【摘 要】
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化石能源的过度消耗加剧了全球能源危机和环境污染问题,加快绿色、高效、可持续的能源发展已成为全球共识。含可再生能源和储能的综合能源系统(IESs)可以有效减少化石能源消耗和碳排放量,在解决能源危机和环境污染方面具有很大的潜力。然而,可再生能源和储能系统的引入使得能源系统的优化问题更为复杂,特别是当可再生能源和储能系统同时存在时,给综合能源系统的容量配置和运行优化带来较大困难。如何确定合理的综合能源系
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化石能源的过度消耗加剧了全球能源危机和环境污染问题,加快绿色、高效、可持续的能源发展已成为全球共识。含可再生能源和储能的综合能源系统(IESs)可以有效减少化石能源消耗和碳排放量,在解决能源危机和环境污染方面具有很大的潜力。然而,可再生能源和储能系统的引入使得能源系统的优化问题更为复杂,特别是当可再生能源和储能系统同时存在时,给综合能源系统的容量配置和运行优化带来较大困难。如何确定合理的综合能源系统运行策略和容量匹配,实现综合能源系统优化利用,已受到研究者广泛关注。现有综合能源系统的优化研究主要为典型日下部分设备的容量优化及运行优化,对含可再生能源及储能的系统优化研究相对较少,且大多研究未能充分考虑用户侧全年逐时负荷下光伏与储能设备对其他协同运行设备出力的影响。因而本文以某能源站为例,基于用户侧全年逐时冷热电负荷,提出一种对含光伏及储能的综合能源系统中设备容量及运行优化方法。本文主要研究内容及成果如下:(1)构建了综合能源系统数学模型,以能源站用户侧全年逐时负荷作为模型约束,综合考虑分时电价、分季燃气价格、光伏补贴、余电上网,以年总费用(全年运行费用、设备总初投资、设备维护费用、设备折旧费用)最小化为目标函数,利用Mathematica软件分别对综合能源系统在不含光伏及储能设备、含有光伏及储能设备的两种工况下在进行设备敏感性分析和容量优化对比分析,结果表明:工况一容量优化后年总费用较原系统降低了4.43%,;工况二容量优化后年总费用较原系统降低了7.9%。由此可见,该优化方法能够有效降低系统年总费用,且光伏及储能设备能够有效增强供能设备协同运行性能,并提高综合能源系统的运行经济性。(2)以能源站冬季和夏季典型日运行费用最小为目标函数,在部分负荷典型日下(100%、75%、50%、25%)利用Mathematica软件对能源站五种工况(能源站原系统、含储热的系统、含储冷的系统、含储冷与储热的系统、含光伏及储能设备的系统)的运行费用进行对比分析,结果表明:工况二、三、四、五相较于工况一的全年运行费用分别降低了1.44%、0.35%、1.79%、4.75%,由此可见,光伏及储能设备能够有效利用可再生能源,降低设备耗电和电网购电量,并验证了容量优化结果的准确性。(3)在充分考虑不同负荷及特殊天气等因素对各供能设备出力状况的影响下,对冬/夏季不同负荷工况典型日(100%、75%、50%、25%)、光照极低典型日时含光伏及储能设备的综合能源系统进行了设备优化调度分析,得出各供能设备协同运行出力状况,对实际综合能源系统运行及供能设备调控提供参考意见。其中对于光照极低典型日,电价较高时内燃机在容量范围内随光伏发电系统出力的降低而增大,电负荷供应不足部分由电网购电满足,其他设备因典型日负荷不变而出力情况基本不变。
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