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        園區(qū)綜合能源系統(tǒng)日前優(yōu)化運(yùn)行研究

        2021-12-12 11:32:14邱發(fā)祥王明遠(yuǎn)潘廣旭馮媛媛亓新宏
        山東電力技術(shù) 2021年11期
        關(guān)鍵詞:經(jīng)濟(jì)性儲(chǔ)能功率

        邱發(fā)祥,王明遠(yuǎn),潘廣旭,馮媛媛,亓新宏

        (1.山東科技大學(xué),山東 青島 266590;2.山東建筑大學(xué),山東 濟(jì)南 250102;3.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司日照供電公司,山東 日照 276826;4.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司東營(yíng)供電公司,山東 東營(yíng) 257000;5.國(guó)網(wǎng)山東綜合能源服務(wù)有限公司,山東 濟(jì)南 250021)

        0 引言

        由于傳統(tǒng)石化資源的大量開(kāi)發(fā)和利用,環(huán)境污染問(wèn)題日益加劇,清潔、低碳、高效的能源供應(yīng)體系成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)[1]。綜合能源系統(tǒng)(Integrated Energy System,IES)作為能源互聯(lián)網(wǎng)的重要物理載體,可充分利用各種能源子系統(tǒng)在時(shí)間和空間上的耦合特性,實(shí)現(xiàn)多種能源優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),有效提高能源的綜合利用水平[2],受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。

        園區(qū)綜合能源系統(tǒng)(Park Integrated Energy System,PIES)作為IES 的典型應(yīng)用,具有負(fù)荷利用率高、可再生能源接入比例大、產(chǎn)用能形式多元化等特點(diǎn)[3]。與傳統(tǒng)電網(wǎng)不同,PIES 具有冷、熱、電等多種能源,各種能源之間相互耦合,能流過(guò)程更為復(fù)雜,運(yùn)行過(guò)程涉及的范圍更廣。同時(shí),PIES 距離用戶側(cè)較近,系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備的運(yùn)行性能對(duì)系統(tǒng)的能源供應(yīng)影響較大。因此,開(kāi)展PIES 優(yōu)化運(yùn)行研究對(duì)消納可再生能源、提高能源綜合利用效率以及降低供能成本等具有重要意義[4]。

        目前,對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的多能協(xié)同優(yōu)化運(yùn)行問(wèn)題已有較多研究。文獻(xiàn)[5]基于冷、熱、電的多能流耦合關(guān)系以及多種儲(chǔ)能形式,建立最小化系統(tǒng)運(yùn)行成本的多能優(yōu)化模型。文獻(xiàn)[6-10]建立考慮風(fēng)光出力等多種不確定性因素對(duì)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度的影響的IES 優(yōu)化模型。文獻(xiàn)[11]考慮系統(tǒng)之間的耦合特性,建立運(yùn)行成本最低的IES 優(yōu)化運(yùn)行模型。文獻(xiàn)[12-14]利用冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的多能互補(bǔ)特性,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)能量的優(yōu)化調(diào)度。文獻(xiàn)[15]提出考慮能源價(jià)格的IES優(yōu)化模型,同時(shí)根據(jù)IES 的能耗和運(yùn)行特點(diǎn),建立了完整的調(diào)度方案。文獻(xiàn)[16]考慮綜合能源系統(tǒng)收益分配問(wèn)題,建立了不同運(yùn)營(yíng)模式下各市場(chǎng)主體的收益計(jì)算模型。上述文獻(xiàn)從系統(tǒng)的耦合特性、可再生能源及需求響應(yīng)的不確定性等多方面,對(duì)IES的優(yōu)化運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行了研究,但大多只考慮了經(jīng)濟(jì)性目標(biāo),缺少對(duì)于環(huán)保性要求的考慮;同時(shí),上述文獻(xiàn)缺少針對(duì)PIES運(yùn)行過(guò)程的研究分析。

        針對(duì)上述問(wèn)題,首先分析典型PIES 的能源結(jié)構(gòu),研究PIES 的運(yùn)行機(jī)理;然后基于上述系統(tǒng)結(jié)構(gòu),對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行穩(wěn)態(tài)建模;隨后,鑒于目前對(duì)于環(huán)保問(wèn)題的重視,建立考慮系統(tǒng)運(yùn)行成本最低和碳排放量最少的多目標(biāo)日前優(yōu)化模型;通過(guò)引入碳排放懲罰因子,將多目標(biāo)問(wèn)題轉(zhuǎn)化成單目標(biāo)問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化求解;最后,通過(guò)算例對(duì)比分析了PIES 在不同優(yōu)化目標(biāo)下的碳排放情況和運(yùn)行成本。

        1 PIES架構(gòu)分析及運(yùn)行機(jī)理

        1.1 典型架構(gòu)

        園區(qū)綜合能源系統(tǒng)依靠系統(tǒng)的管控中心實(shí)現(xiàn)各能源子系統(tǒng)的優(yōu)化控制運(yùn)行。管控中心通過(guò)信息采集裝置獲取系統(tǒng)的供給側(cè)、多能耦合側(cè)、能源存儲(chǔ)側(cè)和用戶側(cè)的能流信息,由操作員根據(jù)采集到的能流信息和預(yù)先設(shè)定的運(yùn)行計(jì)劃,通過(guò)管控中心對(duì)系統(tǒng)各部分進(jìn)行統(tǒng)一管控調(diào)度,形成了生產(chǎn)、輸送、分配、存儲(chǔ)和使用的完整供能架構(gòu)[17],如圖1所示。

        圖1 園區(qū)綜合能源系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)

        PIES 涉及電、熱、冷、氣等多種能源的生產(chǎn)、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)及使用,打破了傳統(tǒng)能源子系統(tǒng)之間相互割裂的狀態(tài),通過(guò)對(duì)多能源子系統(tǒng)的優(yōu)化控制,可以充分發(fā)揮各能源之間的互補(bǔ)優(yōu)勢(shì),降低對(duì)環(huán)境的污染,有效提升系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性[18]。

        1.2 運(yùn)行機(jī)理

        PIES 的運(yùn)行過(guò)程受多種因素的影響,例如當(dāng)日的天氣情況、用戶側(cè)的能源需求情況、當(dāng)?shù)乜稍偕茉吹墓?yīng)情況。選取青島某園區(qū)作為研究對(duì)象,其供能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

        圖2 青島某園區(qū)供能結(jié)構(gòu)

        系統(tǒng)以燃?xì)廨啓C(jī)作為主要供能設(shè)備,通過(guò)燃燒天然氣,產(chǎn)出高質(zhì)量的電能供給系統(tǒng)內(nèi)的電負(fù)荷和用電設(shè)備;燃?xì)廨啓C(jī)在發(fā)電的同時(shí)產(chǎn)生大量的高溫余熱,通過(guò)利用余熱鍋爐將其轉(zhuǎn)化為可直接利用的熱能供給吸收式制冷機(jī)或系統(tǒng)部分熱負(fù)荷需求。

        當(dāng)系統(tǒng)的電負(fù)荷需求已滿足,而冷、熱負(fù)荷需求供應(yīng)不足時(shí),可采用燃?xì)忮仩t或電制冷機(jī)進(jìn)行輔助供能。同時(shí),系統(tǒng)中加入了冷、熱、電3 類(lèi)儲(chǔ)能設(shè)備,使系統(tǒng)可在平抑功率波動(dòng)的同時(shí),實(shí)現(xiàn)削峰填谷的經(jīng)濟(jì)可靠運(yùn)行。另外,系統(tǒng)接入了部分光伏發(fā)電設(shè)備,提高了可再生能源的消納率。

        當(dāng)電負(fù)荷需求較大時(shí),系統(tǒng)可通過(guò)外部電網(wǎng)進(jìn)行購(gòu)電,使系統(tǒng)的電功率達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。同時(shí),考慮到供能系統(tǒng)與外部電網(wǎng)之間的信息通道的建設(shè)費(fèi)用問(wèn)題,本系統(tǒng)采用“并網(wǎng)不上網(wǎng)”運(yùn)行模式。

        不同類(lèi)型的儲(chǔ)能裝置特點(diǎn)各異,如電儲(chǔ)能裝置具有能量密度高、功率密度小等特點(diǎn)。而冷儲(chǔ)能和熱儲(chǔ)能在本質(zhì)上都屬于儲(chǔ)熱,具有蓄能密度低,占地面積大,冷、熱損耗大等特點(diǎn)。在系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中,各類(lèi)儲(chǔ)能裝置被用來(lái)補(bǔ)充用能高峰時(shí)相應(yīng)負(fù)荷的缺額或吸收多余能量。如冷負(fù)荷需求高峰時(shí),在基本供冷方式的基礎(chǔ)上,優(yōu)先采用儲(chǔ)冷裝置供冷,此時(shí)若采用電儲(chǔ)能裝置進(jìn)行電—冷轉(zhuǎn)化,會(huì)增加相應(yīng)電制冷設(shè)備的運(yùn)維費(fèi)用。3 種儲(chǔ)能裝置之間不直接進(jìn)行轉(zhuǎn)化,優(yōu)先利用方式根據(jù)各類(lèi)負(fù)荷供能的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行選擇。

        2 PIES能源設(shè)備建模

        PIES 的負(fù)荷需求具有一定的季節(jié)性,夏季側(cè)重于冷負(fù)荷需求,冬季側(cè)重于采暖需求。系統(tǒng)的冷負(fù)荷需求可由電制冷機(jī)、吸熱制冷等設(shè)備供應(yīng);熱/熱水供應(yīng)可來(lái)自余熱鍋爐、燃?xì)忮仩t等設(shè)備。同時(shí),系統(tǒng)通常會(huì)配置一定容量的儲(chǔ)能設(shè)備,通過(guò)分時(shí)儲(chǔ)放能控制,進(jìn)一步提高系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和靈活可靠性[19]。按照能量流轉(zhuǎn)的環(huán)節(jié)將設(shè)備分為能源生產(chǎn)單位、能源轉(zhuǎn)換單元和能源存儲(chǔ)單元,其中能源生產(chǎn)單位主要設(shè)備包括光伏系統(tǒng)(Photovoltaic System,PV)、燃?xì)廨啓C(jī)(Gas Turbine,GT)和燃?xì)忮仩t(Gas-fired Boiler,GB);能源轉(zhuǎn)換單元主要設(shè)備包括余熱鍋爐(Heat Recovery Boiler,HRB)、吸收式制冷機(jī)(Absorption Chiller,AC)和電制 冷 機(jī)(Electrical Chiller,EC);能源存儲(chǔ)單元主要設(shè)備為蓄電池、儲(chǔ)熱罐和蓄冷槽。建立相應(yīng)設(shè)備的穩(wěn)態(tài)功率模型如下。

        2.1 能源生產(chǎn)單元

        2.1.1 PV

        PV的穩(wěn)態(tài)功率模型為

        式中:t為一個(gè)調(diào)度周期內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行時(shí)段;PPV(t)、PSTC(t)分別為PV 實(shí)際情況下的出力和標(biāo)況下的出力;GAC(t)、GSTC(t)分別為PV實(shí)際情況下和標(biāo)況下的光照強(qiáng)度;Tc(t)、Tr(t)分別為PV 組件的實(shí)際溫度和標(biāo)況溫度;k0為功率溫度系數(shù)。

        2.1.2 GT

        GT的穩(wěn)態(tài)功率模型為

        式中:PGT(t)、QGT(t)分別為GT 輸出的電功率和熱功率;、分別為GT 的發(fā)電效率和產(chǎn)熱效率;VGT(t)為GT 的天然氣使用量;HG為天然氣的低位發(fā)熱值,取9.7 kWh/m3;Δt為單位時(shí)段,取1h。

        2.1.3 GB

        GB的穩(wěn)態(tài)功率模型為

        式中:QGB(t)為GB 的輸出熱功率;VGB(t)為GB 的天然氣耗量;HG為天然氣的低位發(fā)熱值;ηGB為GB的氣熱轉(zhuǎn)化效率。

        2.2 能源轉(zhuǎn)換單元

        2.2.1 HRB

        HRB的穩(wěn)態(tài)功率模型為

        式中:(t)、(t)分別為HRB 的輸出和輸入熱功率;ηHRB為HRB的轉(zhuǎn)化效率。

        2.2.2 AC

        AC的穩(wěn)態(tài)功率模型為

        式中:CCOP,AC為AC 的性能系數(shù);(t)、(t)分別為AC的輸出冷功率和輸入熱功率。

        2.2.3 EC

        EC的穩(wěn)態(tài)功率模型為

        式中:CCOP,EC為EC的制冷能效比;QEC(t)、PEC(t)分別為EC的輸出冷功率和輸入電功率。

        2.3 能源存儲(chǔ)單元

        由于電、冷、熱儲(chǔ)能模型類(lèi)似,此處用統(tǒng)一的儲(chǔ)能模型表示。PIES儲(chǔ)能單元的充、放能狀態(tài)的數(shù)學(xué)模型為

        式中:下標(biāo)j表示儲(chǔ)能單元的類(lèi)型,通常情況下,儲(chǔ)電可用E 表示,儲(chǔ)熱用H 表示,儲(chǔ)冷用C 表示;δj為儲(chǔ)能單元自身的儲(chǔ)能消耗率分別為儲(chǔ)能單元的充、放能功率分別為儲(chǔ)能裝置的充、放能效率。

        3 PIES日前優(yōu)化模型

        3.1 目標(biāo)函數(shù)

        3.1.1 經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)

        針對(duì)PIES 日前優(yōu)化運(yùn)行過(guò)程,主要考慮將系統(tǒng)的運(yùn)維費(fèi)用、購(gòu)電費(fèi)用和購(gòu)氣費(fèi)用最少作為系統(tǒng)的運(yùn)行成本,建立經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)函數(shù)為

        式中:F1為系統(tǒng)的總經(jīng)濟(jì)成本;Cop、Cgrid、Cgas分別為系統(tǒng)的運(yùn)維成本、購(gòu)電成本和購(gòu)氣費(fèi)用。

        式中:N為設(shè)備種類(lèi),本文中1~N分別為光伏、燃?xì)廨啓C(jī)、燃?xì)忮仩t、余熱鍋爐、吸收式制冷機(jī)、電制冷機(jī)以及冷、熱、電3 類(lèi)儲(chǔ)能設(shè)備;M為同類(lèi)設(shè)備的臺(tái)數(shù);Qk,i(t)為第k類(lèi)設(shè)備第i臺(tái)的實(shí)際出力;ck,i為第k類(lèi)設(shè)備第i臺(tái)的單位出力運(yùn)維費(fèi)用。

        式中:Pgrid(t)為系統(tǒng)的實(shí)際購(gòu)電功率;cele為電網(wǎng)的單位購(gòu)電成本。

        式中:Vgas(t)為系統(tǒng)實(shí)際天然氣購(gòu)氣量;cgas為天然氣的單位價(jià)格。由于系統(tǒng)內(nèi)使用天然氣的設(shè)備僅有燃?xì)廨啓C(jī)和燃?xì)忮仩t,因此有

        式中:VGT(t)、VGB(t)分別為燃?xì)廨啓C(jī)和燃?xì)忮仩t的天然氣使用量。

        3.1.2 環(huán)保性目標(biāo)

        主要考慮電網(wǎng)購(gòu)電和使用天然氣所產(chǎn)生的CO2對(duì)環(huán)境的污染,以碳排放量最小作為環(huán)保性指標(biāo),建立目標(biāo)函數(shù)為

        式中:F2為系統(tǒng)總的碳排放量;γgrid為電網(wǎng)的碳排放系數(shù);γgas為天然氣的碳排放系數(shù)。

        3.2 約束條件

        3.2.1 功率平衡約束

        功率平衡約束條件為

        3.2.2 設(shè)備的運(yùn)行約束系統(tǒng)的設(shè)備需要滿足出力約束,即

        3.2.3 儲(chǔ)能裝置的相關(guān)約束

        儲(chǔ)能裝置的相關(guān)約束為

        3.2.4 能源網(wǎng)絡(luò)約束

        能源網(wǎng)絡(luò)的約束條件為

        式中:Pmax(t)為電網(wǎng)與系統(tǒng)之間的最大交換功率;Gmax(t)為單位時(shí)段內(nèi)系統(tǒng)購(gòu)入天然氣的上限。

        3.3 模型求解

        建立多目標(biāo)優(yōu)化模型可表示為

        式中:F1(x)為系統(tǒng)的總經(jīng)濟(jì)成本;F2(x)為系統(tǒng)的碳排放量;h(x)、g(x)分別為系統(tǒng)的能量平衡約束和設(shè)備運(yùn)行約束;x為系統(tǒng)各時(shí)刻設(shè)備的出力、系統(tǒng)購(gòu)電量和天然氣的購(gòu)氣量。

        多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題相較于單目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題而言,求解難度大大增加,對(duì)于此類(lèi)問(wèn)題的處理方式大多是將多目標(biāo)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)問(wèn)題,然后選擇合適的單目標(biāo)優(yōu)化算法或求解器進(jìn)行求解。

        為實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題到單目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題的轉(zhuǎn)化,引入碳排放懲罰因子,將碳排放量轉(zhuǎn)化為碳排放懲罰費(fèi)用,將其加入經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)中。其中,碳排放懲罰費(fèi)用可表示為

        式中:Cenv為系統(tǒng)的碳排放懲罰費(fèi)用;GCO2(t)為t時(shí)段系統(tǒng)的碳排放量;cCO2為碳排放懲罰因子。

        因此,系統(tǒng)總的經(jīng)濟(jì)成本Ctotal可表示為

        CPLEX 求解器具有編程語(yǔ)言多樣化、求解效率高等優(yōu)點(diǎn)。在MATLAB R2019a 平臺(tái)中利用集成在MATLAB 中的Yalmip優(yōu)化求解軟件包對(duì)問(wèn)題進(jìn)行建模,并調(diào)用CPLEX求解器進(jìn)行求解。

        4 算例分析

        4.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

        選擇青島某園區(qū)夏季典型日為一個(gè)完整的優(yōu)化運(yùn)行周期,以每小時(shí)作為一個(gè)優(yōu)化時(shí)段,共計(jì)24 個(gè)時(shí)段,該夏季典型日負(fù)荷需求及光伏出力曲線如圖3所示,其他相關(guān)參數(shù)如表1—表4所示。

        圖3 夏季典型日負(fù)荷需求及光伏出力曲線

        表1 各設(shè)備的運(yùn)維成本及輸出功率范圍

        表2 儲(chǔ)能設(shè)備相關(guān)參數(shù)

        表3 分時(shí)電價(jià)及氣價(jià)

        表4 其他參數(shù)

        4.2 仿真分析

        分別以經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)、環(huán)保性最優(yōu)和考慮系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性的綜合目標(biāo)最優(yōu)3 種優(yōu)化目標(biāo)對(duì)模型進(jìn)行仿真分析,具體結(jié)果如表5所示。

        表5 不同優(yōu)化目標(biāo)下PIES的優(yōu)化指標(biāo)對(duì)比

        由表5 可知,在綜合目標(biāo)最優(yōu)模型下,系統(tǒng)的購(gòu)氣量相比于環(huán)保性最優(yōu)運(yùn)行時(shí)減少了3 013.4 m3,但購(gòu)電量卻增加了13 564.2 kWh,從而導(dǎo)致系統(tǒng)的碳排放量增加了1 976 kg,但總經(jīng)濟(jì)成本卻減少了5 265元;而相比于經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)運(yùn)行時(shí),系統(tǒng)的購(gòu)電量下降了1 291 kWh,購(gòu)氣量增加了199.6 m3,系統(tǒng)的總經(jīng)濟(jì)成本相比于經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)運(yùn)行時(shí)增加了939元。通過(guò)對(duì)比分析可以發(fā)現(xiàn),在綜合優(yōu)化目標(biāo)下,通過(guò)優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)內(nèi)的各設(shè)備的運(yùn)行方式和出力,可有效降低系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用,平衡經(jīng)濟(jì)與環(huán)境之間的效益,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的低碳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

        因此,重點(diǎn)對(duì)綜合優(yōu)化目標(biāo)下的設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行詳細(xì)分析,以便進(jìn)一步明確各設(shè)備的運(yùn)行情況,指導(dǎo)實(shí)際園區(qū)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度安排。系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備的出力情況如圖4—圖6所示。

        圖4 電平衡優(yōu)化調(diào)度

        圖5 冷平衡優(yōu)化調(diào)度

        圖6 熱平衡優(yōu)化調(diào)度

        由圖4—圖6 可知,系統(tǒng)的電、冷、熱能源通過(guò)相互耦合、協(xié)同互補(bǔ),完成了整個(gè)調(diào)度周期的負(fù)荷供給。在23:00—07:00 時(shí)段,系統(tǒng)優(yōu)先利用低谷電能為電制冷機(jī)和電負(fù)荷供電,同時(shí)補(bǔ)充電儲(chǔ)能裝置的部分電能缺額。此時(shí)段系統(tǒng)的熱負(fù)荷需求主要靠燃?xì)忮仩t提供。在07:00—11:00 和17:00—22:00 時(shí)段,處于用電高峰,電價(jià)相對(duì)較高,因此采用燃?xì)廨啓C(jī)供電,同時(shí)采用電儲(chǔ)能裝置進(jìn)行補(bǔ)充供電,以提高經(jīng)濟(jì)性;燃?xì)廨啓C(jī)為余熱鍋爐提供了大量可用余熱,余熱鍋爐將余熱轉(zhuǎn)化為可直接利用的熱能供給系統(tǒng)熱負(fù)荷需求和吸收式制冷機(jī)制冷,同時(shí)利用蓄熱裝置儲(chǔ)能。在11:00—17:00 和22:00—23:00 時(shí)段,此時(shí)電價(jià)處于平價(jià)時(shí)段,電負(fù)荷需求相對(duì)降低,此時(shí)用電的經(jīng)濟(jì)性高于使用燃?xì)廨啓C(jī),特別是在11:00—17:00 時(shí)段,冷負(fù)荷需求達(dá)到高峰,系統(tǒng)在優(yōu)先利用光伏出力的基礎(chǔ)上,采用電網(wǎng)購(gòu)電的方式滿足電負(fù)荷和冷負(fù)荷需求,同時(shí)補(bǔ)充儲(chǔ)電和儲(chǔ)冷裝置的能量,但由于購(gòu)電功率的限制,不足負(fù)荷需求由燃?xì)廨啓C(jī)提供。

        在綜合最優(yōu)目標(biāo)下,系統(tǒng)儲(chǔ)能裝置的功率變化如圖7 所示。在低電價(jià)和平電價(jià)區(qū)間時(shí),系統(tǒng)優(yōu)先利用低價(jià)電能補(bǔ)充電儲(chǔ)能裝置電能缺額。低電價(jià)時(shí)段由于沒(méi)有余熱產(chǎn)生,熱負(fù)荷需求優(yōu)先由熱儲(chǔ)能裝置提供,儲(chǔ)熱容量達(dá)到最小值后采用燃?xì)忮仩t供熱。在07:00—11:00 和17:00—22:00 用電高峰時(shí)段,電儲(chǔ)能裝置開(kāi)始出力,補(bǔ)充部分電能缺額,直至電儲(chǔ)能容量達(dá)到最小值;由于此時(shí)段主要采用燃?xì)廨啓C(jī)供能,因此產(chǎn)生大量余熱,經(jīng)余熱鍋爐轉(zhuǎn)化后供給吸收式制冷機(jī)和熱負(fù)荷需求,同時(shí)補(bǔ)充儲(chǔ)冷和儲(chǔ)熱裝置的能量缺額。在11:00—17:00 時(shí)段,冷負(fù)荷需求達(dá)到高峰,儲(chǔ)冷裝置開(kāi)始供能,其儲(chǔ)冷容量快速下降,達(dá)到最小容量值后,由吸收式制冷機(jī)補(bǔ)充部分冷負(fù)荷缺額。在12:00—15:00 時(shí)段,出于經(jīng)濟(jì)性考慮,熱負(fù)荷需求優(yōu)先由儲(chǔ)熱裝置提供。根據(jù)相關(guān)約束條件,始末儲(chǔ)能容量須相同,因此在22:00—23:00 平電價(jià)區(qū)間,系統(tǒng)補(bǔ)充電儲(chǔ)能容量,在18:00—24:00 時(shí)段,系統(tǒng)逐漸補(bǔ)充儲(chǔ)冷和儲(chǔ)熱裝置的儲(chǔ)能容量,使其達(dá)到初始容量值。

        圖7 儲(chǔ)能裝置的容量變化

        PIES 根據(jù)分時(shí)電價(jià)和光伏出力情況,合理調(diào)整購(gòu)電量和天然氣購(gòu)氣量,在滿足系統(tǒng)多元負(fù)荷需求和設(shè)備運(yùn)行約束的基礎(chǔ)上,對(duì)系統(tǒng)內(nèi)各種供儲(chǔ)能設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度,實(shí)現(xiàn)了冷、熱、電多元負(fù)荷的供需平衡,在兼顧環(huán)保性的同時(shí),最大限度降低了系統(tǒng)的日運(yùn)行經(jīng)濟(jì)成本,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的低碳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

        5 結(jié)語(yǔ)

        通過(guò)引入碳排放懲罰因子,將考慮經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性的多目標(biāo)日前優(yōu)化模型轉(zhuǎn)化成單目標(biāo)問(wèn)題進(jìn)行求解。通過(guò)算例對(duì)比分析可以發(fā)現(xiàn):相對(duì)于單一經(jīng)濟(jì)性目標(biāo),在綜合目標(biāo)下系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)成本略有增加,但碳排放量有所減少,對(duì)環(huán)境更加友好;而對(duì)比單一的環(huán)保性目標(biāo)來(lái)講,系統(tǒng)的碳排放量增加16.2%,但經(jīng)濟(jì)性成本下降19.4%。由此可見(jiàn),所建模型在綜合最優(yōu)目標(biāo)下,可以充分發(fā)揮系統(tǒng)的多能互補(bǔ)優(yōu)勢(shì),減少能源浪費(fèi),平衡經(jīng)濟(jì)與環(huán)境之間的效益,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的低碳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

        研究中采用光伏設(shè)備作為新能源的代表,沒(méi)有考慮風(fēng)電等可再生能源的優(yōu)化調(diào)度,同時(shí)忽略了新能源出力的間歇性和波動(dòng)性對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的影響。因此,在后續(xù)研究中,可以分析風(fēng)電等可再生能源的加入對(duì)系統(tǒng)設(shè)備出力的影響,進(jìn)一步研究其功率波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行造成的影響。

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