【摘 要】
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随着全球能源行业降碳增效、绿色转型进程的加快,亟需构建多能互补、清洁替代的一体化能源体系。电-气综合能源系统以电力系统为核心,通过电能和天然气的互补互济、协调优化以促进新型电力系统中风光等可再生能源的消纳,在保证能源供应可靠性、满足能源需求多样性的同时秉承能源发展的可持续性原则,助力能源行业高质量发展。随着近年来天然气需求量的强劲增长,气源侧的供气压力持续上升,多气源互保互供已成为缓解供气压力的重
【基金项目】
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国家自然科学基金:基于严重故障集筛选技术的“电力-天然气”综合能源系统耦合风险评估理论研究(51807129); 国家自然科学基金:多时间尺度储能规划与运行优化及综合效能评估(U1910216);
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随着全球能源行业降碳增效、绿色转型进程的加快,亟需构建多能互补、清洁替代的一体化能源体系。电-气综合能源系统以电力系统为核心,通过电能和天然气的互补互济、协调优化以促进新型电力系统中风光等可再生能源的消纳,在保证能源供应可靠性、满足能源需求多样性的同时秉承能源发展的可持续性原则,助力能源行业高质量发展。随着近年来天然气需求量的强劲增长,气源侧的供气压力持续上升,多气源互保互供已成为缓解供气压力的重要手段。液化天然气的调峰速度快、可灵活实现点供,冬季供暖期间其作为调峰主力军的优势尤为明显。此外,天然气管道掺混输运氢气技术的发展使得混氢天然气对天然气的替代性逐渐加强,终端氢气使用量的增加不仅能够实现燃气侧的碳减排,也可以对天然气的供给起到缓冲调节作用。在此背景下,本文以电-气综合能源系统为研究对象,从天然气供气气源多样化的角度出发,考虑液化天然气气源和混氢天然气气源分别与电-气综合能源系统中其他设备的协调优化运行,并建立了相应的低碳经济调度策略,主要研究内容如下:(1)建立了电-气综合能源系统中单一能源子网络的稳态能流模型以及能源耦合设备的数学模型,研究了异质能源子网络之间的耦合方式以及混合能流的求解方法。针对本文所研究的多气源供气的电-气综合能源系统,采用单个能源转换设备的耦合方式以连接两个能源子网络,同时,采用顺序求解法对混合能流进行求解。(2)液化天然气作为目前重要的管道补充气源,气化时会释放出大量高品质冷能,若直接排放会对周围环境造成冷污染,针对上述问题提出碳捕集、电转气和液化天然气气化站三者以储碳设备为枢纽的电-气综合能源系统联合低碳运行模式,该模式中碳捕集系统的捕集碳量一部分供给电转气生成甲烷、另一部分利用液化天然气气化冷能制备液态二氧化碳和干冰。然后基于该模式建立了以碳源交互为基础的联合低碳经济调度模型,以单位调度周期内的系统运行总费用最低为优化目标,采用MATLAB下Yalmip工具箱调用Gurobi求解器进行求解,算例分析表明所提三者联合运行模式可在提高风电消纳、实现碳减排的同时保障用气需求,提升系统运行的经济性。(3)电转气设备中的电转氢气作为电转甲烷的预反应,能效利用率高于后者,且其产物氢气是一种零碳排的优质能源,随着天然气掺氢技术的发展,本文提出了一种考虑混氢天然气的电-气综合能源系统低碳经济调度策略,将电转气设备中的电转氢气、电转甲烷过程均视为可调度资源,其气体产物氢气、天然气可直接注入天然气管网,与从外部气网购进的甲烷以混氢天然气的形式经天然气管道输送并供给终端气负荷使用,同时根据热值等效原则确定终端气价。然后基于该策略建立了相应的低碳经济调度模型,以购气成本、电转气运行成本、二氧化碳外购成本、弃风成本以及碳税成本这五部分成本之和最小为优化目标,算例分析表明所提考虑混氢天然气的低碳经济调度策略对于提升电-气综合能源系统运行的低碳经济性具有非常重要的意义。
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