考虑电气双向耦合的工业园区综合能源系统运行优化研究

doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2025.03.003

摘要/Abstract

摘要：

针对工业园区复杂能源系统存在的能源利用率低及风电浪费严重等问题,提出一种考虑电气双向耦合的风光氢储综合能源系统运行优化方法。首先,建立考虑电气双向耦合的工业园区综合能源系统模型;其次,以系统总成本、运行能效、碳排放等为目标建立多目标函数,同时考虑设备、联络线、功率平衡等约束;最后,运用Pareto前沿将多目标问题转化为单目标问题,并采用动态差分进化算法分别对工业园区3种运行模式进行计算分析。仿真结果表明,所提方法有效促进了工业园区风电消纳,提高了园区综合能源利用效率,提升了系统运行环保性和灵活性,降低了系统运行总成本。

关键词: 电气双向耦合系统, 综合能源系统, Pareto前沿, 差分进化算法, 电转气, 冷热电联产

Abstract:

Aiming at the problems of low energy utilization rate and serious waste of wind power in the complex energy systems in the industrial parks, an operation optimization method of wind-solar-hydrogen-storage integrated energy system considering electricity-gas bidirectional coupling is proposed.Firstly, an integrated energy system model of industrial park considering electricity-gas bidirectional coupling is established.Secondly, a multi-objective function is established with the total cost of the system, operating energy efficiency, carbon emissions, etc., as the optimization objectives, and the constraints such as equipment, tie lines, and power balance are considered.Finally, the Pareto frontier is used to transform the multi-objective problem into a single-objective problem, and the dynamic differential evolution algorithm is used to calculate and analyze the three operation modes of the industrial park.The simulation results show that the proposed method effectively promotes the wind power consumption in the industrial park, improves the comprehensive energy utilization efficiency of the park,enhances the environmental protection property and flexibility of the system operation, and reduces the total cost of the system operation.

Key words: electricity-gas bidirectional coupling system, integrated energy system (IES), Pareto frontier, differential evolution algorithm, power to gas (P2G), combined cooling heating and power (CCHP)

中图分类号:

TM71

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图/表 13

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参考文献 34

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名称	CCHP机组	电解槽	甲烷反应器	风机	光伏	电网	气网
功率上限/kW	800	100	100	400	300	200	1 500
功率下限/kW	50	0	0	0	0	0	0
爬坡功率上限/ (kW·h^-1)	360	45	40	0	0	0	0
爬坡功率下限/ (kW·h^-1)	300	35	30	0	0	0	0
效率	热电比恒定模式 0.35(电) 0.45(热) 灵活热电比(功率上限0.80)	0.80 (制氢) 0.12 (制热)	0.75	-	-	-	-
运维单价/ [元·(kWh)^-1]	0.053	0.016	0.040	0.029	0.025	-	-

参数	数值	参数	数值
容量/kWh	300	初始储能状态	0.2
最大输入功率/kW	60	最小储能状态	0.2
最大输出功率/kW	60	最大储能状态	0.9
自耗率	0.001	运维单价/ [元·(kWh)^-1]	0.051
充放率	0.9

参数	SO₂	NO_X	CO₂	粉尘
燃气轮机/ [g·(kWh)^-1]	0.023	4.795	170.160	0
购电/ [g·(kWh)^-1]	6.40	2.32	696.00	0.40
排放征收标准/ (元·t^-1)	1 000.00	1 950.00	9.75	125.00

参数	模式1	模式2	模式3
燃料成本/元	7 384.3	7 144.1	7 265.7
运维成本/元	738.5	783.0	748.8
购电成本/元	451.8	451.8	0
售电收益/元	1 009.6	1 009.6	2 489.4
弃风惩罚成本/元	65.9	31.6	0
对比/%	—	-52.05	-100
环境成本/元	1 185.7	1 162.1	1 067.3
对比/%	—	-1.99	-9.99
总成本/元	8 816.7	8 563.0	6 592.4
对比/%	—	-2.88	-25.23