經濟成本和碳排放量都有不同程度的下降,這恰好驗證了分時電價政策的實施改變了用戶原有的用電模式,進而優(yōu)化改善了電源和熱源側的出力方式。由此可知,分時電價政策的實施能夠降低機組煤耗量以及二氧化碳的排放量,起到了改善電熱綜合能源系統(tǒng)經濟性和環(huán)保性的積極作用。

        圖9 考慮需求側響應前后的風電消納曲線對比Fig. 9 Comparison of wind curtailments before and after considering the demand response

        圖10 考慮系統(tǒng)需求側響應前后的Pareto最優(yōu)解集對比Fig 10 Comparison of Pareto solution sets before and after considering the demand response

        4.4 分情景分析系統(tǒng)的棄風消納效果

        為了驗證所提出的儲熱裝置-電儲能裝置-電鍋爐-風電的風電消納模型的合理性,對于考慮需求側響應的系統(tǒng)分別設置以下3種情景:

        情景3:電熱綜合能源系統(tǒng)不增加儲熱裝置、電鍋爐和電儲能裝置;

        情景4:電熱綜合能源系統(tǒng)增加儲熱裝置、電鍋爐,不增加電儲能裝置;

        情景5:電熱綜合能源系統(tǒng)增加儲熱裝置、電鍋爐和電儲能裝置。

        3種情景下系統(tǒng)的棄風情況如圖11所示,可知情景3中不增加儲熱裝置、電鍋爐和電儲能裝置的系統(tǒng)的棄風電量最多,達到了473.62 MW·h。情景4中增加儲熱裝置和電鍋爐的系統(tǒng),棄風問題有所緩解,棄風電量為79.47 MW·h。情景5中增加儲熱裝置、電鍋爐和電儲能裝置的系統(tǒng),實現了風電的完全消納,棄風電量為0 MW·h。這是因為系統(tǒng)中增加了儲熱裝置和電鍋爐,實現了熱電聯(lián)產機組的熱電解耦。儲熱裝置在白天的電力負荷高峰時段進行儲熱,夜間的電力負荷低谷時段進行放熱,同時電鍋爐在夜間的風電高峰和電力負荷低谷時段,將多余的風電轉化為熱能。因此,儲熱裝置和電鍋爐能夠有效分擔熱電聯(lián)產機組的熱力負荷,為風電消納提供了空間。

        圖11 3種情景下系統(tǒng)的棄風情況對比Fig.11 Comparison of wind curtailments of the system in three cases

        情景5中系統(tǒng)儲熱裝置和電鍋爐的出力情況如圖12和13所示,可知儲熱裝置在9:00到14:00時段進行儲熱,在22:00到次日7:00時段進行放熱,承擔了部分熱負荷,突破了熱電聯(lián)產機組“以熱定電”的運行約束。此外,電鍋爐在1:00到6:00時段將多余的棄風電量轉化為熱能,起到了填谷的作用,同樣承擔了部分熱負荷,為風電上網提供了更多的空間,促進了風電的消納。

        情景5中系統(tǒng)電儲能裝置的功率曲線如圖14所示,可知在01:00到07:00,系統(tǒng)電力負荷處于低谷時段,電儲能裝置進行儲電,起到了填谷的作用。在09:00到12:00和15:00到23:00系統(tǒng)內電力負荷較高,電儲能裝置釋放電能,起到了削峰的作用。電儲能裝置通過在不同時段進行能量的儲存和釋放,有效減小了負荷峰谷差,促進了電熱綜合能源系統(tǒng)的風電消納。

        圖12 儲熱裝置出力情況Fig.12 Output of the heat storage device

        圖13 電鍋爐電出力情況Fig.13 Output of the electric boiler

        圖14 電儲能裝置的出力情況Fig.14 Output of the electric energy storage device

        4.5 不同儲放熱速率和電鍋爐功率對系統(tǒng)低碳經濟運行的影響

        為進一步驗證所提低碳經濟調度模型的合理性,對于考慮需求側響應的系統(tǒng),分析了不同儲放熱速率以及電鍋爐的電功率對系統(tǒng)低碳經濟性能的影響。圖15和圖16分別為不同儲放熱速率下和不同電鍋爐電功率下的Pareto最優(yōu)解集。

        從圖中可以看出,隨著儲熱裝置儲放熱速率的增大以及電鍋爐電功率的增大,電熱綜合能源系統(tǒng)的經濟成本和碳排放量都有一定程度的下降。由此驗證了儲放熱速率和電鍋爐的電功率對于改善電熱綜合能源系統(tǒng)經濟性和環(huán)保性的積極作用。然而在實際工程中,提高儲熱和電鍋爐的參數會增加投資成本,因此需要根據實際情況合理配置儲熱和電鍋爐的設施規(guī)模。

        圖15 不同儲放熱速率下的Pareto最優(yōu)解集對比Fig.15 Comparison of Pareto optimal solution sets under different heat storage and release rates

        圖16 不同電鍋爐電功率下的Pareto最優(yōu)解集對比Fig.16 Comparison of Pareto optimal solution sets under different electric power of electric boiler

        5 結論

        考慮需求側響應對電熱綜合能源系統(tǒng)運行的影響,本文建立了雙目標低碳經濟優(yōu)化調度模型,并通過算例仿真得到以下結論:

        1) 電熱綜合能源系統(tǒng)利用峰谷分時電價政策實施的需求側響應,能夠實現削峰填谷和減小負荷峰谷差的效果,從而為風電上網提供空間,促進系統(tǒng)的低碳經濟運行;

        2) 儲熱裝置、電鍋爐和熱電聯(lián)產機組的協(xié)調供熱,可以實現熱電聯(lián)產機組的熱電解耦,從而促進風電的消納,電儲能裝置的削峰填谷作用也能為風電上網提供更多的空間;

        3) 本文所建立的電熱綜合能源系統(tǒng)模型沒有考慮儲熱裝置、電鍋爐和電儲能裝置的初期投資成本,如何合理地配置電儲能裝置、電鍋爐和儲熱裝置,在有效促進風電消納的同時,保證系統(tǒng)投資和運行的經濟性,是下一步需要研究的內容。

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