综合能源发电系统优化调度策略

黄剑平

湖北省电力勘测设计院有限公司湖北武汉430000

摘要：相比于以往的分供系统，多通互补能源系统的能源利用效率要高的多，同时其能源供应成本也相对较低，并且在综合能源发电系统运行中所产生的环境效益要更加明显。不过，由于综合能源发电系统属于一种非线性系统，这也使其规划问题的复杂性要更高。为了实现对综合能源发电系统的科学规划，本文对综合能源发电系统运行的相关优化策略进行深入的研究。

关键词：分布式能源；互补能源；优化策略

我国电网企业在2017年10月出台的能源服务业务意见文件中进一步明确了综合能源服务业务的开展意义，并对综合能源服务业务的开展要求进行了总体制定，而在综合能源服务业务开展中，以加快多元化分布式能源服务供应体系的构建成为该文件中的重点内容。为了满足电网企业的发展要求，电力企业应大力开展综合能源发电系统的运行优化，针对综合能源发电系统的运行规划问题，制定具体而详尽的优化策略，以此确保多能源进行协同优化与互补，使可再生能源得到最大限度的利用。为此，以下便对综合能源发电系统运行的优化策略进行相应的研究。

一、综合能源发电系统介绍

综合能源发电系统是将分布式能源作为核心的，其可实现对不同区域的多能源供应，从而使热、电、水、燃气、冷等供能形式进行有效整合，进而实现对多能源的协同优化与互补，最大限度的提高可再生能源的利用效率。此外，还可为能源的梯级利用提供技术支持，使能源综合利用水平得到进一步的提高。不过，由于综合能源发电系统在运行过程中的变量复杂、特性众多、随机性较强，这也使综合能源发电系统属于一种较为典型的非线性系统。相比于传统的能源系统，综合能源发电系统的规划问题要更加复杂，为了解决其系统规划问题，国内外许多学者都纷纷开展了大量的研究，并取得了一系列的成果。

二、综合能源发电系统的运行评价

2.1热力学性能评价

对于分布式发电来说，其对能源的一次利用率需要超过70%，这也是我国发改委的重要规定。对于一次能源利用率来说，其主要具有直观和简单的特点，通过一次能源利用率，可对燃料与电之间的品味进行一定程度的体现，不过却难以对煤、天然气等燃料的区别进行区分，因此需要通过分析法则来对不同品味的能进行转化，使其成为同质能后来得到合理的评价结果。另外，综合能源发电系统还需要采用节能特性指标来反映其节能效果。

2.2经济性评价

在对综合能源发电系统的经济性进行评价时，需要采用以下评价指标，主要包括投资回收期、年运行成本以及全生命周期成本。其中，投资回收期可以看作是系统项目在运行过程中产生的净收益对所有投资进行完全抵偿所消耗的时间，通过投资回收期可对系统项目的总体经济性进行体现。通常来说，投资回收期越长，则代表系统项目的经济性就越差。年运行成本则能够反映系统在运行过程中的年消耗费用，这些费用主要有燃料成本、购电成本以及维护成本等。所谓全生命周期成本，则是系统从投入使用直至报废的时间所产生的各种费用，这些费用主要包括系统的维护费用、系统在运行过程中产生的费用以及系统在投入使用时产生的费用，通过全生命周期成本可对系统的长期经济效益进行真实反映。在经济性评价中，可采用增量评价法来实现。

2.3环境效益评价

在对综合能源发电系统的环境效益进行评价时，可通过年二氧化碳减排率对其减排潜力进行评估，首先要分别求出综合能源发电系统与分供系统的年总二氧化碳排放量进行计算，通过分析两者之间的总二氧化碳排放量差值，以此获得综合能源发电系统的年二氧化碳减排率，同样还可采用相同方法计算出综合能源发电系统的二氧化硫等其他有害气体的减排率。

三、综合能源发电系统运行的优化策略

3.1系统容量优化

由于综合能源发电系统在利用MRM法确定设备容量时，仅对用户的实际负荷需求进行了考虑，但却并没有对系统的运行费用及设备成本等进行考虑，因此需要对MRM法进行相应的优化。我国学者便将遗传算法与MRM法进行了结合应用，以此实现了对综合能源发电系统的设备容量优化，使原动机容量、太阳能发电面积占比、电制冷比系数等成为优化变量。通过分析其优化结果，可以了解到利用遗传算法与MRM法来进行优化，相比于以往的分供系统，综合能源发电系统在全年综合指标上得到了大幅提高。通过解析法对综合能源发电系统在不同负荷区间中的频数进行了统计，从而确定了不同容量匹配方案所获得的经济收益以及满负荷运行时数，并对净现值进行了对比，从而筛先出最佳的容量匹配方案来对综合能源发电系统中的热泵与燃气三联供设备的容量进行了优化设计。在对综合能源发电系统的设备容量进行优化时，则将优化目标设定为最小运行成本，通过条件风险价值的引入来对综合能源发电系统的风险量度进行了衡量，并以投资理论为分析理论，对虚拟电厂的容量优化配置模型中的风险量度进行了充分考虑，从而分析了虚拟电厂容量配置中各个因素所带来的影响，如环境成本影响、风险偏好影响、运行负荷影响等。

3.2运行策略优化

在对综合能源发电系统的运行策略进行优化时，我国学者也进行了相应的研究，王成山便按照能量类别，以能量传递所具有的不同形式分别构建了综合能源发电系统的设备模型，并通过集中母线来对综合能源发电系统的框架进行了构建，从而构建了日前动态经济调度值范围在0—1之间的综合能源发电系统的混合整数线性规划模型，进而使综合能源发电系统中不同设备的运行状态及运行方式得到有效调节，大大提高了系统的运行经济性。根据综合能源发电系统在运行过程中的调度周期，建立了该系统设备的优化配置运行策略模型，并利用Matlab软件求解了综合能源发电系统的混合整数规划问题，从而使综合能源发电系统中的各个供能机组在调度周期中获得了经济性最高的运行策略。

3.3协同优化

在对综合能源发电系统的经济性、环境效益、热力学性能等多个方面进行协同优化时，我国学者也进行了大量的研究，例如我国学者张杰便在协同优化中以最小年费用为目标，构建了三联供系统的混合整数非线性规划模型，同时通过LINGO软件，利用顺序线性规划方法与分支界定方法，获得了不同建筑物在不同地区中的最佳运行策略与最优配置方案。在对供冷、供热、供电的太阳能联供系统进行协同优化时，则是把经济、能源与环境进行综合，使其成为相应的综合评估指标，然后求解其判断矩阵，进而根据不同的运行方式对三种可靠的运行控制策略进行了制定，然后根据这三种运行控制策略对系统的容量与控制策略进行了分别优化。

四、结语

总而言之，对于综合能源发电系统来说，其系统运行规划问题一直都是诸多专家与学者的热点，通过对综合能源发电系统进行合理的运行规划，能够大幅提高可再生能源的利用效率，节约运行成本，同时也有助于提高环境效益，这对于推动我国社会的可持续发展具有重要的现实意义。

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