综合需求响应模式下含电制氢装置的能源系统优化运行研究

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随着全球环境污染问题的加剧以及能源结构调整的需要,氢能作为一种高度清洁的可再生能源逐渐成为世界各国研究的热点,合理利用氢能是解决环境污染和弃风问题的有效途径。计及电制氢装置的综合能源系统是支撑未来能源互联网的重要物理载体,通过对含电制氢装置的综合能源系统的优化调度,可以充分利用各个能源系统在时空上的耦合机制,实现多能互补、能源梯级利用、促进新能源消纳、有效降低弃风率;同时可以挖掘与利用用户参与需求响应的能力,响应上级电网调峰辅助服务需求,降低用户的用能费用,提升能源资产的整体利用率。进一步,综合需求响应的出现使不同形式的能源间耦合性加强,多种形式能源之间的相互转换关系为用户提供了多元化响应途径。基于上述背景,本文主要从以下几个方面进行了研究:(1)以含风电制氢装置的综合能源系统为研究对象,综合考虑各装置的多种运行模式、系统内多种能源之间的相互转化关系、以及多种类型负荷的用能特性,建立了含电制氢装置的综合能源系统优化模型。通过算例仿真,验证了所建模型的有效性,着重分析了风电制氢装置对降低系统运行成本和促进风电消纳的作用;通过对比不同氢负荷需求下的系统运行情况,研究了合理安排氢负荷对促进系统经济、绿色运行的意义。(2)基于电力负荷的需求响应,提出了基于峰谷电价的含氢综合能源系统的需求响应模型,并采用电量电价弹性矩阵建模并求解。根据用户用能特性及其对价格信号的不同响应程度,将用户分为极柔重工业用户、较柔中工业用户、一般商业用户和居民用户。通过算例分析,对比了在不同定价模式和风电出力场景下响应前后各类负荷曲线、购电成本和用户满意度的变化,进一步分析了电力负荷需求响应对综合能源系统经济性和新能源消纳的影响。(3)考虑电、热、氢负荷的需求响应能力,以能源集线器作为信息接收处理和能源转换的载体,建立了含氢综合能源系统的综合需求响应模型。通过研究能源集线器的运行机理,并基于能量耦合矩阵,分别建立了居民用户、商业用户和重工业用户的能源集线器物理模型。基于发电边际成本的日前分时电价,引入可转移负荷和可转换负荷实现各用户对电、热、氢资源的响应。分别以社会总成本最小、用户用能成本最小、以及供能侧运行成本最小为目标研究含氢综合能源系统的综合需求响应,分析了综合需求响应对综合能源系统运行经济性的改善和清洁能源消纳能力的提升作用,验证了模型的合理性和有效性。
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