考虑热力系统等效储能特性的低碳园区储能容量优化配置

doi:10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.507

上海交通大学学报 ›› 2024, Vol. 58 ›› Issue (6): 863-871.doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.507

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考虑热力系统等效储能特性的低碳园区储能容量优化配置

陈晖¹, 何耿生¹, 刘昱良²(), 曾红梅¹, 张世旭², 李姚旺²

1.南方电网能源发展研究院有限责任公司,广州 510700
2.清华四川能源互联网研究院,成都 610213

收稿日期:2022-12-09 修回日期:2023-03-21 接受日期:2023-04-28 出版日期:2024-06-28 发布日期:2024-07-05
通讯作者: 刘昱良,硕士,从事低碳电力技术研究;E-mail: liuyl@tsinghua-eiri.org.
作者简介:陈晖(1985-),研究员,从事能源战略与政策研究.
基金资助:
国家自然科学基金(71701087)

Capacity Allocation Strategy of Energy Storage in Low-Carbon Park Considering Equivalent Energy Storage Characteristics of Thermal System

CHEN Hui¹, HE Gengsheng¹, LIU Yuliang²(), ZENG Hongmei¹, ZHANG Shixu², LI Yaowang²

1. Energy Research Institute of China Southern Power Grid Co., Ltd., Guangzhou 510700, China
2. Tsinghua Sichuan Energy Internet Research Institute, Chengdu 610213, China

Received:2022-12-09 Revised:2023-03-21 Accepted:2023-04-28 Online:2024-06-28 Published:2024-07-05

摘要/Abstract

摘要：

低碳发展目标下,配置储能是保证低碳园区安全、经济运行,降低碳排放量的关键手段.为解决当前低碳园区中碳排放计算不准确、等效储能资源利用不充分的问题,提出了基于碳排放流理论的电网动态排放因子计算方法,实现了园区用电间接碳排放的精确计量;然后,充分考虑园区中的可用等效储能资源,提出了一种考虑热力系统等效储能特性的储能容量优化配置模型,并采用大M法对模型中的非线性约束进行了等价转换.最后,基于算例系统进行了仿真分析,仿真结果验证了所提模型的正确性和有效性.

关键词: 低碳, 储能系统, 优化配置, 碳排放流, 间接碳排放

Abstract:

Under the low-carbon development goal, energy storage allocation is the key measure to ensure the safe and economic operation of low-carbon parks, and to reduce carbon emissions. To solve the problems of inaccurate carbon emission calculation and insufficient utilization of equivalent energy storage resources in low-carbon parks, this paper proposes a dynamic emission factor calculation method based on the carbon emission flow theory, which realizes the accurate measurement of indirect carbon emissions from park electricity consumption. Then, taking into account the available equivalent energy storage resources in the park, it proposes an energy storage capacity optimization allocation model considering the equivalent energy storage characteristics of thermal system, and uses the big M method to equivalently transform the nonlinear constraints in the model. Finally, it conducts simulation analysis based on a case system to verify the correctness and effectiveness of the proposed model.

Key words: low carbon, energy storage system, optimization configuration, carbon emission flow, indirect carbon emissions

中图分类号:

TM732

陈晖, 何耿生, 刘昱良, 曾红梅, 张世旭, 李姚旺. 考虑热力系统等效储能特性的低碳园区储能容量优化配置[J]. 上海交通大学学报, 2024, 58(6): 863-871.

CHEN Hui, HE Gengsheng, LIU Yuliang, ZENG Hongmei, ZHANG Shixu, LI Yaowang. Capacity Allocation Strategy of Energy Storage in Low-Carbon Park Considering Equivalent Energy Storage Characteristics of Thermal System[J]. Journal of Shanghai Jiao Tong University, 2024, 58(6): 863-871.

图/表 16

图1

图2

图3

图4

图5

图6

图7

图8

表1

CHP机组参数

参数	取值
r_CHP	0.85
$F - C H P$ /m³	18
$F_C H P$ /m³	3
m_CHP/(元·m^-3)	71.4
$φ C H P p$ /[m³·(kW·h)^-1]	2.4
$φ C H P h$ /[m³·(kW·h)^-1]	0.95
$P - C H P$ /MW	4.5
$P_C H P$ /MW	0.85

表1

表2

图9

表3

图10

图11

图12

图13

参考文献 13

[1]	中华人民共和国国家发展和改革委员会. 国家能源局关于完善能源绿色低碳转型体制机制和政策措施的意见[EB/OL]. (2022-02-10)[2022-11-07]. https://www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/tz/202202/t20220210_1314511.html?code=&state=123.
	National Development and Reform Commission. Opinions of the National Energy Administration on improving the institutional mechanisms and policy measures for the green and low-carbon transformation of energy[EB/OL]. (2022-02-10)[2022-11-07]. https://www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/tz/202202/t20220210_1314511.html?code=&state=123.
[2]	张敏, 王金浩, 常潇, 等. 考虑可再生能源不确定性的热-电耦合微能源系统多目标鲁棒规划方法[J]. 中国电力, 2021, 54(4): 119-129.
	ZHANG Min, WANG Jinhao, CHANG Xiao, et al. A multi-objective robust planning method for thermal-electrical coupling micro-energy system considering the uncertainty of renewable energy[J]. Electric Power, 2021, 54(4): 119-129.
[3]	熊宇峰, 陈来军, 郑天文, 等. 考虑电热气耦合特性的低碳园区综合能源系统氢储能优化配置[J]. 电力自动化设备, 2021, 41(9): 31-38.
	XIONG Yufeng, CHEN Laijun, ZHENG Tianwen, et al. Optimal configuration of hydrogen energy storage in low-carbon park integrated energy system considering electricity-heat-gas coupling characteristics[J]. Electric Power Automation Equipment, 2021, 41(9): 31-38.
[4]	周立立, 向月, 陈凌天. 基于风险-收益分析的用户侧储能容量经济配置研究[J]. 中国电力, 2021, 54(9): 187-197.
	ZHOU Lili, XIANG Yue, CHEN Lingtian. Research on economic allocation of user-side energy storage capacity based on risk-benefit analysis[J]. Electric Power, 2021, 54(9): 187-197.
[5]	LIU X. Research on optimal placement of low-carbon equipment capacity in integrated energy system considering carbon emission and carbon trading[J]. International Journal of Energy Research, 2022, 46(14): 20535-20555.
[6]	李姚旺, 张宁, 张世旭, 等. 面向电力系统的多能源云储能模式:基本概念与研究展望[J]. 中国电机工程学报, 2023, 43(6): 2179-2190.
	LI Yaowang, ZHANG Ning, ZHANG Shixu, et al. Multi-energy cloud energy storage for power systems: Basic concepts and research prospects[J]. Proceedings of the Chinese Society for Electrical Engineering, 2023, 43(6): 2179-2190.
[7]	周天睿, 康重庆, 徐乾耀, 等. 电力系统碳排放流分析理论初探[J]. 电力系统自动化, 2012, 36(7): 38-43.
	ZHOU Tianrui, KANG Chongqing, XU Qianyao, et al. Preliminary theoretical investigation on power system carbon emission flow[J]. Automation of Electric Power Systems, 2012, 36(7): 38-43.
[8]	周天睿, 康重庆, 徐乾耀, 等. 电力系统碳排放流的计算方法初探[J]. 电力系统自动化, 2012, 36(11): 44-49.
	ZHOU Tianrui, KANG Chongqing, XU Qianyao, et al. Preliminary investigation on a method for carbon emission flow calculation of power system[J]. Automation of Electric Power Systems, 2012, 36(11): 44-49.
[9]	周天睿, 康重庆, 徐乾耀, 等. 碳排放流在电力网络中分布的特性与机理分析[J]. 电力系统自动化, 2012, 36(15): 39-44.
	ZHOU Tianrui, KANG Chongqing, XU Qianyao, et al. Analysis on distribution characteristics and mechanisms of carbon emission flow in electric power network[J]. Automation of Electric Power Systems, 2012, 36(15): 39-44.
[10]	IPCC. 2006 IPCC guidelines for national greenhouse gas inventories[EB/OL]. (2020-07-01)[2022-08-19]. http://www.ipcc-nggip.iges.or.jp/public/2006gl/index.html.
[11]	蔡杰, 张松岩, 杜治, 等. 含光热集热模块的先进绝热压缩空气储能系统容量配置策略[J]. 电力自动化设备, 2020, 40(7): 165-176.
	CAI Jie, ZHANG Songyan, DU Zhi, et al. Capacity allocation strategy of advanced adiabatic compressed air energy storage system with solar thermal collector module[J]. Electric Power Automation Equipment, 2020, 40(7): 165-176.
[12]	LU S, GU W, MENG K, et al. Thermal inertial aggregation model for integrated energy systems[J]. IEEE Transactions on Power Systems, 2019, 35(3): 2374-2387.
[13]	张磊, 罗毅, 罗恒恒, 等. 基于集中供热系统储热特性的热电联产机组多时间尺度灵活性协调调度[J]. 中国电机工程学报, 2018, 38(4): 985-998.
	ZHANG Lei, LUO Yi, LUO Hengheng, et al. Scheduling of integrated heat and power system considering multiple time-scale flexibility of CHP unit based on heat characteristic of DHS[J]. Proceedings of the CSEE, 2018, 38(4): 985-998.

机组类型	碳排放因子取值
超超临界1 000 MW级机组	0.793 8
超超临界600 MW级机组	0.806 7
超临界600 MW级机组	0.838 5
亚临界300 MW级机组	0.887 5
亚临界循环流化床300 MW级机组	0.917 1
超高压及以下机组	0.936 3
燃气机组	0.378 9
垃圾发电	1.108
沼气发电	0.23

场景	规划结果
场景	储能配置功率/MW	储能配置容量/(MW·h)	系统日均运行成本/元	碳排放量/t	弃风电量/(MW·h)
1	—	—	42 871.3	188.83	18.55
2	2.17	9.17	37 084.1	182.50	7.70
3	2.33	9.17	36 236.9	178.04	3.45

[1]	邱革非, 冯泽华, 沈赋, 何超, 何虹辉, 刘铠铭. 考虑车网互动的园区电网动态双层能量管理策略[J]. 上海交通大学学报, 2024, 58(6): 916-925.
[2]	尚梦琪, 高红均, 贺帅佳, 刘俊勇. 考虑阶梯碳奖惩和综合需求响应的楼宇低碳规划[J]. 上海交通大学学报, 2024, 58(6): 926-940.
[3]	张程, 匡宇, 陈文兴, 郑杨. 计及电动汽车充电方式与多能耦合的综合能源系统低碳经济优化运行[J]. 上海交通大学学报, 2024, 58(5): 669-681.
[4]	范宏, 杨忠权, 夏世威. 考虑阶梯式碳交易机制的混氢天然气综合能源系统低碳经济运行[J]. 上海交通大学学报, 2024, 58(5): 624-635.
[5]	张诚, 琚长江, 熊灿, 杨根科. 基于双级主动式拓扑的锂电池寿命优化[J]. 上海交通大学学报, 2024, 58(5): 719-729.
[6]	刘传斌, 矫文书, 吴秋伟, 陈健, 周前. 基于模型预测控制的风储联合电场参与电网二次调频策略[J]. 上海交通大学学报, 2024, 58(1): 91-101.
[7]	张春雁, 窦真兰, 白冰青, 王玲玲, 蒋传文, 熊展. 基于用户分类的综合能源系统低碳运行策略[J]. 上海交通大学学报, 2024, 58(1): 1-10.
[8]	夏芹芹, 罗永捷, 王荣茂, 邹尧, 罗桓桓, 李金灿, 周念成, 王强钢. 考虑新能源爬坡的风光火耦合系统源荷匹配性分析及容量优化配置[J]. 上海交通大学学报, 2024, 58(1): 69-81.
[9]	米阳, 李海鹏, 陈博洋, 彭建伟, 魏炜, 姚艳. 基于模糊场景聚类的微电网两阶段优化配置[J]. 上海交通大学学报, 2023, 57(9): 1137-1145.
[10]	刘子旭, 米阳, 卢长坤, 符杨, 苏向敬. 计及需求响应和风力发电消纳的电-热系统低碳优化调度[J]. 上海交通大学学报, 2023, 57(7): 835-844.
[11]	朱海南, 王娟娟, 陈兵兵, 张厚望, 陈健, 吴秋伟. 考虑经济性与碳排放的电-气综合能源系统多目标规划[J]. 上海交通大学学报, 2023, 57(4): 422-431.
[12]	彭思佳, 邢海军, 成明洋. 多重不确定环境下考虑阶梯型碳交易的虚拟电厂低碳经济调度[J]. 上海交通大学学报, 2023, 57(12): 1571-1582.
[13]	范宏, 王兰坤, 邢梦晴, 田书欣, 于伟南. 考虑频率稳定约束的电-氢互补多楼宇协调优化调度[J]. 上海交通大学学报, 2023, 57(12): 1559-1570.
[14]	俞发强, 张名捷, 程语, 陈达伟, 杨函煜, 黎灿兵. 需求响应下的并网型风-光-沼微能源网优化配置[J]. 上海交通大学学报, 2023, 57(1): 10-16.
[15]	杨博, 王俊婷, 俞磊, 曹璞璘, 束洪春, 余涛. 基于孔雀优化算法的配电网储能系统双层多目标优化配置[J]. 上海交通大学学报, 2022, 56(10): 1294-1307.

考虑热力系统等效储能特性的低碳园区储能容量优化配置

Capacity Allocation Strategy of Energy Storage in Low-Carbon Park Considering Equivalent Energy Storage Characteristics of Thermal System

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