陕西农村清洁取暖需求响应负荷调峰策略研究——以浅层土壤源热泵空调为例

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双碳政策驱使下的热泵清洁取暖有广阔的应用和推广前景,在农村推广使用热泵供暖系统是实现低能耗清洁能源取暖的有效方式。然而,随着清洁取暖工作在农村的推进,导致农村冬夏季用电尖峰负荷的增长,对农村地区低压配电网供电可靠性提出挑战。需求响应作为与电力供应侧对等的可调节的电力资源,可以通过价格信号或激励机制来增加需求侧在市场中的作用,并综合规划需求侧与供应侧的资源,从而有效地抑制电力尖峰负荷,缓解电力供需矛盾。因此,本文以浅层土壤源热泵空调为例,对陕西农村清洁取暖需求响应负荷调峰策略展开研究。通过实施需求响应项目引导农村电力用户主动削减空调类负荷,对缓解农村电网电力供需矛盾,促进节能减排,达成“碳达峰、碳中和”的目标具有一定的参考价。本研究主要内容和结论有:(1)采用实验测试的方法对土壤源热泵等供暖系统性能进行研究,以实际农宅建筑为对象搭建土壤源热泵系统实验平台,并基于该平台对土壤源热泵系统、散热器系统和燃煤取暖炉进行供暖性能测试实验,对比分析各系统的运行效果、室内温湿度等参数,展示土壤源热泵系统的优越性。(2)采用建筑能耗模拟的方法,通过Energy Plus建立农宅建筑能耗仿真模型,依据实测数据与模拟数据的分析对比,验证模型的正确性,为后续需求响应调峰模型提供仿真基础,并对仿真结果进行分析,研究人体热舒适性、热泵系统能耗等参数,为土壤源热泵在陕西农村地区的适用性推广应用提供理论基础。(3)在仿真模型的基础上制定直接启停控制和温度重设控制两种需求响应调峰模型,结合长短期记忆神经网络电力负荷预测模型进行仿真模拟,对比分析基线模型和这两种调峰模型下的室内温度、运行能耗等参数,并进行策略评价。(4)以区域村级为对象制定需求响应调峰市场模式,以电力公司调峰需求和负荷聚合商效益最大化为目标,考虑不同空调用户的热舒适度需求和用电负荷削减量差异化补偿机制,基于遗传算法建立了需求响应调峰优化模型,并以此提出一种直接负荷优化控制策略。在Energy Plus-Python联合仿真平台上建立了区域村级系统模型并进行仿真模拟,结果表明:该策略削减了单日两小时电力高峰时段共84.75 k W负荷,同时削减了46.47元的运行电费,成功缓解了农村电网高峰电力供需矛盾,验证了该策略的有效性,并给参与调峰的居民带来42.26元的经济补偿。
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