生物质-P2G耦合的设施农业产业园区IES低碳调度策略研究

作     者：常学武 

作者单位：兰州理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈伟

授予年度：2023年

学科分类：082803[工学-农业生物环境与能源工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 

主      题：设施农业 综合能源系统 生物质-P2G耦合 低碳优化调度策略 多时间尺度 

摘      要：设施农业是一种集约化程度较高的农业生产方式,代表了农业现代化的方向。实现“碳达峰、碳中和的“双碳目标,为新时代设施农业产业的发展提出了新的要求。设施农业产业园区综合能源系统(Integrated Energy System,IES)作为设施农业产业的重要组成部分,系统中耦合设备种类多、能源供给方式复杂且含大量的生物质资源,生物质的直接使用产生的碳排放不利于“双碳目标下设施农业的发展要求,并且伴随着可再生能源供能以及负荷需求的不确定性,都为“双碳目标下设施农业产业园区综合能源系统的发展提出了新的挑战。本文围绕“双碳目标下生物质-电转气(Power to Gas,P2G)耦合的设施农业产业园区综合能源系统低碳优化调度策略进行研究。本文的研究工作如下:(1)建立设施农业产业园区综合能源系统整体架构。对园区综合能源系统中各组成单元的作用以及设备进行了分析介绍,并根据其运行特点和工作原理建立设备出力的数学模型;分析园区中电负荷综合需求响应特性建立相应的电负荷需求响应模型。为后续研究生物质-P2G耦合的设施农业产业园区综合能源系统低碳优化调度策略奠定了基础。(2)针对“双碳目标下设施农业产业园区综合能源系统低碳调度策略的研究,建立生物质-P2G耦合模型,并对生物质-P2G耦合的园区综合能源系统的减碳原理进行了介绍。在此基础上考虑以园区综合能源系统的经济性和碳排放量为目标函数建立日前低碳优化调度模型。通过算例分析表明,本文建立的生物质-P2G耦合的园区综合能源系统日前低碳优化调度策略能够在不显著增加园区综合能源系统运行成本的条件下提高园区中碳的利用率,减少园区外部购能,进而降低园区的碳排放量。(3)针对园区中可再生能源出力以及负荷需求的不确定性问题,构建了基于模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)算法的综合能源系统日内低碳优化调度策略模型。在日前优化调度结果的基础上,在日内短期调度中利用MPC算法的实时滚动和反馈校正的特性来细化修正碳排放响应设备的出力,来降低可再生能源和负荷需求的不确定性对系统经济性和减碳效果的影响。最后,通过构建对比仿真算例分析,表明所建立的日内低碳优化调度模型,能够很好应对不确定性因素对系统经济性和减碳效果的影响。