随着我国可再生能源的快速发展和日益增加的清洁供热压力,热电协同运行与清洁热源优化配置面临许多新的问题。本文致力于充分挖掘既有供热管网的蓄、放热潜力,建立相应的热电协同优化运行策略,进一步提升热电联产机组的运行灵活性以促进弃风消纳;同时,在特定的风电出力规律、电价政策、余热资源状况和区域能源结构条件下,给出清洁热源的优化配置模型,为可再生能源在区域供热中的经济、高效利用提供理论和技术支撑。通常供热管网的动态热力过程可看作若干稳态运行工况的时序组合,基于质量、能量守恒与已知的管网流量分布,本文提出供热管网稳态热力仿真的矩阵化模型、并得到管网节点温度的解析表达式。在热力站引入“等额供热”控制的基础上(解除一、二次网的复杂热力耦合,保障末端供热质量),分析了一次网的两类典型动态蓄、放热过程,推导出管网综合蓄热能力的理论计算公式、并得到管网综合蓄热能力的季度变化规律。供热管网具备参与系统蓄、放热的巨大潜力,且抽凝热电机组的乏汽余热可作为热泵设备的理想低温热源。基于我国三北地区热电能源系统的典型结构,本文提出基于一次网主动蓄热或新增电动热泵回收抽凝机组乏汽余热的风电消纳方案,并给出相应热电协同调度的完整数学描述和计算流程。管网热媒参与系统蓄、放热可将运行优化调度的热平衡等式约束松弛为供水温度的不等式约束,从而拓展优化问题的可行域,实现更低的系统弃风及运行能耗。此外,将产能单元的时序启停机状态作为先验信息,热电协同调度可简化为高维线性规划,基于优化计算工具linprog可实现准确、快速求解。为定量评估管网动态蓄、放热及回收电厂乏汽余热的弃风消纳效果,本文对区域能源系统开展了仿真模拟。不同运行调度方案、风电日出力模式和热负荷组合条件下的计算结果表明反调峰风电所带来的电网调峰压力最大,利用管网蓄热并回收电厂余热时仍会造成7%的系统总弃风率,而仅利用管网蓄热便能够完全消纳正调峰时的系统弃风;同时主动利用管网蓄热能力或回收电厂乏汽余热均能显著降低风电场弃风率,但配置余热回收电动热泵的风电消纳效果更好;此外无论区域能源系统是否新增电动热泵,主动利用管网蓄热总能实现更好的风电整合。根据新增设备的不同,本文将区域能源系统清洁供热的改造方案分为7类。为确定不同改造方案下新增设备的最优配置容量,文本提出以改造项目“供暖季综合收益”最大为目标的经济性优化模型。案例系统的多情境分析计算表明同时配置电动热泵、电锅炉和蓄热设备的改造项目具备最大的经济收益潜力;且对于不同改造方案,更低的系统弃风与更大的供暖季综合收益并不一致,而配置电动热泵的改造方案具备更大的供暖季综合收益;另外,清洁供热设备的最优配置容量对自身经济参数的变化最为敏感,同时设备投资费用增大总会造成改造项目供暖季综合收益的削减和系统总弃风量的增大。当某地具备一定工业余热资源且电网分时计费时,对既有区域供热系统实施清洁化改造,配置一定容量的余热回收储备设备能够获得可观经济收益。本文以供暖季综合收益最大为目标,通过反复调用供热系统的常规运行优化模型,最终基于遗传算法和模式搜索得到新增余热回收装置、电动热泵和低温蓄热设备的最优配置容量。结果表明模式搜索的计算效率和准确性较遗传算法更好;合理配置余热回收储备设备后,常规热源的总供热量显著降低,系统总运行成本可减少13.8%;且系统的余热资源量对改造项目的最优配置和供暖季综合收益均有巨大影响。