电—气综合能源系统经济调度研究

随着可再生能源发电机组装机容量的不断增加、电网基础设施建设的落后致使大量可再生能源电能被削减。而且随着人们生活水平不断提高,负荷种类正不断增加,各能源网调度能力面临考验。在综合能源系统研究背景下,新出现的大规模储能技术——电转气技术(Power to Gas,P2G)可以充分消纳可再生能源,改善环境质量,对负荷曲线而言有削峰填谷的效果。电转气厂站与燃气机组的结合增强了综合能源系统内部能量的交互。在此课题的研究背景和意义下,主要进行下述几项工作:首先,阐述了综合能源系统、储能技术、电转气技术的研究现状。在此基础上详细分析了电-气综合能源系统框架结构、各子能源系统性质及运行机制,并列出了目前应用较多的几种电-气综合能源系统结构数学模型。其次,考虑电转气技术对电-气综合能源系统内部能量交互的影响,建立了以系统运行成本(包含常规发电机组燃料成本及气源输气成本)、弃风罚成本和电网污染物排放成本最小为目标的电-气综合能源系统调度模型,对标准教学算法进行改进,编程求解电-气综合能源系统经济调度问题。最后,提出了以风电参与度指标、夜间风电弃风率指标为参照,以电-气综合能源系统为整体,忽略电-气综合能源系统内部各子系统之间的能源交换成本及交换能源所得收益,以电-气综合能源系统日运行成本最小为目标的经济性评价模型。在MATLAB软件中使用改进粒子群算法编程分析了电转气厂站运行成本、储气设备运行成本等可变因素对系统日运行成本的影响。使用改进9节点电力系统与7节点天然气系统作为算例,分析了电转气厂站在电-气综合能源系统中对风电的消纳作用,算例结果说明电转气厂站降低了弃风水平,增加了各时段风电出力,电转气厂站的参与降低了火电机组出力,减小了电网二氧化碳排放水平,电转气厂站的使用过程中产生的大量人造天然气提高了燃气机组出力,证实了电转气技术对协调机组运行的优良影响,但燃气机组效率较低,增加的机组出力提升了整体环境污染物的排放水平。电转气厂站更适用于风电出力较大且负荷需求较小的场景,此时获得的收益最高。