关键词：综合能源系统;储能规划;可再生能源消纳率
引言
随着社会经济的发展，环境清洁要求、能源的高效利用等问题越来越受到人们的重视。传统的能源系统已难以适应不断变化的发电结构及用户用能需求，能够实现多能流高效管理、促进资源充分利用的综合能源系统受到了人们的广泛关注。IES由冷、热、电、气多个能量网络组成，可以充分发挥不同能量耦合互补的优势，通过多种能量网络的互动协同，实现能量的梯次利用，提升综合能源利用效率。
1多能协同规划设计技术
帝国理工NilayShah团队研究了城市能源系统的混合整数线性/非线性优化方法，统筹考虑建筑选址布局、负荷需求以及能源技术选择之间的关系。西班牙Zaragoza大学JoseMYusta采用遗传算法对混合发电系统进行规划设计，并研究了蓄电池容量配置的优化方案。管霖把同时考虑“质”和“量”调节的方法运用到优化设计IES管网管径方案中，以年等值最小投资作为优化目标。王琪鑫把IES中的供、用暖系统作为研究对象，通过分析需求侧用户的行为，得到了同时对IES供、需侧进行优化的方法。管霖以优化能源站的容量作为研究目标，对多目标粒子群算法进行了改进。
2IES中储能规划模型
2．1目标函数
规划目标采用双目标函数，分别为经济成本最低和可再生能源消纳率最大。总经济成本最低为上层目标函数，总的经济成本的目标函数表示为:minf1=C1+C2－C3(1)式中:C1为储能装置投资成本;C2为IES的运行成本;C3为国家对电能替代的政策补贴，根据《关于推进电能替代的指导意见》提出政府补贴。(1)储能投资成本C1，包括蓄电池和蓄水罐购买安装成本和换修成本之和，函数表达式为:
(2)
(3)
式中:α为资金回收系数;i为安装储能元件个数;y为储能规划年;τ为利率;Ci、CＲE分别为储能安装容量和换修容量;ωCapi、ωＲEi分别为单位安装容量成本和单位换修容量成本。(2)IES的运行成本包括储能运行维修费用、从外界购电费用和购气费用，运行成本函数表达式为:
(4)
Ckj=A+B(5)
(6)
式中:Ckj为第k年第j季度运行成本;A为IES运行维护成本;B为购电、购气费用和。
2.2约束条件
功率平衡约束涵盖电、热、冷功率平衡。其中，电功率平衡涉及的设备包括储能、内燃机和电压缩机。电功率平衡约束为
(7)
式中：PEss为储能实际功率，正数为发出功率，负数为吸收功率；PLP为负荷电功率。制热设备包括双效吸收式制冷机、余热锅炉和燃气锅炉，热功率平衡约束为
（8）
式中PLH为负荷热功率。涉及冷功率的设施有双吸收机和电压缩机，冷功率平衡约束为
（9）
为了避免能量浪费，内燃机产生的余热将被双效吸收式制冷机和余热锅炉所利用，这是IES的优越性所在，内燃机与双效吸收式制冷机和余热锅炉的余热平衡为
（10）
2.3求解算法
上述模型中，上层模型考虑储能位置和接入个数，二者均为离散变量，可以将其转化为整数规划问题，应用遗传算法求解更加方便高效，本文上层模型采用自适应遗传算法进行求解;下层模型实际上是一个非线性规划模型为了节省时间同时提高模型整体求解效率，采用对偶点法进行求解。
3能源转换技术
（1）风电转换技术。风电转换是通过风力发电机完成的。安装在主轴前端的桨叶带动风力发电机旋转运行。永磁风力发电机由桨叶直接带动，其定子侧通过交-直-交变流器并网发电。双馈风力发电机由桨叶及升速齿轮箱带动，其转子侧通过交-直-交变流器励磁，定子侧直接并入电网发电。永磁风力发电机不需要齿轮箱，结构简单，噪声低，寿命长，体积小，低风速时效率高，运行维护成本低，是未来应用的发展趋势。金风科技全球总部智慧园区项目中的风力发电机，全部采用永磁风力发电机。风力发电机桨叶是直接接收风能的关键部件。（2）光电转换技术。太阳能电池光电转换元件，利用半导体的光生伏特效应，将太阳辐射能直接转换为直流电。太阳能电池的发展经历了晶硅电池、薄膜电池和第三代太阳能电池（包括聚光太阳能电池、有机太阳能电池和染料敏化太阳能电池等）的发展过程。其中：晶硅电池应用最为广泛；薄膜电池在近年来增长迅速；聚光太阳能电池近年发展迅速，但占比仍然很小。半导体材料是进行光电转换的核心材料。太阳能电池所用的半导体材料分为单元硅材料、多元化合物材料和有机材料。有机材料是具有光敏性质的有机物，此类材料的太阳能电池主要有有机薄膜太阳能电池和钙钛矿太阳能电池。汉能公司采用夹胶封装工艺，将柔性铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能晶片精密封装在高透光度玻璃内层中，与屋面瓦融为一体。（3）生物质气化技术。生物质气化技术是一种热化学处理技术，可将秸秆等固体生物质原料转变为气体燃料。生物质气化炉是生物质气化的核心设备。按照气化介质流动方向，生物质气化炉分为上吸式、下吸式和横吸式。近年来，流化床气化炉技术发展迅速，主要包括鼓泡床、循环流化床、双床和携带床。（4）微型燃气轮机发电技术。微型燃气轮机是指功率为25～300kW的小型热力发电机。微型燃气轮机采用径流式叶轮机械（向心式透平和离心式压气机）和回热循环技术，用于分布式发电、冷热电联供、车辆混合动力装置等。
4综合能源系统
综合能源系统是指利用先进的物理信息技术和某一地区创新的管理模式，整合区域内的煤、石油、天然气、电能、热能等能源，实现各种异构能源子系统之间的协调规划，使之优化运营、协作管理、互动响应、互补互助。在满足系统多样化的能源需求的同时，能有效提高能源效率，推动发展可持续能源的新型能源系统。从理论上讲，综合能源系统并不是一个全新的概念，因为在能源领域，存在着不同能源形式的长期协同优化。例如：CCHP发电机组通过高级和低级热能和电能协调和优化，以实现提高燃料利用效率的目的：冰蓄冷设备协调电能和冷能（也可以作为一种热能能量）来达到能量峰值和谷值填充的目，CCHP和冰蓄冷设备都是综合能源系统的一部分。综合能源系统有三个含义。（1）为实现多元化的能源综合管理打破不同能源直接的障碍；（2）创新性的发现能源的互补替代性，开发转换和存储的新技术，提高能源开发和利用效率，并打破技术壁垒；（3）是创新的市场模式，建立统一的市场价值衡量标准和价值转换媒介。能源的转型和互补可以反映经济和社会价值，并不断挖掘新的潜在市场。
结语
综上所述，本文提出在IES中储能规划运行。首先构建综合能源系统与其内部之间能量转换，再建立起储能的双层规划模型，最后通过仿真结果表明对可再生能源消纳率提高。
参考文献
[1]贾宏杰，穆云飞，余晓丹，等.对我国综合能源系统发展的思考[J].电力建设，2015，36（1）：16-25.
[2]魏晓霞，刘士玮.国外分布式发电发展情况分析及启示[J].能源技术经济，2010，22（9）：58-65.
[3]吴建中.欧洲综合能源系统发展的驱动与现状[J].电力系统自动化，2016，40（5）：1-7.
论文作者:杜庆欢
论文发表刊物:《中国电业》2019年11期
论文发表时间:2019/12/2
标签：能源论文; 太阳能电池论文; 储能论文; 系统论文; 成本论文; 模型论文; 功率论文; 《中国电业》2019年11期论文;