基于电转氨(power to ammonia,P2A)的综合能源生产单元(integrated energy production unit,IEPU)通过耦合绿电制氢和哈伯反应合成氨工艺,为农业、工业和制造业等行业提供绿氨,对促进可再生能源消纳及氢能储运等行业发展具有重要的意义...基于电转氨(power to ammonia,P2A)的综合能源生产单元(integrated energy production unit,IEPU)通过耦合绿电制氢和哈伯反应合成氨工艺,为农业、工业和制造业等行业提供绿氨,对促进可再生能源消纳及氢能储运等行业发展具有重要的意义。为定量评价IEPU的能效、技术经济性和降碳潜力,该文基于Aspen Plus建立碱性电解水制氢、合成氨及换热网络等关键过程模型,对IEPU进行系统仿真,定量评价各设备全流程之间的能量流、(火用)流、碳足迹及绿氨的平准化成本。热经济性能效评估表明,IEPU系统的设计工况整体能量效率为39.47%,(火用)效率为26.51%。技术经济性评估表明,当可再生能源电价为0.204元/(kW·h),年利用小时数达到6000时,IEPU系统的绿氨成本约为传统煤制氨生产工艺的1.5倍。基于全生命周期碳足迹评价的结果表明,水、核、风和光伏4种能源驱动的IEPU系统碳足迹在0.20~2.39 kg CO_(2.eq)/kg NH3间波动。结果可用于指导氨基IEPU的规划与设计。展开更多
为解决综合能源生产单元(integrated energy production unit,IEPU)中燃煤机组碳捕集过程的高能耗问题,同时应对新能源不确定性对运行调度带来的挑战,该文提出一种考虑太阳能辅助碳捕集技术的IEPU随机低碳调度策略,旨在实现IEPU的多能...为解决综合能源生产单元(integrated energy production unit,IEPU)中燃煤机组碳捕集过程的高能耗问题,同时应对新能源不确定性对运行调度带来的挑战,该文提出一种考虑太阳能辅助碳捕集技术的IEPU随机低碳调度策略,旨在实现IEPU的多能协同与低碳运行。首先,对含太阳能辅助碳捕集热电联产单元(combined heat and power based on solar-assisted carbon capture,CHP-SACC)的能量流动与运行机理进行分析,并构建其运行模型;其次,考虑风电不确定性带来的影响,提出一种基于条件最小二乘生成对抗网络(conditional-least squares generative adversarial networks,C-LSGANs)的可再生能源场景生成方法来提高场景的生成质量;然后,考虑异质能流耦合约束、多元设备运行约束以及能量平衡约束等,以最大化系统运行收益期望为目标构建IEPU随机低碳调度模型;最后,在算例仿真中设置不同的运行策略验证所提低碳转型方案的有效性,并分析了能源价格、设备容量等因素对系统运行收益的影响。展开更多
为实现沿海区域的海上风电场、海上采气平台和陆上热电联供燃气电厂等多种能源生产子单元的协同化运行,考虑可再生能源出力和氢负荷的随机波动,提出沿海区域综合能源生产单元(coastal integrated energy production units,CIEPU)随机优...为实现沿海区域的海上风电场、海上采气平台和陆上热电联供燃气电厂等多种能源生产子单元的协同化运行,考虑可再生能源出力和氢负荷的随机波动,提出沿海区域综合能源生产单元(coastal integrated energy production units,CIEPU)随机优化调度模型。采用参数化代价函数近似(parametric cost function approximation,PCFA)的动态规划算法求解随机优化调度模型。通过一种基于梯度下降的求解方法--Adadelta法,获得策略函数的一阶信息,并计算梯度平方的指数衰减平均值,以更新策略函数的迭代步长;对随机优化调度模型进行策略参数逼近,从而得到近似最优的策略参数,并逐一时段求解出CIEPU的最优调度计划。最后,以某个CIEPU为例,分析计算结果表明,所提出方法获得的优化调度方案可以提高CIEPU运行的经济性并降低碳排放量,验证了所提方法的准确性和高效性。展开更多
综合能源生产单元(integrated energy production unit,IEPU)通过耦合可再生能源制氢与火电碳捕集技术,制备易于储运的绿色燃料,在协调解决可再生能源消纳、碳利用及氢能储运等问题方面具有良好的应用前景。为定量评价IEPU的技术经济性...综合能源生产单元(integrated energy production unit,IEPU)通过耦合可再生能源制氢与火电碳捕集技术,制备易于储运的绿色燃料,在协调解决可再生能源消纳、碳利用及氢能储运等问题方面具有良好的应用前景。为定量评价IEPU的技术经济性与降碳潜力,该文通过构建IEPU工艺流程的仿真模型,模拟风电制氢、甲醇合成及压缩提纯等关键过程,建立多能流与物料流数据的全生命周期清单,进行碳足迹评价,并指出进一步碳减排的可行路径;通过对能量效率、电流密度等技术参数及风电价格、碳税等经济参数进行灵敏度分析,开展不同技术经济性背景下的经济性评估,探究IEPU的盈利条件。碳足迹评价表明,年产39万t绿色甲醇IEPU的全生命周期净碳减排量达5.88万t。技术经济性评估表明,在良好的技术经济性背景下,当风电售价降低至0.21元/(kW×h),基于IEPU生产的绿色甲醇成本可与传统甲醇生产工艺相当。展开更多
为充分挖掘综合能源生产单元IEPU(integrated energy production unit)灵活调节支撑能力,提出一种考虑IEPU内部多能源设备的多主体协同灵活调峰调控方法。首先,基于IEPU各类设备的运行特性,采用机理分析及数据统计相结合的方法分析IEPU...为充分挖掘综合能源生产单元IEPU(integrated energy production unit)灵活调节支撑能力,提出一种考虑IEPU内部多能源设备的多主体协同灵活调峰调控方法。首先,基于IEPU各类设备的运行特性,采用机理分析及数据统计相结合的方法分析IEPU参与电网灵活调节的工作机理。其次,建立清洁能源消纳、调峰灵活性、系统灵活性缺额的IEPU灵活性评价指标,动态评估系统调节灵活性。最后,针对IEPU内部多个决策主体运行环境复杂的问题,提出可有效支撑电力系统调峰的多主体合作博弈模型。通过算例验证IEPU多主体配合的有效性及灵活支撑能力。展开更多
为应对源端可再生能源及荷端负荷需求的随机性波动对综合能源生产单元(integratedenergyproductionunit,IEPU)运行调度及容量配置问题带来的挑战,该文提出一种两阶段随机优化方法。首先,在底层运行优化问题中,通过建立各设备模型及约束...为应对源端可再生能源及荷端负荷需求的随机性波动对综合能源生产单元(integratedenergyproductionunit,IEPU)运行调度及容量配置问题带来的挑战,该文提出一种两阶段随机优化方法。首先,在底层运行优化问题中,通过建立各设备模型及约束条件,提出基于混合整数线性规划(mixed integer linear programming,MILP)的最小成本求解方法;其次,利用蒙特卡洛模拟生成多种随机场景,确定系统在给定容量配置条件下的成本期望;最后,在顶层容量配置优化问题中,以系统容量为决策变量,采用遗传算法调用蒙特卡洛模拟及MILP运行优化算法,实现使IEPU系统全生命周期成本最小的最优容量配置。优化结果表明:底层运行优化中储气的接入使弃光量和碳排放量分别减少5.49%和0.35%,顶层计及源荷不确定性的电力设备容量提升20%左右,更加接近实际场景,验证了所提出方法的有效性。结合参数灵敏度分析,可为IEPU系统的规模化设计提供参考。展开更多
在低碳政策激励下,对传统燃煤发电机组进行升级改造已被提上日程。综合能源生产单元(integrated energy production unit,IEPU)这一新概念逐渐受到学界和工业界关注。选择IEPU作为研究对象,探究它在电力市场环境下的自调度报价策略。首...在低碳政策激励下,对传统燃煤发电机组进行升级改造已被提上日程。综合能源生产单元(integrated energy production unit,IEPU)这一新概念逐渐受到学界和工业界关注。选择IEPU作为研究对象,探究它在电力市场环境下的自调度报价策略。首先,建立了IEPU的自调度利润最大化模型,使用鲁棒优化方法处理IEPU内光伏出力、电价的不确定性,将IEPU的自调度问题建模为一个混合整数线性规划(mixed integer linear programming,MILP)问题。在此基础上,结合k-means聚类方法提出考虑报价段数限制的IEPU自调度报价曲线的生成方法。最后,通过案例仿真研究了IEPU各组件间的耦合关系和运行特性,生成了IEPU报价曲线,分析了IEPU自调度方案对甲烷价格的敏感性,并研究了鲁棒性参数对自调度方案和报价曲线的影响。展开更多
能源电力系统的低碳转型是实现碳达峰碳中和目标的关键所在。为研判“双碳”目标下我国能源电力系统的未来发展趋势,该文构建了考虑绿电替代与绿氢替代的中长期能源电力发展估算模型,基于模型对2020—2060年我国能源电力发展场景进行测...能源电力系统的低碳转型是实现碳达峰碳中和目标的关键所在。为研判“双碳”目标下我国能源电力系统的未来发展趋势,该文构建了考虑绿电替代与绿氢替代的中长期能源电力发展估算模型,基于模型对2020—2060年我国能源电力发展场景进行测算,分析相关核心指标的演化趋势,并针对绿电绿氢与现有能源系统协同发展的多能互补综合能源发展模式提出方案设想。结果表明,以绿电为主、绿氢为辅对传统化石能源的“双替代”,作为实现“双碳”目标的关键措施,将在新型能源体系和新型电力系统建设中发挥决定性作用,分别针对源端能源生产基地和终端消费区域提出的综合能源生产单元(integrated energy production unit,IEPU)和综合能源产消单元(integrated energy production and consumption unit,IECU)设想,可为促进多类型资源协同优化和高效配置、支撑构建新型能源体系与新型电力系统提供方案参考。展开更多
文摘基于电转氨(power to ammonia,P2A)的综合能源生产单元(integrated energy production unit,IEPU)通过耦合绿电制氢和哈伯反应合成氨工艺,为农业、工业和制造业等行业提供绿氨,对促进可再生能源消纳及氢能储运等行业发展具有重要的意义。为定量评价IEPU的能效、技术经济性和降碳潜力,该文基于Aspen Plus建立碱性电解水制氢、合成氨及换热网络等关键过程模型,对IEPU进行系统仿真,定量评价各设备全流程之间的能量流、(火用)流、碳足迹及绿氨的平准化成本。热经济性能效评估表明,IEPU系统的设计工况整体能量效率为39.47%,(火用)效率为26.51%。技术经济性评估表明,当可再生能源电价为0.204元/(kW·h),年利用小时数达到6000时,IEPU系统的绿氨成本约为传统煤制氨生产工艺的1.5倍。基于全生命周期碳足迹评价的结果表明,水、核、风和光伏4种能源驱动的IEPU系统碳足迹在0.20~2.39 kg CO_(2.eq)/kg NH3间波动。结果可用于指导氨基IEPU的规划与设计。
文摘为解决综合能源生产单元(integrated energy production unit,IEPU)中燃煤机组碳捕集过程的高能耗问题,同时应对新能源不确定性对运行调度带来的挑战,该文提出一种考虑太阳能辅助碳捕集技术的IEPU随机低碳调度策略,旨在实现IEPU的多能协同与低碳运行。首先,对含太阳能辅助碳捕集热电联产单元(combined heat and power based on solar-assisted carbon capture,CHP-SACC)的能量流动与运行机理进行分析,并构建其运行模型;其次,考虑风电不确定性带来的影响,提出一种基于条件最小二乘生成对抗网络(conditional-least squares generative adversarial networks,C-LSGANs)的可再生能源场景生成方法来提高场景的生成质量;然后,考虑异质能流耦合约束、多元设备运行约束以及能量平衡约束等,以最大化系统运行收益期望为目标构建IEPU随机低碳调度模型;最后,在算例仿真中设置不同的运行策略验证所提低碳转型方案的有效性,并分析了能源价格、设备容量等因素对系统运行收益的影响。
文摘为实现沿海区域的海上风电场、海上采气平台和陆上热电联供燃气电厂等多种能源生产子单元的协同化运行,考虑可再生能源出力和氢负荷的随机波动,提出沿海区域综合能源生产单元(coastal integrated energy production units,CIEPU)随机优化调度模型。采用参数化代价函数近似(parametric cost function approximation,PCFA)的动态规划算法求解随机优化调度模型。通过一种基于梯度下降的求解方法--Adadelta法,获得策略函数的一阶信息,并计算梯度平方的指数衰减平均值,以更新策略函数的迭代步长;对随机优化调度模型进行策略参数逼近,从而得到近似最优的策略参数,并逐一时段求解出CIEPU的最优调度计划。最后,以某个CIEPU为例,分析计算结果表明,所提出方法获得的优化调度方案可以提高CIEPU运行的经济性并降低碳排放量,验证了所提方法的准确性和高效性。
文摘综合能源生产单元(integrated energy production unit,IEPU)通过耦合可再生能源制氢与火电碳捕集技术,制备易于储运的绿色燃料,在协调解决可再生能源消纳、碳利用及氢能储运等问题方面具有良好的应用前景。为定量评价IEPU的技术经济性与降碳潜力,该文通过构建IEPU工艺流程的仿真模型,模拟风电制氢、甲醇合成及压缩提纯等关键过程,建立多能流与物料流数据的全生命周期清单,进行碳足迹评价,并指出进一步碳减排的可行路径;通过对能量效率、电流密度等技术参数及风电价格、碳税等经济参数进行灵敏度分析,开展不同技术经济性背景下的经济性评估,探究IEPU的盈利条件。碳足迹评价表明,年产39万t绿色甲醇IEPU的全生命周期净碳减排量达5.88万t。技术经济性评估表明,在良好的技术经济性背景下,当风电售价降低至0.21元/(kW×h),基于IEPU生产的绿色甲醇成本可与传统甲醇生产工艺相当。
文摘为充分挖掘综合能源生产单元IEPU(integrated energy production unit)灵活调节支撑能力,提出一种考虑IEPU内部多能源设备的多主体协同灵活调峰调控方法。首先,基于IEPU各类设备的运行特性,采用机理分析及数据统计相结合的方法分析IEPU参与电网灵活调节的工作机理。其次,建立清洁能源消纳、调峰灵活性、系统灵活性缺额的IEPU灵活性评价指标,动态评估系统调节灵活性。最后,针对IEPU内部多个决策主体运行环境复杂的问题,提出可有效支撑电力系统调峰的多主体合作博弈模型。通过算例验证IEPU多主体配合的有效性及灵活支撑能力。
文摘为应对源端可再生能源及荷端负荷需求的随机性波动对综合能源生产单元(integratedenergyproductionunit,IEPU)运行调度及容量配置问题带来的挑战,该文提出一种两阶段随机优化方法。首先,在底层运行优化问题中,通过建立各设备模型及约束条件,提出基于混合整数线性规划(mixed integer linear programming,MILP)的最小成本求解方法;其次,利用蒙特卡洛模拟生成多种随机场景,确定系统在给定容量配置条件下的成本期望;最后,在顶层容量配置优化问题中,以系统容量为决策变量,采用遗传算法调用蒙特卡洛模拟及MILP运行优化算法,实现使IEPU系统全生命周期成本最小的最优容量配置。优化结果表明:底层运行优化中储气的接入使弃光量和碳排放量分别减少5.49%和0.35%,顶层计及源荷不确定性的电力设备容量提升20%左右,更加接近实际场景,验证了所提出方法的有效性。结合参数灵敏度分析,可为IEPU系统的规模化设计提供参考。
文摘在低碳政策激励下,对传统燃煤发电机组进行升级改造已被提上日程。综合能源生产单元(integrated energy production unit,IEPU)这一新概念逐渐受到学界和工业界关注。选择IEPU作为研究对象,探究它在电力市场环境下的自调度报价策略。首先,建立了IEPU的自调度利润最大化模型,使用鲁棒优化方法处理IEPU内光伏出力、电价的不确定性,将IEPU的自调度问题建模为一个混合整数线性规划(mixed integer linear programming,MILP)问题。在此基础上,结合k-means聚类方法提出考虑报价段数限制的IEPU自调度报价曲线的生成方法。最后,通过案例仿真研究了IEPU各组件间的耦合关系和运行特性,生成了IEPU报价曲线,分析了IEPU自调度方案对甲烷价格的敏感性,并研究了鲁棒性参数对自调度方案和报价曲线的影响。
文摘能源电力系统的低碳转型是实现碳达峰碳中和目标的关键所在。为研判“双碳”目标下我国能源电力系统的未来发展趋势,该文构建了考虑绿电替代与绿氢替代的中长期能源电力发展估算模型,基于模型对2020—2060年我国能源电力发展场景进行测算,分析相关核心指标的演化趋势,并针对绿电绿氢与现有能源系统协同发展的多能互补综合能源发展模式提出方案设想。结果表明,以绿电为主、绿氢为辅对传统化石能源的“双替代”,作为实现“双碳”目标的关键措施,将在新型能源体系和新型电力系统建设中发挥决定性作用,分别针对源端能源生产基地和终端消费区域提出的综合能源生产单元(integrated energy production unit,IEPU)和综合能源产消单元(integrated energy production and consumption unit,IECU)设想,可为促进多类型资源协同优化和高效配置、支撑构建新型能源体系与新型电力系统提供方案参考。
