Research on Operation Optimization of Integrated Energy System in Industrial Park Considering Electricity-Gas Bidirectional Coupling

doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2025.03.003

Abstract

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)

CLC Number:

TM71

LIU Zhaoxin, WANG Han, ZHANG Yunxiao, SONG Yikai, ZENG Bo, SUN Zhiquan. Research on Operation Optimization of Integrated Energy System in Industrial Park Considering Electricity-Gas Bidirectional Coupling[J]. LOW VOLTAGE APPARATUS, 2025, 0(3): 11-20.

Figures/Tables 13

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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