考虑综合需求响应的综合能源系统优化调度研究

作     者：郭福音 

作者单位：东北电力大学 

学位级别：硕士

导师姓名：崔杨

授予年度：2022年

学科分类：080702[工学-热能工程] 0808[工学-电气工程] 080802[工学-电力系统及其自动化] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：综合能源系统 (火用)效率 综合需求响应 风电消纳 优化调度 

摘      要：在能源危机日益严重和我国“2030碳达峰、2060碳中和的“双碳目标背景下,综合能源系统依靠多种能源的耦合转换、互补互济及电能替代等措施能够实现能源的清洁高效、绿色低碳使用,因此综合能源系统在此背景下具有较好的发展前景。但核心机组热电联供“以热定电运行约束限制了综合能源系统供暖季供能方式的灵活性,源荷两侧电热供需关系的矛盾也加剧了风电弃风现象,导致供暖季运行成本较高。为缓解风电弃风现象,促进能源高效利用,充分挖掘源荷两侧可调度资源的价值,源侧借助多种能源互补互济、耦合机组协调配合,荷侧利用可调度资源的调用特性,源荷协调使得弃风现象减少的同时保证运行经济性,为综合能源系统的发展创造良好环境。为此,本文一方面在源侧引入变工况运行的高能效比空气源热泵、含余热回收的电转气装置解耦热电联供“以热定电运行约束,促进风电消纳;另一方面在荷侧挖掘多能用户用能需求的削减、转移、转换价值,建立对应的综合需求响应模型,协助风电并网消纳。源荷协调促进风电消纳,提高系统运行经济性。本文研究主要工作分为以下四方面。首先,对综合能源系统的架构及多能耦合机组运行机理进行分析建模。源侧引入空气源热泵与热电联供联合供热的同时,构建热泵变工况运行模型,提高建模精确性;分析电转气反应热回收利用的可行性,延伸电转气消纳风电价值。荷侧利用多种能源的互补互济,对多能用户的削减、转移、转换价值进行分析,分析价格型、激励型、替代型三种需求响应项目风电消纳机理及其对于风电消纳的影响。其次,在确定性环境下构建以运行总成本最低的综合能源系统源荷协调配合优化模型。源侧借助空气源热泵、考虑余热回收的电转气与热电联供联合供热,压缩热电联供供暖季弃风时段的强制电出力;荷侧利用含电能替代的综合需求响应,引导用户削减、转移、转换用能时段及用能形式;以调度周期内系统运行成本最小与风电消纳最高为目标优化系统运行。仿真结果表明:含用能替代的综合需求响应模型能够有效缓解电热曲线供需矛盾紧张关系,源荷协调优化调度模型能够有效减少弃风现象,系统运行总成本得到降低。最后,构建不确定性环境下以能源(火用)效率及运行经济性为多目标的区间优化调度模型。源侧考虑风光出力不确定性、耦合机组转换效率不确定性,荷侧考虑综合需求响应不确定性等多重不确定性的影响,以基于热力学第二定律的能源利用(火用)效率最高、系统运行成本最低为目标优化系统运行。算例结果表明,(火用)效率能够量化能源在生产转换过程中的“量损耗以及“质损耗,区间线性规划方法能够降低对预测精度的依赖,提高系统应对不确定性的能力。