【目的】“双碳”背景下,节能降碳已成为保障国家能源安全与实现绿色转型的关键。油田联合站作为油气集输与处理的能耗“大户”,传统的“电网+燃气锅炉”供能模式成本高、排放大、韧性差等矛盾突出,亟需构建适应高比例可再生能源、季节...【目的】“双碳”背景下,节能降碳已成为保障国家能源安全与实现绿色转型的关键。油田联合站作为油气集输与处理的能耗“大户”,传统的“电网+燃气锅炉”供能模式成本高、排放大、韧性差等矛盾突出,亟需构建适应高比例可再生能源、季节调控能力强大的多能互补系统。【方法】针对油田联合站高耗能、高排放、高韧性风险的“三高”问题,提出了“风光-氢-储-荷”多能系统协同架构:将风光发电替代网购电,以电解制氢-储氢-燃料电池形成电-氢-电闭环,并利用热电联产机组、热泵、储热多源供热;创新性地将阶梯碳交易与价格/激励双重需求响应纳入统一优化模型,从经济、低碳、韧性多重目标对新建系统进行评价分析。【结果】基于混合整数线性规划(Mixed-integer Linear Programming,MILP)问题,设置了4种场景,以大庆油田某联合站为例分析表明:①与传统供能模式相比,含氢循环的多能互补系统能源利用效率提高了30%以上,年运行成本降低41.20%,碳排放强度下降2.10%,且可再生能源消纳率提升至90%以上;②阶梯碳交易通过递增碳价杠杆,使系统碳交易成本上升24.98%、碳排放量下降6.74%;③叠加需求响应后,可进一步降低碳排放1.30%、碳交易成本下降1.51%,实现减排与降本“双赢”;④氢能子系统作为跨时空调节器,在风光发电时段存储富余绿电,在负荷高峰或极端天气下则反向供电、供热,全年弃风弃光率控制在1%以内,显著增强供能韧性。经济性测算显示,在现行碳价与电解槽投资水平下,新建系统增量投资回收期为5~8年,若碳价低于80元/t、电解槽成本下降至2500元/kW以内,回收期可缩短至4年。【结论】研究成果已形成可复制的油田联合站供能低碳改造技术路线,有助于伴生气资源丰富、电热负荷稳定的老联合站提质增效,也可为高比例可再生能源新区块微网规划提供“电-热-氢”协同范式。展开更多
针对可再生能源高比例渗透下多区域综合能源互联系统(Multi-region integrated energy interconnection system,MRIEIS)所面临的消纳与经济性挑战,构建了一个包含电、氢、热、冷多能流的多时间尺度优化调度模型。该模型以系统日总运行...针对可再生能源高比例渗透下多区域综合能源互联系统(Multi-region integrated energy interconnection system,MRIEIS)所面临的消纳与经济性挑战,构建了一个包含电、氢、热、冷多能流的多时间尺度优化调度模型。该模型以系统日总运行成本最低为目标,建立动态多能流枢纽深度集成了电转氢(Power to hydrogen,P2H)、储氢罐、氢气管网以及燃气轮机(GT)掺氢等动态调度关键技术。通过日前、日内、实时三阶段滚动优化对系统进行精细化调度。算例分析基于一个包含居民、工业和混合型区域的典型场景,结果表明,该模型能够有效实现系统经济性与环保性的统一,总运行成本控制在56.48万元,同时系统总可再生能源利用率高达98.53%。氢能作为灵活的能量载体,其时空价值得到了充分发挥。掺氢策略有效刺激了氢能消耗,形成了“制-储-输-用”的闭环,为构建以新能源为主体的新型电力系统提供了可行的技术路径和调度策略参考。展开更多
为提高风光等新能源利用效率,促进新型能源的多元化利用,构建绿色清洁、安全可控的能源系统,助力“双碳”目标的实现,以电氢综合能源系统(Electric hydrogen integrated energy system,EHIES)为研究对象,构建了考虑氢能系统热回收利用...为提高风光等新能源利用效率,促进新型能源的多元化利用,构建绿色清洁、安全可控的能源系统,助力“双碳”目标的实现,以电氢综合能源系统(Electric hydrogen integrated energy system,EHIES)为研究对象,构建了考虑氢能系统热回收利用的综合运行模型。该模型的氢能系统包含电解槽、储氢罐、甲烷化设备及氢燃料电池等,针对新能源出力的不确定性,建立了多面体不确定性数据集模型及EHIES两阶段鲁棒运行优化模型,并采用列和约束算法进行求解和仿真分析。模拟结果表明,氢能系统余热回收可有效降低约6.7%的运行成本,所提模型能有效提升系统鲁棒性和能源利用效率,可为氢能源的多元化利用提供一定的参考。展开更多
综合能源系统(integrated energy system,IES)以其高度灵活、环境友好的特点,在实现低碳经济和提高能源效率方面具有巨大潜力。然而,现有的IES建模方法难以挖掘氢能多设备的协同耦合性、且调度策略缺少市场机制的支持。因此,文中提出一...综合能源系统(integrated energy system,IES)以其高度灵活、环境友好的特点,在实现低碳经济和提高能源效率方面具有巨大潜力。然而,现有的IES建模方法难以挖掘氢能多设备的协同耦合性、且调度策略缺少市场机制的支持。因此,文中提出一种综合考虑绿色证书交易、阶梯型碳交易和需求响应的含氢IES优化调度策略。首先,建立基于电转气(power-to-gas,P2G)两阶段运行的氢能多元利用模型,推动新能源的使用;然后,建立绿证-碳联合交易机制,通过市场激励减少对化石燃料的依赖;最后,考虑综合需求响应优化用户侧用能行为,建立以经济运行成本最小为目标函数的IES优化调度模型,并通过CPLEX求解器进行求解。算例结果表明,文中所提模型能够实现IES多能耦合,提高新能源的消纳能力,减少碳排放量。展开更多
随着碳中和目标的推进,综合能源系统(integrated energy system,IES)以其多能耦合、能量梯级利用等优势,逐渐成为能源供应的重要发展方向。在具有差异化用能需求的多功能区IES之间实现协同规划与调度,对提高系统经济性、降低系统碳排放...随着碳中和目标的推进,综合能源系统(integrated energy system,IES)以其多能耦合、能量梯级利用等优势,逐渐成为能源供应的重要发展方向。在具有差异化用能需求的多功能区IES之间实现协同规划与调度,对提高系统经济性、降低系统碳排放有着重要作用。然而,由于碳捕集机组、多类型氢能利用设备等低碳元件的接入以及可再生能源发电的不断增加,随之而来的元件模型非凸性与系统内多类型不确定性对系统规划的影响亟需研究。对此,该文考虑了机组低碳改造和氢能多模式利用低碳特性,提出了一种针对多功能区综合能源系统的不确定性协同规划方法。首先,详细分析了多功能区供/用能特性与多能互补关系,构建了具有分区差异化特征的多功能区设备规划策略。其次,建立了低碳改造后的热电联产机组和氢能多模式利用设备的数学模型,并对其低碳特性进行了分析。基于此,为应对规划周期内系统低碳改造成本的不确定性和短期内可再生能源出力的不确定性,提出了一种混合长-短期不确定性的多功能区IES协同规划模型。通过基于二进制扩展的凸包线性化方法,对所提规划模型中的非线性约束进行凸化,并采用相应的迭代收缩求解算法实现模型的有效求解。最后,通过某实际多功能区IES算例进行仿真,结果验证了所提模型和所用算法的有效性。展开更多
文摘【目的】“双碳”背景下,节能降碳已成为保障国家能源安全与实现绿色转型的关键。油田联合站作为油气集输与处理的能耗“大户”,传统的“电网+燃气锅炉”供能模式成本高、排放大、韧性差等矛盾突出,亟需构建适应高比例可再生能源、季节调控能力强大的多能互补系统。【方法】针对油田联合站高耗能、高排放、高韧性风险的“三高”问题,提出了“风光-氢-储-荷”多能系统协同架构:将风光发电替代网购电,以电解制氢-储氢-燃料电池形成电-氢-电闭环,并利用热电联产机组、热泵、储热多源供热;创新性地将阶梯碳交易与价格/激励双重需求响应纳入统一优化模型,从经济、低碳、韧性多重目标对新建系统进行评价分析。【结果】基于混合整数线性规划(Mixed-integer Linear Programming,MILP)问题,设置了4种场景,以大庆油田某联合站为例分析表明:①与传统供能模式相比,含氢循环的多能互补系统能源利用效率提高了30%以上,年运行成本降低41.20%,碳排放强度下降2.10%,且可再生能源消纳率提升至90%以上;②阶梯碳交易通过递增碳价杠杆,使系统碳交易成本上升24.98%、碳排放量下降6.74%;③叠加需求响应后,可进一步降低碳排放1.30%、碳交易成本下降1.51%,实现减排与降本“双赢”;④氢能子系统作为跨时空调节器,在风光发电时段存储富余绿电,在负荷高峰或极端天气下则反向供电、供热,全年弃风弃光率控制在1%以内,显著增强供能韧性。经济性测算显示,在现行碳价与电解槽投资水平下,新建系统增量投资回收期为5~8年,若碳价低于80元/t、电解槽成本下降至2500元/kW以内,回收期可缩短至4年。【结论】研究成果已形成可复制的油田联合站供能低碳改造技术路线,有助于伴生气资源丰富、电热负荷稳定的老联合站提质增效,也可为高比例可再生能源新区块微网规划提供“电-热-氢”协同范式。
文摘针对可再生能源高比例渗透下多区域综合能源互联系统(Multi-region integrated energy interconnection system,MRIEIS)所面临的消纳与经济性挑战,构建了一个包含电、氢、热、冷多能流的多时间尺度优化调度模型。该模型以系统日总运行成本最低为目标,建立动态多能流枢纽深度集成了电转氢(Power to hydrogen,P2H)、储氢罐、氢气管网以及燃气轮机(GT)掺氢等动态调度关键技术。通过日前、日内、实时三阶段滚动优化对系统进行精细化调度。算例分析基于一个包含居民、工业和混合型区域的典型场景,结果表明,该模型能够有效实现系统经济性与环保性的统一,总运行成本控制在56.48万元,同时系统总可再生能源利用率高达98.53%。氢能作为灵活的能量载体,其时空价值得到了充分发挥。掺氢策略有效刺激了氢能消耗,形成了“制-储-输-用”的闭环,为构建以新能源为主体的新型电力系统提供了可行的技术路径和调度策略参考。
文摘为提高风光等新能源利用效率,促进新型能源的多元化利用,构建绿色清洁、安全可控的能源系统,助力“双碳”目标的实现,以电氢综合能源系统(Electric hydrogen integrated energy system,EHIES)为研究对象,构建了考虑氢能系统热回收利用的综合运行模型。该模型的氢能系统包含电解槽、储氢罐、甲烷化设备及氢燃料电池等,针对新能源出力的不确定性,建立了多面体不确定性数据集模型及EHIES两阶段鲁棒运行优化模型,并采用列和约束算法进行求解和仿真分析。模拟结果表明,氢能系统余热回收可有效降低约6.7%的运行成本,所提模型能有效提升系统鲁棒性和能源利用效率,可为氢能源的多元化利用提供一定的参考。
文摘综合能源系统(integrated energy system,IES)以其高度灵活、环境友好的特点,在实现低碳经济和提高能源效率方面具有巨大潜力。然而,现有的IES建模方法难以挖掘氢能多设备的协同耦合性、且调度策略缺少市场机制的支持。因此,文中提出一种综合考虑绿色证书交易、阶梯型碳交易和需求响应的含氢IES优化调度策略。首先,建立基于电转气(power-to-gas,P2G)两阶段运行的氢能多元利用模型,推动新能源的使用;然后,建立绿证-碳联合交易机制,通过市场激励减少对化石燃料的依赖;最后,考虑综合需求响应优化用户侧用能行为,建立以经济运行成本最小为目标函数的IES优化调度模型,并通过CPLEX求解器进行求解。算例结果表明,文中所提模型能够实现IES多能耦合,提高新能源的消纳能力,减少碳排放量。
文摘随着碳中和目标的推进,综合能源系统(integrated energy system,IES)以其多能耦合、能量梯级利用等优势,逐渐成为能源供应的重要发展方向。在具有差异化用能需求的多功能区IES之间实现协同规划与调度,对提高系统经济性、降低系统碳排放有着重要作用。然而,由于碳捕集机组、多类型氢能利用设备等低碳元件的接入以及可再生能源发电的不断增加,随之而来的元件模型非凸性与系统内多类型不确定性对系统规划的影响亟需研究。对此,该文考虑了机组低碳改造和氢能多模式利用低碳特性,提出了一种针对多功能区综合能源系统的不确定性协同规划方法。首先,详细分析了多功能区供/用能特性与多能互补关系,构建了具有分区差异化特征的多功能区设备规划策略。其次,建立了低碳改造后的热电联产机组和氢能多模式利用设备的数学模型,并对其低碳特性进行了分析。基于此,为应对规划周期内系统低碳改造成本的不确定性和短期内可再生能源出力的不确定性,提出了一种混合长-短期不确定性的多功能区IES协同规划模型。通过基于二进制扩展的凸包线性化方法,对所提规划模型中的非线性约束进行凸化,并采用相应的迭代收缩求解算法实现模型的有效求解。最后,通过某实际多功能区IES算例进行仿真,结果验证了所提模型和所用算法的有效性。
