一种计及多能源应用的天然气电气互联网络最优能源管理方法

发布时间：2020-10-16 08:39

　　 近年来,随着能源互联网的发展,出现了越来越多的跨能源领域的多能源应用新技术,他们的出现使得不同能源网络间的耦合日渐紧密,通过多种能源间的协调互补综合利用,能源系统的整体经济性,灵活性和能源利用效率都得到了显著改善。多能互补不仅是能源互联网的本质特征,也是发挥能源互联网各项优势的必要途径。为了促进多种能源间的协调互补,改善能源系统的运行性能和对可再生能源的消纳能力,必须充分发挥多能源应用灵活高效的优势,这就要求我们对多能源应用进行能源管理,并且要将多能源应用的能源管理问题放在能源网络互联的大背景下进行综合考量,在此基础上制定综合的能源管理方案。否则,多能源应用与多能源应用之间,多能源应用与能源网络间可能会出现无序运行,不仅不能促进多能互补,阻碍能源互联网优势的发挥,反而可能会恶化整个能源网络的运行性能。此外,多能互补也要求不同能源网络间的协调运行,现有天然气电气互联网络能源管理研究往往默认电气网络对天然气的需求实时刻刻都能被满足,比如燃气轮机突然改变出力,然而天然气网络与电气网络间的相互消纳能力是有限的,天然气网络并不能无限制地满足电气网络的需要。实际上,天然气网络的调度周期远长于电气网络,包括燃气轮机和冷、热、电三联产设施在内的燃气机组运行模式的切换导致的天然气网络负荷的突变都必须依靠天然气管网中的储气备用来消纳。由此,在制定天然气电气互联网络的能源管理方案时,必须要将天然气管网中的储气备用纳入考量。否则,不仅多能源应用可能由于无法正常运行而破坏多能互补进程,燃气轮机也可能由于储气备用不足而无法为电力系统提供旋转备用,从而严重威胁电气网络的安全稳定。为了促进天然气电气互联网络安全高效地多能互补,以改善能源系统的运行性能和对可再生能源的消纳,必须要协调好能源网络与能源网络,能源网络与多能源应用,多能源应用功能与多能源应用功能之间的协调关系,为此,文本具体做了以下工作:(1)基于能量耦合关系矩阵和能量分配系数搭建了冷、热、电三联产设施的能源管理模型,并基于该模型通过算例探索了三联产设施灵活的运行模式对电气网络,天然气网络的影响。接着探索了包括三联产设施,P2H/G2P设施,和需求管理下的电动汽车充电负荷,这些多能源应用在改善能源互联网运行性能方面的巨大潜力,尤其是在改善能源系统对可再生能源的消纳方面,并通过算例说明了这些多能源应用有序运行的重要性。(2)结合天然气管网稳态潮流模型和天然气管网储气模型,推导了天然气管网储气备用模型,并基于此探索了天然气管网对电气网络运行模式变化造成天然气潮流不平衡量的消纳机理,分别定义了正储气备用和负储气备用量化了天然气管网的消纳能力限制。接着就燃气轮机机组利用储气备用消纳电网中的潮流不平衡进行了分情况讨论,并形成了天然气管网储气备用的管理模型。(3)为了实现能源网络互联的优势,必须促进天然气电气互联网中多种能源协调互补,为此就必须协调好能源网络与能源网络,多能源应用与多能源应用,多能源应用与能源网络之间的关系。由此,本文在传统电气网络经济调度模型的基础上,将多能源应用的能源管理模型,包括冷、热、电三联产设施,P2H/G2P设施的能源管理模型,和电动汽车的需求侧管理模型,以及考虑了管网储气备用管理的天然气网络能源管理模型一同纳入考量,提出了一个计及多种多能源应用的天然气电气互联网络最优能源管理方法。本文提出的最优能源管理方法能够服务于能源互联网的能源管理,并有望进一步丰富能源互联网络运行的相关理论体系和应用框架。
【学位单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM73;TK018
【部分图文】：

动的制冷机组成。这些制冷器的压缩机不Ｓ接由电驱动，而是与连，通过内燃机的轴承驱动１９４??收式制冷机组（ＷＡＲＧ，Ｗａｔｅｒ?Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ?Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｏｒ?Ｇｒｏｕｐ）：三联产设施配置中最为常见的制冷机组，制冷的吸收机组通常由或者锅炉产生的热水驱动。??栗（ＥＨＰ，Ｅｌｅｃｔｒｉｃ?Ｈｅａｔ?Ｐｕｍｐ）：电热架迎常拥有制冷和制热两过选择运行模式分别可以消耗电能制冷或制热。电热泵同样可以的输出端相联，由热电联产机组的电能输出直接驱动。??来说，以上几种制冷方案都可以进一步和废热回收装置组合，使施的产能效率得到进一步的提高。比如，天然气直燃式制冷机组的废热可以通过热栗回收，可以用来调节冷却塔中水循环的温度定用户的需要。比如冷却塔中的循环水温度是大约３０°Ｃ，而一在５０°Ｃ的热空气用于制热。引擎驱动制冷机组也是相似，通过再利用，甚至可以更为高效地回收废热｜｜（）１?文献［９５］中也介热泵提高从水吸收式制冷机组Ｈ收废热的热能等级的方案。??能量注入??

图２－６三联产设施示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?２．６：?Ｔｈｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ａ?ＣＣＨＰ?ｐｌａｎｔ??以图２－６所示一般三联产设施的示意图为例进行说明，儿柚丁？?２．２．１节中给??出的能源集线器建模思路进行建模。由于图２－６屮所小的７＋：联产设施直接连接配??电网和天然气网，它可以直接接收来自配网的电能和天然气注入。５联产设施内??部配置有四台多能源设备用于承担冷、热、电种能Ｅ负荷的供能任务。电能输??出可以供本地用户％直接使用，也可以以ＷＶ返送至配电网。热能负荷的供应可??以由ＣＨＰ，?ＣＨＧ或者ＥＨＰ在制热模式下以ａ扣必＋?（；，），ａ．Ｇ或者（１－００供应。??冷气负荷可以由ＷＡＲＧ或ＥＨＰ在制冷模式下以凡？或／Ｉ承扒。ｌＵ能负荷可以??依赖配电网以，或者ＣＨＰ机组的电能输出以ａＪＦ、供应。其中，为了描述三??联产设施内部的能量流动和各个多能源设备的能量调度，引入能量分配系数??？＝［？，，ａ２，?ａ，，?＆?ｍ，］表不在三联产设施内部各个能量Ｈ路分支处的能量分配。它??也反映了三联产设施在某一时刻选定的的运行策略和产能方案，同时，运行策略??和产能方案的变更也会直接体现在能量分配系数丨：。如果我们分别使用列向ｆｆｉ??￡＞［?出

或在条件允许时输入配热网络。??为了简化说明，在下面的例子中忽略能量分配系数的确定过程，仅仅考虑上??述三种运行策略。以图２－７中所示的简单三联产设施为例，它的具体多能源设备??配置如表２中所示。考虑制冷和制热的天然ｎ价格是２．３６?￥／ｍ３，发电的天然气??价格是２．５１?￥／?ｍ３，三联产设施的上网电价是０．６５?￥／ｋＷｈ?１１Ｇ８＿１Ｑ９］。令参考用独立??产能设备的参考三联产能效分别是是＜＝０．４，?＜＝０．９和ＣＯＰｓＰ＝３．５ｌｌｌ（）ｌ。??Ｗ??Ｆ?｜?（Ｓ）?—，?（ｄ）Ｋｃ）?｜?＃??Ｉ?＊?ｊｉｔＪ?Ｉ??Ｉ?Ｉ?Ｗ?￡?Ｉ??Ｑ??图２－７?—个简单三联产设施例子??Ｆｉｇｕｒｅ?２．７：?Ａ?ｓｉｍｐｌｅ?ＣＣＨＰ?ｐｌａｎｔ?ｅｘａｍｐｌｅ??表２－２三联产设施例子设备配置??Ｔａｂｌｅ?２－２?Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＣＣＨＰ?ｐｌａｎｔ?ｅｘａｍｐｌｅ??多能源设备?能效?装机容量??ｗｗ＝３６％??热电联产机组?３００ＭＷ??如＝４３?％??燃烧发热机组＝９０％?６５０ＭＷ??电热泵?ＣＯＰ＝４?１５０ＭＷ??选取冷、热、电日负荷曲线中的某两个时间断面作为三联产设施的本地负荷??场景Ｓｌ，负荷场景Ｓ２。??（１）
【参考文献】

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本文编号：2843029