基于价格杠杆作用的冷热电联供综合能源系统协同优化

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在“双碳”目标政策下,冷热电联供系统(Combined Cooling Heating and Power,CCHP)的设计遵循“能源梯级利用,分配得当”的原则,其通过余热回收技术及其能源梯级利用给予环境效益诸多好处因而受到广大关注。本文以CCHP系统为研究对象,考虑分时价格因素,分别对其规划层面的三级协同优化及含分布式光伏的日运行优化进行研究。主要研究内容如下:首先,阐述了典型冷热电联供系统的结构;分析了“以热定电”、“以电定热”、“混合运行模式”和“孤岛运行模式”等四种CCHP系统的运行模式;构建了天然气内燃发电机、辅助供能设备如吸收式制冷机、燃气锅炉、电制冷机、余热回收装置等CCHP系统元件的数学建模,明确了各个元件间能流关系。其次,对于典型冷热电联供系统,综合考虑其能效性,环保性和经济性三者的基础上,建立了考虑价格作用的三级协同的优化模型;对其各个设备进行选型,设备容量以及运行模式进行优化,各级优化的目标不仅与自身的优化变量相关,还与其他两级优化的决策变量结果相关。其中,第一级以一次能源利用率最大作为优化目标对设备进行选型;第二级以二氧化碳排放量最小作为优化目标对选出的设备进行定容;第三级以总费用最低为目标对系统运行方式进行优化,采用改进的粒子群优化算法,对所提三级协同优化模型进行了验证;结果表明:在价格杠杆的作用下,分时价格较高,会增加系统的成本和使二氧化碳排放量增多,合适的分时价格,可以降低系统的成本和二氧化碳的排放量,使CCHP的设计相对于固定价格的设计具有更好的环保性和经济性。然后,在前述选型定容的基础上,引入了可再生能源光伏、储能设备(包括储热装置、储冷装置、储电装置);建立了含光储设备的综合能源CCHP系统的日运行能流模型及考虑一次能源利用率、二氧化碳排放量、总成本的加权日运行优化模型;采用灰狼优化算法,对所提日运行优化模型进行了验证;结果表明:综合能源系统工作在不同的运行模式下,各个设备的出力不同,考虑分时价格时,优化的成本及二氧化碳排放量均比固定价格低。
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