李 茜，賓 帆，張安安，王思遠，2，廖長江，3，楊 威

（1. 西南石油大學(xué)電氣信息學(xué)院,四川省成都市 610500；2. 南京南瑞水利水電科技有限公司,江蘇省南京市 211000；3. 成都岷山綠氫能源有限公司,四川成都市 610094）

0 引言

“雙碳”目標下,低碳能源和清潔能源的快速發(fā)展正積極推動著中國能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型。作為化石能源中最清潔的一次能源,天然氣被廣泛使用,是國內(nèi)能源轉(zhuǎn)型過程中的重要支撐力量。中國的能源資源與負荷中心呈逆向分布,西氣東輸、西電東送實現(xiàn)了能源資源優(yōu)化與各地區(qū)的協(xié)調(diào)發(fā)展,但在能源傳輸過程中,不僅傳輸損耗巨大,而且輸送走廊也受到地理條件限制。 復(fù)合能源管道（composite energy pipeline,CEP）作為新興的氣-電協(xié)同輸送方式,利用液化天然氣（liquified natural gas,LNG）混合工質(zhì)作為超導(dǎo)電纜的冷卻介質(zhì),同時輸送LNG 和電能,能有效降低能量傳輸過程中的能量損耗,節(jié)約能源走廊,是解決中國當前能源和負荷中心呈逆向分布特征的重要途徑［1］。

根據(jù)輸送低溫燃料的不同,能源管道分為氫電一體化輸送管道和氣電一體化輸送管道。文獻［2］提出一種采用液氫作為制冷和能源傳輸?shù)碾p極多芯型超級電纜設(shè)計；文獻［3］在概念設(shè)計的基礎(chǔ)上,采用液氫冷卻的超導(dǎo)直流電纜實現(xiàn)電力和液氫一體化輸送。隨著天然氣輸送的迅速發(fā)展,采用LNG 冷卻超導(dǎo)電纜進行電力/LNG 一體化輸送的CEP 的研究逐漸發(fā)展起來,文獻［4］采用在兩個同軸LNG 管道中加入超導(dǎo)電纜的結(jié)構(gòu),中國科學(xué)院電工研究所也提出了一些概念性設(shè)計［5-6］,并完成了10 kV/1 kA超導(dǎo)直流能源管道原理驗證樣機研制及試驗。綜上所述,CEP 的可行性已得到充分論證,并已經(jīng)進入與實際規(guī)劃和建設(shè)相結(jié)合的階段,亟須對CEP 在實際應(yīng)用場景中的運行優(yōu)化策略進行研究。

多能協(xié)同優(yōu)化已成為以電為核心、能源耦合程度日益增加的中心城市等負荷集中區(qū)域消納新能源的重要手段。 區(qū)域綜合能源系統(tǒng)（regional integrated energy system,RIES）具備多種能源耦合緊密和能源密集等特征,新形式的能源可以進行良好的消納［7］。文獻［8］提出一種由核能、氫電超導(dǎo)電纜共同組成的超級電網(wǎng),初步設(shè)計了未來以超導(dǎo)與液氫一體化能源管道供能的城市綜合能源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；文獻［9］提出一種超導(dǎo)綜合能源系統(tǒng)結(jié)構(gòu),詳細介紹了以CEP 為能源傳輸載體的綜合能源系統(tǒng)工作方式?？梢?將CEP 作為RIES 的供能終端逐漸成為CEP 應(yīng)用的新模式。

為引導(dǎo)用戶合理用能、幫助能源網(wǎng)絡(luò)平緩負荷波動,有必要考慮需求側(cè)對RIES 優(yōu)化調(diào)度的影響。文獻［10］從理論角度建立了價格型需求響應(yīng)模型,并分析了價格彈性矩陣與負荷隨電價的變化關(guān)系；文獻［11］以滿足系統(tǒng)負荷平衡為優(yōu)化目標,從不同用戶的角度出發(fā),制定電能與熱能的綜合需求響應(yīng)策略；文獻［12］考慮了清潔能源加入對RIES 中的電、熱需求響應(yīng)的影響,建立了RIES 日前經(jīng)濟調(diào)度模型,對比了加入需求響應(yīng)之后系統(tǒng)對清潔能源的消納能力；文獻［13-14］在熱電聯(lián)產(chǎn)機組的基礎(chǔ)上,從市場角度出發(fā),提出了考慮綜合需求響應(yīng)的電-氣-熱聯(lián)合優(yōu)化交易策略,對負荷聚合商如何參與多能源日前市場交易進行了分析?，F(xiàn)有關(guān)于RIES 的需求響應(yīng)優(yōu)化研究主要圍繞以電、氣輸入為主的RIES,尚不足以為解決基于CEP 供能的新型RIES（CEP-RIES）輸入冷能消納問題和系統(tǒng)電、氣、冷、熱、LNG 等能源市場供應(yīng)協(xié)調(diào)問題提供解決方案。

針對上述問題,本文首先基于CEP 結(jié)構(gòu)和材料參數(shù),建立了CEP 的能量傳輸模型,得到了CEP 的能量傳輸特性；其次,構(gòu)建了一種CEP-RIES 模型,制定了梯級利用CEP 攜帶冷能的回收策略,并基于此建立了系統(tǒng)能量-物質(zhì)轉(zhuǎn)換傳輸模型；然后,考慮電、氣價格需求響應(yīng)和氣負荷激勵需求響應(yīng),提出了電-氣綜合需求響應(yīng)機制,并以系統(tǒng)最低成本為優(yōu)化目標,建立了考慮綜合需求響應(yīng)的CEP-RIES 多能流優(yōu)化調(diào)度模型；最后,選取中國西南某地區(qū)RIES負荷數(shù)據(jù)進行算例分析,驗證了所提出優(yōu)化調(diào)度模型的經(jīng)濟性。

1 CEP 傳輸特性

CEP 作為RIES 的供能設(shè)備,采用高溫超導(dǎo)電纜輸電,傳輸?shù)腖NG 為高溫超導(dǎo)電纜提供工作所需的過冷環(huán)境,使得電纜處于超導(dǎo)工作狀態(tài),極大地降低了輸電過程中的損耗。

CEP 結(jié)構(gòu)如圖1 所示。當CEP 運行時,電能以直流的方式通過高溫超導(dǎo)電纜進行傳輸,LNG 作為高溫超導(dǎo)電纜的冷卻工質(zhì),在內(nèi)LNG 管和外LNG管同時輸送,中途通過冷泵站提供保持過冷狀態(tài)所需的冷量與輸送壓力［15］。

CEP 的可用性與運行溫度緊密相關(guān)。如式（1）、式（2）所示,當管道溫度T低于臨界溫度Tc時,超導(dǎo)電纜進入超導(dǎo)工作狀態(tài),傳輸過程中的損耗忽略不計；當管道溫度T高于臨界溫度Tc時,超導(dǎo)電纜失超,電纜無法繼續(xù)傳輸電能。

式（5）表明,保持CEP 傳輸系統(tǒng)穩(wěn)定的最小流量WCEP,LNG,min只與超導(dǎo)電纜所用帶材的臨界溫度有關(guān),在保證實際流量不小于LNG 最小流量的情況下,系統(tǒng)即可保持動態(tài)穩(wěn)定。

2 基于CEP 供能的RIES 結(jié)構(gòu)及模型

2.1 基于CEP 供能的RIES 結(jié)構(gòu)

CEP 輸送的LNG 需要釋放冷能才能轉(zhuǎn)化為天然氣供用戶使用,每標準立方米的LNG 氣化時會釋放大量的高品位冷能。目前,尚未有研究給出這部分CEP 輸入冷能的處理方案。本文考慮將CEP 輸入的冷能引入RIES,不僅可以將這部分冷能用于發(fā)電與制冷,還可以提高RIES 的多能流耦合性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本文建立的CEP-RIES 模型結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 CEP-RIES 模型結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of CEP-RIES model

相比于傳統(tǒng)能量分供系統(tǒng)（separate power system,SPS）供能的RIES,CEP-RIES 一方面實現(xiàn)了電、氣、冷能源的綜合傳輸；另一方面,實現(xiàn)了CEP 冷能的梯級利用。

2.2 冷能梯級利用能量傳遞模型

CEP 輸入RIES 的溫度與RIES 用冷溫度相差較大,CEP 冷能直接用于供冷將導(dǎo)致很大的冷量?損失,使得冷能丟棄嚴重。而采用能量梯級利用的方式［17］,能夠提高能源利用率、緩解能源緊缺。因此,本文采用了發(fā)電-供冷兩級冷能梯級利用方案,隨著LNG 溫度的升高逐級利用。CEP 冷能梯級綜合利用模塊結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 冷能梯級利用示意圖Fig.3 Schematic diagram of cooling energy cascade utilization

2.3 冷熱電聯(lián)產(chǎn)機組的能流模型

冷熱電聯(lián)產(chǎn)（combined cooling,heating and power,CCHP）機組作為RIES 的核心模塊,主要包括MT、溴化鋰制冷機和空調(diào)機（air conditioner,AC）。

MT 和溴化鋰制冷機的數(shù)學(xué)模型如式（10）—式（12）所示［18］。

式中:HMT和PMT分別為MT 排氣余熱量和輸出電功率；ηMT為MT 的發(fā)電效率,可由三次多項式擬合進行計算；ηL為熱損失系數(shù)；HABC和QABC分別為溴化鋰制冷機的制熱量和制冷量；ηh、ηc、ηr分別為溴化鋰制冷機的制熱、制冷系數(shù)和煙氣回收率。

其中,MT 耗氣量與MT 發(fā)電量之間的非線性數(shù)學(xué)關(guān)系如式（13）所示。

式 中:HAC、QAC和PAC分 別 為AC 制 熱、制 冷 和 用 電功率；ηAC,h和ηAC,c分別為AC 制熱和制冷效率；ηL,h和ηL,c分別為制熱和制冷能量損失系數(shù)；JAC,h和JAC,c分別為AC 制熱能效比和制冷能效比。

3 電-氣綜合需求響應(yīng)優(yōu)化調(diào)度模型

3.1 電-氣綜合需求響應(yīng)模型

傳統(tǒng)的需求響應(yīng)模型僅對電負荷進行調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)方式通常利用價格信號刺激用戶主動改變用電習(xí)慣,對單一能源負荷采取需求響應(yīng)策略具有很大的局限性,不能充分發(fā)揮RIES 的靈活性。在CEPRIES 中,負荷包含電、氣、冷、熱等多種能量類型,其中天然氣與電能一樣擁有市場商品的屬性,也可以參與需求響應(yīng)調(diào)節(jié),以提高系統(tǒng)整體調(diào)節(jié)能力以及調(diào)節(jié)的經(jīng)濟性。同時,CEP-RIES 內(nèi)各種能源間的相互耦合使得負荷可以相互轉(zhuǎn)換與替代,能以多能互補的方式參與需求響應(yīng)。本文所構(gòu)建的需求響應(yīng)模型包含負荷轉(zhuǎn)移和負荷替代兩部分內(nèi)容,通過負荷在時間上的平移與電、氣、冷、熱等多種能源耦合互補的方式來實現(xiàn)平抑負荷、削峰填谷。

3.1.1 電-氣價格型需求響應(yīng)

本文在分時電（氣）價的基礎(chǔ)上,采用需求價格彈性理論來建立電（氣）負荷的價格型需求響應(yīng)（price-based demand response,PBDR）模型,采用分時價格分析PBDR 對CEP-RIES 優(yōu)化調(diào)度的影響。需求價格彈性反映了不同時期能源負荷對能源價格的敏感度,即一定時期內(nèi)負荷變化率與價格變化率的比值［19-21］。電（氣）負荷價格彈性矩陣由自彈性系數(shù)cx,tt和交叉彈性系數(shù)cx,tk組成,其中,x∈{E,G },E表示電負荷、G 表示氣負荷；自彈性系數(shù)cx,tt表征t時段電（氣）負荷對當前時段電（氣）價變化的響應(yīng),交叉彈性系數(shù)cx,tk表征t時段電（氣）負荷對k時段電（氣）價變化的響應(yīng)。

根據(jù)需求價格彈性矩陣,實施PBDR 后電（氣）負荷需求與價格存在以下關(guān)系:

式中:Lx,t0和Lx,t分別為PBDR 實施前、后t時段的電（氣）負荷量；qx,t0和qx,t分別為PBDR 實施前、后t時段電（氣）價格；qx,k0和qx,k分別為PBDR 實施前、后k時段電（氣）價格；N為一天總時段數(shù),取值為24。

PBDR 實施前后,電（氣）價格分別為分時電（氣）價和實時電（氣）價。實時電（氣）價與分時電（氣）價可由式（17）求得［22］。

式中:βx,t為t時段電（氣）負荷價格的浮動因子。

3.1.2 氣負荷激勵型需求響應(yīng)

CEP-RIES 從CEP 接收LNG,轉(zhuǎn)化為天然氣,對釋放的冷能進行統(tǒng)一回收,再將轉(zhuǎn)化的天然氣分配向下游天然氣配網(wǎng),其氣負荷不僅包括區(qū)域內(nèi)各用戶的氣負荷,也包含配氣網(wǎng)下游的天然氣需求。CEP-RIES 作為整個區(qū)域的天然氣調(diào)配中心,可以代表整個區(qū)域參與天然氣網(wǎng)絡(luò)的調(diào)節(jié),且可調(diào)節(jié)幅度相對于配網(wǎng)的各個小用戶更大。因此,本文考慮加入天然氣負荷的激勵型需求響應(yīng)（incentive-based demand response,IBDR）,CEP-RIES 內(nèi)的可削減氣負荷參與天然氣市場的IBDR。CEP-RIES 與天然氣運營公司簽訂需求響應(yīng)協(xié)議,配合對方進行市場調(diào)度,通過在指定時段內(nèi)對天然氣需求量進行增減來獲得相應(yīng)的經(jīng)濟激勵。所獲得的經(jīng)濟收益FIBDR的表達式如式（18）所示。

3.1.3 用戶滿意度模型

在將PBDR 加入CEP-RIES 的優(yōu)化調(diào)度后,當價格提高時,會抑制用戶的用能需求,用戶會主動放棄一部分或全部可避免型負荷,并將一部分或全部分時避免型負荷轉(zhuǎn)移到別的時段使用。這種方式在改變負荷曲線的同時,也給用戶帶來不便。如果僅以用能價格來對負荷進行優(yōu)化調(diào)整,不考慮用戶體驗,則實質(zhì)上一定程度地損害了用戶的利益。本文采用文獻［23］提出的用戶用能方式滿意度ms和用能費用支出滿意度mp作為用戶滿意度指標,并將其作為約束條件,二者的數(shù)學(xué)表達式如式（19）、式（20）所示。

式中:|ΔLE,t|和|ΔLG,t|分別為實施前、后t時段電負荷和氣負荷改變量的絕對值；LE,t0和LG,t0分別為實施前t時 段 的 電、氣 負 荷 量；ΔqE,t和ΔqG,t分 別 為 實 施前、后t時段的電、氣價格變化量；qE,t0和qG,t0分別為實施前t時段的電價和氣價。

3.2 優(yōu)化調(diào)度模型

3.2.1 目標函數(shù)

CEP-RIES 的經(jīng)濟調(diào)度目標是在滿足系統(tǒng)運行約束條件的情況下,通過合理調(diào)度各個能量耦合元件的出力,使系統(tǒng)運行成本最低。因此,考慮綜合需求響應(yīng)的CEP-RIES 優(yōu)化調(diào)度模型的目標函數(shù)如式（21）所示。

minF=min(FE+FG+FOM-FIBDR) （21）

式中:F為優(yōu)化目標；FE為系統(tǒng)從CEP 終端的購電成本；FG為系統(tǒng)從CEP 終端的購氣成本；FOM為CEP-RIES 設(shè)備的運維成本。其中,FE、FG、FOM的計算式如下:

式中:ms,min和mp,min分別為用能方式滿意度和用能費用支出滿意度的最小值。

3.2.3 模型求解方法

本文所建立的數(shù)學(xué)模型是一個混合整數(shù)非線性規(guī)化（MINLP）問題,可利用文獻［24］的方法將其轉(zhuǎn)化為混合整數(shù)線性規(guī)劃問題,具體線性化原理詳見附錄A。在MATLAB 環(huán)境下,采用YALMIP 建模并調(diào)用CPLEX 求解器快速求解,得到需求響應(yīng)策略及優(yōu)化目標函數(shù)值。

4 算例仿真

4.1 算例基本描述

本文以中國西南地區(qū)某調(diào)壓站數(shù)據(jù)與一個典型RIES 作為研究對象。本文采用日前優(yōu)化調(diào)度,單位調(diào)度時間Δt=1 h,Δt內(nèi)各裝置出力及交互功率恒定不變。取分時電價的需求響應(yīng)自彈性系數(shù)為-0.2,交叉彈性系數(shù)為0.03；取分時天然氣價格的需求響應(yīng)自彈性系數(shù)為-0.58,交叉彈性系數(shù)為0.1［25］。參與IBDR 的氣負荷為可削減型氣負荷,占總氣負荷的5%,允許這部分負荷在必要時進行切除,參與IBDR 的氣負荷補償價格為2.5 元/m3,并根據(jù)削減量進行經(jīng)濟補償。

峰、平、谷時的分時電價與天然氣分時氣價分別如表1 和表2 所示。

表1 各時段的分時電價Table 1 Time-of-use electricity price of each time period

表2 各時段的分時氣價Table 2 Time-of-use gas price of each time period

電、冷、熱、LNG 四種負荷的預(yù)測數(shù)值詳見附錄B 圖B1。

為驗證本文所提CEP-RIES 較傳統(tǒng)SPS 的優(yōu)越性,以及考慮綜合需求響應(yīng)的CEP-RIES 優(yōu)化調(diào)度模型的有效性,設(shè)置了如表3 所示的4 種場景對CEP-RIES 優(yōu)化調(diào)度結(jié)果進行對比分析。

表3 場景分類Table 3 Scenario classification

4.2 CEP-RIES 優(yōu)化分析

為驗證本文所構(gòu)建的冷能梯級利用模塊對于提高系統(tǒng)能源利用率的有效性,以及CEP-RIES 較傳統(tǒng)SPS 能提高系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性,以夏季數(shù)據(jù)為例,對場景1、2、3 分別進行仿真分析。3 種場景下系統(tǒng)中各供冷元件、供電元件的優(yōu)化出力分別如圖4、圖5 和圖6 所示。

圖4 場景1 夏季優(yōu)化調(diào)度后供冷/供電元件出力Fig.4 Output of cooling and electricity supply components after optimal dispatch in summer in scenario 1

圖5 場景2 夏季優(yōu)化調(diào)度后供冷/供電元件出力Fig.5 Output of cooling and electricity supply components after optimal dispatch in summer in scenario 2

圖6 場景3 夏季優(yōu)化調(diào)度后供冷/供電元件出力Fig.6 Output of cooling and electricity supply components after optimal dispatch in summer in scenario 3

場景1 中,圖4（a）和（b）反映了系統(tǒng)受分時電價的影響,在00:00—07:00 和23:00—24:00 電價低谷期,基本采用電制冷。系統(tǒng)在電價較高的下午采用MT 發(fā)電,大比例地使用溴化鋰制冷,但仍需提供額外的電能用于AC 制冷,滿足系統(tǒng)冷負荷。

場景2 中,如圖5（a）所示,CEP 輸入的LNG 冷能進行回收后全部用于供冷,系統(tǒng)大部分冷負荷由LNG 冷能回收供應(yīng)。從圖5（b）可以看出,在電價較高的時段,系統(tǒng)采用MT 發(fā)電來滿足電負荷和熱負荷需求,多余的熱量通過溴化鋰制冷機轉(zhuǎn)化為冷能進行消納。對比場景1,場景2 雖然對LNG 冷能進行了回收利用,但系統(tǒng)冷能供應(yīng)處于過剩狀態(tài),冷能利用效率不高。

場景3中,對LNG 冷能進行梯級利用。由圖6（a）和（b）可以看出,CEP 輸入冷能除向系統(tǒng)供冷之外,還可以用于發(fā)電,可以更加靈活地參與多能流的聯(lián)合調(diào)度。對比圖5（a）可以看出,系統(tǒng)的棄冷量大大減少,這主要是因為過剩的冷能被轉(zhuǎn)化為電能。

從經(jīng)濟角度分析,表4 是場景1～3 在夏季典型日的調(diào)度結(jié)果。從表中可以看出:1）購電量（購氣量）:場景1>場景2>場景3；2）能源利用率/?效率/單日盈利:場景1<場景2<場景3,場景2 與場景3 的系統(tǒng)每日利潤較場景1 分別提高了13.8%和28.3%。可以看出,通過CEP 冷能回收,系統(tǒng)大量減少了電制冷的耗電量,冷能的梯級利用的發(fā)電量也滿足了一部分的電負荷。因此,相較于傳統(tǒng)SPS,由CEP 供能的RIES 能源利用率和系統(tǒng)的盈利能力都得到了較大的提高。

表4 各場景夏季典型日調(diào)度結(jié)果Table 4 Dispatch results of typical summer days in each scenario

4.3 綜合需求響應(yīng)優(yōu)化分析

為驗證本文所提出的綜合需求響應(yīng)模型與CEP-RIES 優(yōu)化調(diào)度模型的有效性與可行性,驗證考慮需求響應(yīng)后的優(yōu)勢,對場景3 和場景4 仿真結(jié)果進行對比分析。

圖7（a）和（b）分別為系統(tǒng)采取綜合需求響應(yīng)前后的電、氣負荷的變化對比圖。

從圖7（a）和（b）可以看出,PBDR 模型很好地起到了負荷引導(dǎo)的作用,負荷隨電價的變化而變化,抑制了部分高峰時段（11:00—21:00）的可避免型電、氣負荷,并引導(dǎo)分時可避免型電、氣負荷轉(zhuǎn)移到低谷時段（01:00—08:00、22:00—24:00）。

圖7 需求響應(yīng)前后的電/氣負荷變化Fig.7 Electricity and gas load changes before and after demand response

氣負荷則在經(jīng)過PBDR 后,按照事先簽訂的協(xié)議配合天然氣運營公司的調(diào)度指令,采用IBDR 進一步縮小氣負荷的峰谷差。從電、氣負荷變化圖中可以看出,采用綜合需求響應(yīng)后,用戶電負荷的峰谷差相較于不考慮綜合需求響應(yīng)下降了24.71%,氣負荷的峰谷差則下降了28.64%。因為采用了PBDR,CEP-RIES 的單日內(nèi)總電負荷下降了0.93%,單日內(nèi)總氣負荷下降了1.01%,占總負荷比例極小,不會影響系統(tǒng)。

根據(jù)綜合需求響應(yīng)的理論,系統(tǒng)采用電價、氣價作為引導(dǎo),對比圖8（a）和（b）的電能優(yōu)化調(diào)度結(jié)果可知,CEP-RIES 根據(jù)電價的變化調(diào)整供電方案,在低電價時段采用電網(wǎng)購電滿足系統(tǒng)的電負荷,在高電價時段則采用CCHP 燃氣發(fā)電。綜合需求響應(yīng)機制平緩了CEP-RIES 的電負荷波動幅度,可以有效緩解CEP 的供能壓力,使得CEP-RIES 以更加高效、經(jīng)濟的方式運行。

圖8 不同場景下電能的優(yōu)化調(diào)度結(jié)果Fig.8 Optimal dispatch results of electric energy in different scenarios

作為CEP 輸入冷能的另一種使用方式,CEP輸入冷能供冷的出力變化如圖9 所示?？梢钥闯?受氣負荷變化影響,CEP 輸入冷能供冷的出力也變得平緩。需求響應(yīng)前,單日內(nèi)CEP輸入冷能供冷出力為76.063 MW,需求響應(yīng)后下降到75.787 MW,下降了0.36%。

圖9 需求響應(yīng)前后CEP 輸入冷能供冷量變化示意圖Fig.9 Schematic diagram of changes in cooling energy supply of CEP before and after demand response

表5 為兩種不同場景下的CEP-RIES 優(yōu)化調(diào)度結(jié)果的運維成本。場景4 考慮綜合需求響應(yīng)的優(yōu)化調(diào)度的總運維費用比場景3 降低了6.63%,即提升了CEP-RIES 的經(jīng)濟性與可靠性。對比場景3 與場景4 可知,采用綜合需求響應(yīng)機制使得CEP-RIES主動轉(zhuǎn)移負荷,在減少購能費用的同時,也得到了一定的IBDR 經(jīng)濟補償。CEP-RIES 對CEP 輸入冷能的消納在較大程度上減少了能源的消耗,提高了能源利用效率,在系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度中考慮綜合需求響應(yīng)機制,可以充分挖掘多能流耦合系統(tǒng)的需求響應(yīng)潛力,尤其是對天然氣市場的需求響應(yīng)潛力。在滿足系統(tǒng)日常負荷需求的基礎(chǔ)上,參與電力市場與天然氣市場的靈活調(diào)度,可以提高系統(tǒng)穩(wěn)定運行的經(jīng)濟性與可靠性,也緩解了外部能源網(wǎng)絡(luò)的供能壓力。

表5 各場景下的CEP-RIES 運維費用Table 5 Operation and maintenance costs of CEPRIES in different scenarios

5 結(jié)語

本文通過對CEP 能量傳輸模型的研究,構(gòu)建了一種基于CEP 供能的RIES,并針對CEP 輸入冷能回收利用方式單一及冷能回收效率低的問題,提出一種CEP 冷能發(fā)電與供冷梯級利用的集成方案。同時,考慮電、氣能源市場供能需求波動的問題,建立了考慮電-氣綜合需求響應(yīng)的優(yōu)化調(diào)度模型,并得到以下結(jié)論:

1）在能量傳輸過程中,管內(nèi)LNG 流量和冷能損耗會影響CEP 的工作溫度,并且傳輸過程的冷能損耗與管道參數(shù)和傳輸距離呈正相關(guān)。

2）相較于場景1 中的傳統(tǒng)SPS,場景2、3 所建立的CEP-RIES 每日盈利分別提高了13.8% 和28.3%,表明CEP-RIES 能夠有效解決系統(tǒng)能源利用率低的問題。

3）考慮綜合需求響應(yīng)的RIES 的優(yōu)化調(diào)度能夠平緩負荷波動,用戶電、氣負荷的峰谷差相較于不考慮綜合需求響應(yīng)時分別下降了24.71%和28.64%,表明引入電-氣綜合需求響應(yīng)后,激發(fā)了CEP-RIES運行的靈活性,能夠有效平緩負荷側(cè)的能源波動。

需要指出的是,本文在構(gòu)建綜合需求響應(yīng)模型時,并未將冷、熱負荷納入考慮。同時,對冷能梯級回收利用的具體實施方案也需要在后續(xù)研究中展開。

本文在撰寫過程中，得到西南石油大學(xué)自然科學(xué)“揭榜掛帥”項目(2021JBGS06)的資助，特此感謝！

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