多类型清洁供热系统配置与运行双层优化研究

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为解决能源短缺和环境污染日益严重的问题,作为清洁供热的电储热技术得到了快速发展。但单一的电储热装置投资成本高、应用范围窄、装备利用率低,无法满足能源系统快速发展的需求。因此本文提出了一种多类型清洁供热系统,该系统以电储热装置为主,配以其他清洁供热设备,可在多种场景下使用,从而提高各能源之间的联系,弥补单一设备技术缺陷和使用限制。本文首先对多类型清洁供热系统的物理构架进行了详细的介绍,根据系统的运行特点制定合理的协同规划流程。在分析电储热装置的经济、技术特性和典型设备的运行过程基础上,建立了典型设备数学模型。随后构建了计及最小运维费用和最低投资成本的多类型清洁供热系统双层优化模型。上层模型以总投资费用最低为目标,包含电储热设备和其他供能设备的初期投资成本。下层模型的目标函数是在上层模型所求投资成本最低的情况下,使总运行成本和维护成本尽可能小。采用Benders分解的方法将上层问题和下层问题交互迭代求解直到目标函数达到最优。最后为满足环境保护需求,构建了含减排效益的清洁供热系统运行优化模型。目标函数通过采用权重系数,确定运维费用和环境指标对系统的重要程度。使用MATLAB中的YALMIP工具箱进行编译,调用CPLEX求解器进行求解,提高了求解速度及求解精度。建立减排效益评估体系,对含减排效益的运行调度结果进行减排效益评估。本文算例分析选取了居民和工业两个情景,即河北省某集体村庄的清洁供热、供冷项目和内蒙古自治区某煤矿清洁供热技术改造项目。采用搭建的双层优化模型对算例的设备配置和运行调度进行优化,验证双层优化模型的合理性和算法的高效性。最后对算例进行含减排效益的运行调度优化,采用建立的减排效益评估体系对系统的运行结果进行减排效益评估。
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