农业园区综合能源系统低碳经济调度方法研究

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在我国推进“双碳”目标、加快电力系统转型的发展背景下,综合能源系统是我国能源的重点发展方向,而园区综合能源系统是综合能源系统的主要形式之一。但目前园区综合能源系统依然存在用户用能成本高、碳排放水平高、能源利用率低等问题。本文研究的农业园区综合能源系统具有丰富的生物质资源,通过整合区域内电能、热能、冷能等多种能源,可实现多种能源系统之间的能源互补、协调优化和协同管理。本文以综合能源系统低碳经济优化为核心,重点研究阶梯式碳交易、综合需求响应和空气源热泵效率对系统运行模型的影响等问题,具体研究内容如下:(1)结合园区综合能源系统特点与发展现状,搭建农业园区综合能源系统结构模型。分析农业园区综合能源系统中供能设备、能源转换设备、储能设备以及负荷之间的耦合关系,介绍各设备自身的运行原理并进行了建模,对综合需求响应和碳交易机制进行分类介绍,为后续展开园区综合能源系统优化调度方法研究奠定基础。(2)提出计及需求响应比例的农业园区综合能源系统低碳经济调度方法。面向我国北方地区典型场景,针对农业园区综合能源系统用能成本高、碳排放量高、分布式清洁能源利用率低等问题,考虑阶梯式碳交易、综合需求响应和弃风、弃光惩罚机制,将系统碳排放量、弃风弃光量折合为对应的经济指标,以系统总体经济性最优为目标,构建农业园区综合能源系统低碳经济调度模型,设置多种典型场景并采用CPLEX求解器对系统模型进行了求解。结果表明,综合考虑阶梯式碳交易与需求响应使系统经济性与环保性均有提高,相比不考虑两者的系统,总体运行费用减少8.7%,系统碳排放量减少22.1%;在本文设定的阶梯式补偿成本情况下,当需求响应比例为38%时,系统整体低碳经济指标最低,对比没有需求响应的情景,系统总成本下降9.4%,系统碳排放量下降15.4%。(3)构建计及空气源热泵供冷供热能效比(Coefficient of Performance,COP)值的农业园区综合能源系统优化调度模型。针对农业园区综合能源系统优化调度模型中空气源热泵COP值不精确,进而导致的系统供热供冷出力不足、运行成本增加等问题,考虑空气源热泵实际运行工况与外界环境温度的关系,在沈阳和邯郸地区时间空间两个维度下设置多个情景,并采用CPLEX求解器对系统模型进行求解。经对比分析可知,邯郸、沈阳两地冬季供暖以实际空气源热泵COP值运行系统运行,成本分别提高5.2%和13.8%,系统碳排放量分别提高了 4.5%和7.8%;夏季供暖以实际COP值运行,成本分别提高了 4.5%和3.5%,系统碳排放提高了 4.4%和3.2%。验证了通过精确空气源热泵实际运行的COP值,有助于提高系统调度模型的精确度。
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