计及综合需求侧响应的能量枢纽优化配置和综合效益评估

环境污染和能源危机促进了对电、天然气、热等多种能源协同规划运行的研究。能量枢纽作为能源互联网的重要组成部分,可容纳多种形式能源的输入以及多元化的负荷类型。优化配置能量枢纽的设备类型和容量是保证能量枢纽安全经济运行的基础。同时,需求侧响应机制和技术的不断发展对该优化配置问题提出了新的要求。另一方面,能量枢纽的应用场景类型繁多,需要构建全面有效的效益评价模型,以科学分析能量枢纽的适用场景和投资收益。在此背景下,本文针对相关问题主要从以下几个方面开展了初步研究:1)发展了能量枢纽系统模型和综合需求侧响应(integrated demand response,IDR)模型。首先提出了能量枢纽系统模型设计的通用方法,并梳理了能量生产设备、能量转换设备和储能设备等各能量单元所含典型设备的功能及具体数学模型。其次,构建了 IDR精细化模型,从负荷响应特性出发,将典型冷/热/电负荷分为基荷类负荷、可平移类负荷和可转移类负荷并分别构建了对应数学模型。2)提出了一种计及IDR的能量枢纽优化配置模型。基于典型日负荷轮廓,以初始安装成本、运行维护成本和能耗成本构成的年运行费用最低为优化目标,考虑IDR及能量枢纽运行约束,建立了能量枢纽优化配置的0-1混合整数线性规划模型。以某居民小区为例,对所构建的模型进行验证,分析了 IDR对优化运行的影响以及各项费用对温度舒适度和可控电负荷参与度的灵敏度。算例结果表明,所构建的优化配置模型能够显著降低能量枢纽的年运行费用。3)建立了能量枢纽综合效益评估指标集与方法。在全面分析能量枢纽特点基础上,以分供(separate power,SP)能源系统为参照,从经济性、节能性和环保性出发构建了能量枢纽综合效益评估指标集。同时,针对不同赋权方法存在的缺陷,提出一种基于组合赋权法的综合评估方法聚合指标。首先,采用极值法确定各项指标的得分。然后,根据G1-专家聚类法和改进熵权法分别确定指标的内涵性权重和结构性权重,并借助最小鉴别信息原理得到综合权重。最后,通过加权聚合得到综合得分。以位于3个地区(北京、杭州和广州)的3类建筑(酒店建筑、办公楼建筑和住宅建筑)为例进行优化配置,并比较求解了各场景下能量枢纽相比SP能源系统的综合效益大小。结果表明,不同气候条件、不同建筑类型均会对能量枢纽的效益产生影响,较多的热负荷、较低的负荷波动和较高的源荷冷热电比匹配度将更有利于能量枢纽发挥系统性能。最后,总结了本文所做的研究工作,并指出了未来在该领域有待进一步研究的问题。