考慮源-儲(chǔ)協(xié)同優(yōu)化的區(qū)域綜合能源系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度

姜 濤，許 真，張勁松，周煒然，周慧娟

（1.國網(wǎng)重慶市電力公司市北供電分公司，重慶 401147；2.國網(wǎng)四川省電力公司蒼溪縣供電分公司，四川 廣元 628000；3.國網(wǎng)河南省電力公司營(yíng)銷服務(wù)中心，鄭州 450000）

0 引言

“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)驅(qū)動(dòng)下，推動(dòng)能源綠色轉(zhuǎn)型勢(shì)在必行。RIES（區(qū)域綜合能源系統(tǒng)）通過整合區(qū)域內(nèi)風(fēng)、光、天然氣等多種能源，以多能互補(bǔ)形式開展電、氣、熱、冷能源供應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)清潔綠色能源有效利用，減少污染物質(zhì)排放［1-2］。

CCHP（冷熱電聯(lián)供）是RIES 核心供能載體，受冬季供暖需求限制，其通常按“以熱定電”模式運(yùn)行，從而使調(diào)節(jié)靈活的燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行受限［3］。CCHP對(duì)RIES運(yùn)行的不利影響包括兩個(gè)方面：受風(fēng)電反調(diào)峰特性影響，夜間負(fù)荷低谷時(shí)段風(fēng)電高發(fā)，CCHP熱電耦合運(yùn)行模式導(dǎo)致風(fēng)電消納困難；白天熱負(fù)荷較低而電負(fù)荷較高時(shí)，CCHP“以熱定電”運(yùn)行方式限制了燃?xì)廨啓C(jī)供電出力，增加了系統(tǒng)運(yùn)行成本。

對(duì)供能環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，通過增設(shè)新的靈活熱源以解耦熱電機(jī)組“以熱定電”運(yùn)行約束，能夠減少棄風(fēng)。其中，熱泵裝置憑借高能效、低排放的優(yōu)勢(shì)，在電鍋爐、燃?xì)忮仩t等熱源中脫穎而出。文獻(xiàn)［4-5］針對(duì)電鍋爐、熱泵消納風(fēng)電方案及經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了闡述。文獻(xiàn)［6］引入熱泵裝置提升CCHP供能靈活性，與電熱可控柔性負(fù)荷協(xié)同優(yōu)化，以提升系統(tǒng)運(yùn)行效益。文獻(xiàn)［7］考慮熱泵與電動(dòng)汽車的靈活性特點(diǎn)，通過源-荷協(xié)同互動(dòng)來減少系統(tǒng)棄風(fēng)。上述文獻(xiàn)驗(yàn)證了熱泵對(duì)促進(jìn)風(fēng)電消納的有效性，但并未解決用電高峰CCHP 供電不足問題，而且研究中熱泵裝置能效比均按定值計(jì)算，與實(shí)際運(yùn)行存在一定差異，從而導(dǎo)致風(fēng)電消納存在偏差。

為提高電負(fù)荷較高時(shí)熱電機(jī)組電熱調(diào)節(jié)能力，現(xiàn)有研究多從源、荷、儲(chǔ)三方面展開。文獻(xiàn)［8-9］采用余熱發(fā)電設(shè)備對(duì)電-熱能源耦合環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，通過調(diào)整CHP（熱電聯(lián)供）的熱電比來減少系統(tǒng)購電功率。文獻(xiàn)［10-11］提出計(jì)及人體舒適度與柔性負(fù)荷的電熱系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度方法，通過拓寬人體舒適度約束，增加用電高峰CHP 機(jī)組供電量，減少系統(tǒng)購電成本。文獻(xiàn)［12-13］引入儲(chǔ)熱裝置，通過增加用電高峰CHP產(chǎn)熱功率，提高熱電機(jī)組供電能力，降低系統(tǒng)運(yùn)行成本。上述文獻(xiàn)分別從源、荷、儲(chǔ)不同角度對(duì)熱電機(jī)組進(jìn)行優(yōu)化，其中儲(chǔ)熱裝置投資成本低廉、技術(shù)成熟，并且運(yùn)行過程中不會(huì)影響用戶舒適度體驗(yàn)，因此較其他方式而言更具優(yōu)勢(shì)。

利用源-儲(chǔ)協(xié)同優(yōu)化，充分發(fā)揮二者優(yōu)勢(shì)以同時(shí)應(yīng)對(duì)聯(lián)供機(jī)組“以熱定電”運(yùn)行方式造成的棄風(fēng)及用電高峰供電不足問題，能夠提高RIES可再生能源利用水平與運(yùn)行效益。然而現(xiàn)有關(guān)于源-儲(chǔ)協(xié)同的研究多側(cè)重于能量遠(yuǎn)距離輸送的大型電熱互聯(lián)系統(tǒng)，通過電鍋爐與儲(chǔ)熱配合來改善熱電機(jī)組調(diào)節(jié)能力［14-16］。隨著“十四五”規(guī)劃以及“雙碳”戰(zhàn)略的展開，推行分布式能源建設(shè)成為現(xiàn)階段工作重點(diǎn)［17］。RIES 作為分布式能源集成的典型物理載體，對(duì)其積極開展源-儲(chǔ)協(xié)同優(yōu)化意義重大。

為此，本文提出ASHP（空氣源熱泵）與儲(chǔ)熱聯(lián)合調(diào)度的RIES優(yōu)化模型。從ASHP與儲(chǔ)熱原理入手，充分發(fā)揮源-儲(chǔ)協(xié)同優(yōu)化作用，即：在夜間風(fēng)電高發(fā)時(shí)段，采用ASHP 消納風(fēng)電供熱，與儲(chǔ)熱裝置放熱配合，以減少燃?xì)廨啓C(jī)熱電耦合發(fā)電功率，提升風(fēng)電并網(wǎng)空間；在電負(fù)荷較高而采暖負(fù)荷較低時(shí)，利用儲(chǔ)熱裝置蓄熱，增加CCHP 熱電耦合發(fā)電功率，減少系統(tǒng)購電成本。源-儲(chǔ)協(xié)同作用可使系統(tǒng)風(fēng)電消納能力與運(yùn)行成本得到有效改善。

1 源－儲(chǔ)協(xié)同優(yōu)化RIES調(diào)度架構(gòu)

本文研究對(duì)象為社區(qū)型RIES，冬季負(fù)荷為電、熱負(fù)荷，CCHP 由燃?xì)廨啓C(jī)與溴冷機(jī)組成。由于冬季電、熱負(fù)荷呈現(xiàn)相反態(tài)勢(shì)，CCHP“以熱定電”運(yùn)行方式導(dǎo)致燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電功率表現(xiàn)為“夜高晝低”，在夜間擠占風(fēng)電并網(wǎng)空間，而白天系統(tǒng)供電不足。

基于源-儲(chǔ)協(xié)同優(yōu)化的RIES 調(diào)度架構(gòu)如圖1所示。該架構(gòu)能夠直觀展示RIES中設(shè)備之間的連接組成方式、能量流動(dòng)及轉(zhuǎn)換過程，其中CCHP與ASHP 熱能轉(zhuǎn)換路徑為系統(tǒng)熱能供應(yīng)提供了選擇，同時(shí)蓄熱罐通過熱能蓄放進(jìn)一步提高了熱能供應(yīng)的靈活性。通過對(duì)能量轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，能夠提升RIES運(yùn)行靈活性與經(jīng)濟(jì)性。

圖1 區(qū)域綜合能源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 變工況ASHP電熱轉(zhuǎn)換建模

ASHP 運(yùn)行原理為逆卡諾循環(huán)過程，通過電能驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)以驅(qū)使冷媒進(jìn)行物理相變，從而實(shí)現(xiàn)供熱、制冷。

圖2為ASHP提升風(fēng)電消納原理。為了促進(jìn)風(fēng)電并網(wǎng)消納，采用風(fēng)電對(duì)ASHP 進(jìn)行直接供能，在增加夜間用電負(fù)荷的同時(shí)將風(fēng)電轉(zhuǎn)換為調(diào)峰熱源，以減少CCHP 承擔(dān)的供熱峰荷，從而實(shí)現(xiàn)聯(lián)供機(jī)組熱電解耦，提高風(fēng)電上網(wǎng)空間。

圖2 ASHP促進(jìn)風(fēng)電消納原理

現(xiàn)有優(yōu)化調(diào)度研究中ASHP 能效比通常按定值計(jì)算，供熱模式下ASHP 通過吸收戶外空氣中的熱量進(jìn)行制熱循環(huán)，因此室外環(huán)境溫度變化對(duì)ASHP 制熱性能ηHP，h具有直接影響。考慮環(huán)境溫度影響的變工況ASHP電熱轉(zhuǎn)換數(shù)學(xué)模型［18］為：

式中：PHP（t）和PHP，h（t）分別為t時(shí)段ASHP消耗的電功率、電熱轉(zhuǎn)換的熱功率；Pw（t）為t時(shí)段風(fēng)電機(jī)組發(fā)電功率；μwl（t）和μwd（t）分別為t時(shí)段風(fēng)電分配至集電器功率系數(shù)和棄風(fēng)系數(shù)；ηHP，h（t）為t時(shí)段ASHP 電熱轉(zhuǎn)換系數(shù)；θout（t）為t時(shí)段室外環(huán)境溫度。

對(duì)于冬季供熱而言，ASHP 制熱性能隨著環(huán)境溫度的降低而下降，一天中多數(shù)時(shí)段ηHP，h均低于額定值。考慮到RIES棄風(fēng)集中于夜間環(huán)境溫度最低時(shí)段［19］，忽略環(huán)境溫度對(duì)ηHP，h的影響會(huì)使系統(tǒng)風(fēng)電消納存在偏差，即夜間變工況ASHP 制熱功率低于定工況運(yùn)行時(shí)制熱功率，導(dǎo)致系統(tǒng)風(fēng)電消納量低于ASHP 定工況運(yùn)行模式。在實(shí)際調(diào)度中，為彌補(bǔ)定能效ASHP 調(diào)度差額，系統(tǒng)需要進(jìn)行切負(fù)荷或額外購置能源，從而降低了供能可靠性，增加了運(yùn)行成本。

1.2 基于RIES運(yùn)行狀態(tài)的蓄熱罐熱能時(shí)移特性建模

蓄熱罐工作原理如圖3 所示，圖中TG為溫控參數(shù)。

圖3 蓄熱罐工作原理

蓄熱罐接入運(yùn)行后，通過熱能時(shí)移，將與蓄熱容量相等的峰時(shí)熱負(fù)荷轉(zhuǎn)移至用熱低谷，實(shí)現(xiàn)對(duì)采暖負(fù)荷削峰填谷，進(jìn)而提高CCHP 電熱調(diào)節(jié)能力，原理如圖4所示。夜間用熱高峰，蓄熱罐作為熱源放熱運(yùn)行，通過承擔(dān)部分熱負(fù)荷來減少燃?xì)廨啓C(jī)熱電耦合發(fā)電功率，增加風(fēng)電并網(wǎng)空間；白天用熱低谷，蓄熱罐作為熱負(fù)荷蓄熱運(yùn)行，從而增加燃?xì)廨啓C(jī)熱電耦合發(fā)電功率，降低用電高峰RIES對(duì)主網(wǎng)的依賴程度。

圖4 蓄熱罐熱能時(shí)移調(diào)節(jié)原理

將系統(tǒng)自供電狀態(tài)Zs、棄風(fēng)狀態(tài)fw作為蓄熱罐蓄、放熱標(biāo)志，其中Zs表示系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)電機(jī)組滿足用電負(fù)荷能力，fw表示系統(tǒng)對(duì)風(fēng)電可再生能源消納能力。通過靈活調(diào)控不同時(shí)間段蓄熱罐運(yùn)行模式，最大限度促進(jìn)風(fēng)電并網(wǎng)消納，降低系統(tǒng)運(yùn)行成本。調(diào)度中心可根據(jù)機(jī)組信息、負(fù)荷預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)fw和Zs進(jìn)行判斷。基于系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的蓄熱罐熱能時(shí)移特性表達(dá)式為：

式中：PH（t）和PHz（t）分別為蓄熱罐接入前和接入后t時(shí)段熱負(fù)荷；Pe（t）為t時(shí)段電負(fù)荷；H（t）為t時(shí)段蓄熱罐能量狀態(tài)；EH為蓄熱罐容量；PH，c（t）和PH，d（t）分別為t時(shí)段蓄熱罐蓄熱、放熱功率；ηH為蓄熱罐蓄放熱效率；PGT（t）和Pv（t）分別為t時(shí)段燃?xì)廨啓C(jī)、光伏發(fā)電功率；Δt為單位調(diào)度時(shí)間；Pmaxline為聯(lián)絡(luò)線最大傳輸功率；Zs=1 時(shí)蓄熱罐蓄熱，fw=1時(shí)蓄熱罐放熱。

2 源-儲(chǔ)協(xié)同優(yōu)化RIES經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型

2.1 目標(biāo)函數(shù)

以RIES 日前調(diào)度成本最優(yōu)為目標(biāo)，通過ASHP 與蓄熱罐協(xié)同運(yùn)行，從源、儲(chǔ)兩側(cè)共同提升CCHP 冬季電熱調(diào)節(jié)能力，從而提升系統(tǒng)風(fēng)電消納能力，降低運(yùn)行成本。目標(biāo)函數(shù)表達(dá)式為：

式中：CRS為系統(tǒng)運(yùn)行成本；CFU（t）和COM（t）分別為t時(shí)段機(jī)組燃料成本、運(yùn)行維護(hù)成本；CEN（t）和CWC（t）分別為t時(shí)段系統(tǒng)環(huán)境成本、棄風(fēng)懲罰成本；CEX（t）為t時(shí)段RIES 電能交互成本（含購電成本、售電收益）；CDE為新增設(shè)備（ASHP、蓄熱罐）日投資成本；T為總時(shí)段數(shù)。

2.1.1 燃料成本

系統(tǒng)需要外購天然氣以供給燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電，費(fèi)用可表示為：

式中：ηGT為發(fā)電效率；HCH4為天然氣低熱值，取9.7 kWh/m3；DCH4為天然氣單價(jià)，取2.54元/m3。

2.1.2 運(yùn)行維護(hù)成本

燃?xì)廨啓C(jī)、ASHP 以及風(fēng)電、光伏在運(yùn)行中需進(jìn)行日常維護(hù)，費(fèi)用可表示為：

式中：Kw、Kv、KGT、KHP分別為風(fēng)電、光伏、燃?xì)廨啓C(jī)、ASHP功率維護(hù)單價(jià)。

2.1.3 環(huán)境成本

風(fēng)電、光伏、ASHP 均為清潔能源供能，因此排污治理征收對(duì)象主要為運(yùn)行中的燃?xì)廨啓C(jī)、系統(tǒng)購電功率（目前用電高峰購電功率多來自燃煤電廠），費(fèi)用可表示為：

式中：δk和βk分別為燃?xì)廨啓C(jī)、購電功率第k種污染物單位排放量；W為排污種類數(shù)；ωk為第k種污染物單位治理費(fèi)用。

2.1.4 棄風(fēng)懲罰成本

為提升風(fēng)電消納能力，對(duì)系統(tǒng)棄風(fēng)功率進(jìn)行按量懲罰，費(fèi)用可表示為：

式中：πwd為棄風(fēng)罰款單價(jià)，取0.05元/kWh。

2.1.5 電能交互成本

聯(lián)絡(luò)線功率PEX（t）分為購電與售電兩類，對(duì)應(yīng)成本收益可表示為：

式中：Pbuy（t）和Psell（t）分別為t時(shí)段系統(tǒng)購、售電功率；Dbuy（t）和Dsell（t）分別為t時(shí)段系統(tǒng)購、售電電價(jià)。

2.1.6 新增設(shè)備日投資成本

ASHP與蓄熱罐作為RIES新建設(shè)備，其投資成本將會(huì)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性造成一定影響。將總投資成本轉(zhuǎn)化為日折舊費(fèi)用進(jìn)行量化考慮，表示為：

式中：CDE，HP和CDE，H分別為ASHP、蓄熱罐日投資成本；CHP和βHP分別為ASHP 規(guī)劃容量和單位容量建設(shè)成本；CH和βH分別為蓄熱罐規(guī)劃容量和單位容量建設(shè)成本；rHP和rH分別為ASHP、蓄熱罐折現(xiàn)率；γHP和γH分別為ASHP、蓄熱罐可使用年限。

此外，蓄熱罐成本中總還包括其運(yùn)行維護(hù)成本COM，H，將CDE，H乘以系數(shù)λ作為其年維護(hù)成本，進(jìn)一步折算至日維護(hù)成本為：

因此蓄熱罐折算至每日投資運(yùn)維成本為：

2.2 約束條件

2.2.1 能量平衡約束

能量平衡主要為系統(tǒng)能源匯集分配環(huán)節(jié)，即集電器、集熱器能量流入、流出應(yīng)保持實(shí)時(shí)平衡，表示為：

式中：PLB，h（t）為溴冷機(jī)t時(shí)段制熱功率。

2.2.2 能量轉(zhuǎn)換元件約束

燃?xì)廨啓C(jī)、溴冷機(jī)的能量轉(zhuǎn)換約束參考文獻(xiàn)［3］，ASHP能量轉(zhuǎn)換需滿足式（2）、式（3）。

2.2.3 機(jī)組運(yùn)行約束

所有設(shè)備均需在允許范圍內(nèi)工作。機(jī)組運(yùn)行約束主要考慮燃?xì)廨啓C(jī)、ASHP 運(yùn)行功率約束、爬坡約束，具體為：

式中：和分別為燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行最大功率、最小功率；和分別為ASHP 運(yùn)行最大功率、最小功率；和分別為燃?xì)廨啓C(jī)最大向上、向下爬坡速率；和分別為ASHP最大向上、向下爬坡速率。

2.2.4 聯(lián)絡(luò)線交互功率約束

聯(lián)絡(luò)線傳輸容量有限，各時(shí)段RIES與主網(wǎng)交互功率不能越限，表示為：

式中：和分別為交互功率上限、下限。

2.2.5 蓄熱罐運(yùn)行約束

蓄熱罐運(yùn)行過程中，需滿足蓄放能、儲(chǔ)能量等相關(guān)約束，表示為：

式中：和分別為蓄熱罐最大蓄、放熱功率；Hmax和Hmin分別為蓄熱罐最大、最小能量狀態(tài)。

2.2.6 網(wǎng)絡(luò)約束

網(wǎng)絡(luò)約束詳見文獻(xiàn)［20］，主要考慮電力網(wǎng)絡(luò)、天然氣網(wǎng)絡(luò)約束。

2.3 仿真工具

優(yōu)化模型中天然氣網(wǎng)絡(luò)為非線性約束，采用文獻(xiàn)［8］方法處理，將模型轉(zhuǎn)化為線性規(guī)劃問題。CPLEX作為優(yōu)秀的線性規(guī)劃問題求解工具，能夠應(yīng)用割平面定界劃分范圍技術(shù)進(jìn)行快速求解。本文在CPLEX12.6版本中實(shí)現(xiàn)仿真。

3 算例分析

3.1 算例數(shù)據(jù)

算例系統(tǒng)參考文獻(xiàn)［20］并進(jìn)行調(diào)整，引入ASHP、蓄熱罐對(duì)熱能耦合環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)去除柴油發(fā)電機(jī)組，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。源、荷預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)取自華北地區(qū)某綠色能源示范項(xiàng)目，環(huán)境溫度、機(jī)組參數(shù)及電價(jià)信息見表1—3、圖6—8。ηH=0.88，βHP=1 200 元/kW，γHP=10 年，βH=380 元/kW，γH=30 年，rHP=5%，rH=10%，λ=0.5%。

圖6 ASHP工作原理

表1 機(jī)組參數(shù)

圖5 算例系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

設(shè)置3類運(yùn)行場(chǎng)景（見表4）并分別進(jìn)行仿真分析，以驗(yàn)證源-儲(chǔ)優(yōu)化模型的優(yōu)勢(shì)。

3.2 ASHP定、變工況運(yùn)行分析

表2 污染排放數(shù)據(jù)

表3 區(qū)域綜合能源系統(tǒng)電價(jià)信息

表4 場(chǎng)景分類

圖9為無ASHP系統(tǒng)供電調(diào)度結(jié)果。調(diào)度周期內(nèi)CCHP 按“以熱定電”模式運(yùn)行，燃?xì)廨啓C(jī)需按照供熱負(fù)荷進(jìn)行發(fā)電安排，導(dǎo)致其供電曲線呈現(xiàn)“夜高晝低”：在風(fēng)電高發(fā)的1—8和24時(shí)段擠占風(fēng)電上網(wǎng)空間，造成棄風(fēng)；在電價(jià)較高的13—22 時(shí)段，受熱負(fù)荷制約燃?xì)廨啓C(jī)不能充分投入運(yùn)行，導(dǎo)致系統(tǒng)供電不足，聯(lián)絡(luò)線存在較高的購電功率。因此該場(chǎng)景下系統(tǒng)棄風(fēng)較為嚴(yán)重，運(yùn)行成本較高。

圖10 為ASHP 接入后在定工況、變工況模式下的運(yùn)行結(jié)果。在電價(jià)低谷的1—6 和23—24 時(shí)段，燃?xì)廨啓C(jī)度電成本高于電網(wǎng)電價(jià)，此時(shí)優(yōu)先調(diào)用ASHP 進(jìn)行供熱以降低燃?xì)廨啓C(jī)供電出力；在電價(jià)較高的7—22時(shí)段，系統(tǒng)購、售電電價(jià)均高于燃?xì)廨啓C(jī)度電成本，此時(shí)CCHP 優(yōu)先供熱，ASHP在7—8棄風(fēng)時(shí)段進(jìn)行輔助供熱。

受環(huán)境溫度影響，在1—8和23—24時(shí)段，變工況ASHP 制熱能效均無法達(dá)到額定值，導(dǎo)致系統(tǒng)供熱功率存在偏差，而該部分供熱缺額需由CCHP承擔(dān)。與場(chǎng)景1相比，場(chǎng)景2燃?xì)廨啓C(jī)需要增加發(fā)電計(jì)劃以彌補(bǔ)供熱缺額，導(dǎo)致風(fēng)電并網(wǎng)消納情況也存在一定偏差。

圖11 為ASHP 定工況、變工況模式下的系統(tǒng)棄風(fēng)情況。在1—7 時(shí)段，場(chǎng)景2 棄風(fēng)功率均高于場(chǎng)景1，偏差率為11.88%，由此可知，忽略環(huán)境溫度對(duì)ASHP 制熱能效影響，會(huì)使風(fēng)電消納理想化，不利于系統(tǒng)調(diào)度計(jì)劃可靠制定。與此同時(shí)，由圖7可知，ASHP僅在低谷電價(jià)或棄風(fēng)時(shí)段運(yùn)行方能取得經(jīng)濟(jì)效益，并未改善用電高峰CCHP 熱電耦合而導(dǎo)致的系統(tǒng)供電不足現(xiàn)象。

圖7 源、荷預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)

3.3 源-儲(chǔ)協(xié)同優(yōu)化運(yùn)行分析

源-儲(chǔ)協(xié)同調(diào)度結(jié)果如圖12 所示。在電價(jià)低谷的1—6和23—24時(shí)段，燃?xì)廨啓C(jī)度電成本高于電網(wǎng)電價(jià)，ASHP 優(yōu)先于CCHP 供熱，同時(shí)蓄熱罐在圖8所示棄風(fēng)標(biāo)志時(shí)段進(jìn)行放熱，源-儲(chǔ)協(xié)同共同降低燃?xì)廨啓C(jī)調(diào)度出力，促進(jìn)風(fēng)電并網(wǎng)消納。

圖8 環(huán)境溫度預(yù)測(cè)曲線

圖9 無ASHP調(diào)度結(jié)果

圖10 ASHP定、變工況運(yùn)行結(jié)果

圖11 ASHP定、變工況棄風(fēng)結(jié)果

圖12 源-儲(chǔ)協(xié)同調(diào)度結(jié)果

在7—22時(shí)段，燃?xì)廨啓C(jī)度電成本低于電網(wǎng)電價(jià)，CCHP 優(yōu)先進(jìn)行供熱，其中在13—22 時(shí)段系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)電機(jī)組存在供電缺額，并且在17—22 時(shí)段系統(tǒng)購電電價(jià)最高，因此蓄熱罐在該時(shí)段內(nèi)充當(dāng)熱負(fù)荷進(jìn)行蓄熱，增加CCHP 產(chǎn)熱功率以提高燃?xì)廨啓C(jī)用電高峰供電量，從而減少系統(tǒng)與主網(wǎng)間購電功率，提高系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

3.4 風(fēng)電消納水平

各場(chǎng)景風(fēng)電消納情況如圖13 所示。場(chǎng)景2 中ASHP 制熱能效受環(huán)境溫度影響，難以達(dá)到額定值，從而導(dǎo)致該場(chǎng)景系統(tǒng)風(fēng)電消納率略低于場(chǎng)景1定能效ASHP 運(yùn)行模式。場(chǎng)景3 通過ASHP 與蓄熱罐協(xié)同優(yōu)化，從源、儲(chǔ)兩側(cè)共同解耦CCHP 熱電耦合運(yùn)行約束，調(diào)度周期內(nèi)系統(tǒng)風(fēng)電消納率得到有效提升，驗(yàn)證了本文模型提高RIES接納風(fēng)電能力的有效性。

圖13 各場(chǎng)景風(fēng)電消納率

3.5 成本分析

調(diào)度周期內(nèi)系統(tǒng)各場(chǎng)景運(yùn)行成本如表5 所示。ASHP 變工況運(yùn)行模式導(dǎo)致風(fēng)電消納存在偏差，場(chǎng)景2棄風(fēng)懲罰成本、運(yùn)行成本較場(chǎng)景1分別提高了11.88%和0.73%。場(chǎng)景3 通過ASHP 與蓄熱罐協(xié)同優(yōu)化，棄風(fēng)懲罰成本較場(chǎng)景2降低了66.62%，有效提升了系統(tǒng)風(fēng)電消納能力；用電高峰燃?xì)廨啓C(jī)供電調(diào)節(jié)能力得到了有效提升，購電成本降低了47.09%，系統(tǒng)運(yùn)行總成本較場(chǎng)景2 降低了6.84%。

表5 各場(chǎng)景系統(tǒng)運(yùn)行成本

此外，通過源-儲(chǔ)協(xié)同優(yōu)化，系統(tǒng)環(huán)境成本較場(chǎng)景2 降低了20.32%，在提高可再生能源利用水平與運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，有效減少了污染排放，具有良好的社會(huì)環(huán)境效益。

4 結(jié)語

針對(duì)CCHP“以熱定電”導(dǎo)致的棄風(fēng)及用電高峰供電不足問題，建立了基于源-儲(chǔ)協(xié)同運(yùn)行的RIES 優(yōu)化模型。采用變工況ASHP 與蓄熱罐從源、儲(chǔ)兩側(cè)共同解耦CCHP 熱電耦合運(yùn)行約束，以提高聯(lián)供機(jī)組在電、熱負(fù)荷需求不均時(shí)段的調(diào)節(jié)能力，達(dá)到促進(jìn)風(fēng)電并網(wǎng)消納、降低系統(tǒng)運(yùn)行成本的目的。算例結(jié)論如下：

1）ASHP 制熱能效受環(huán)境溫度影響，與定工況模式相比，變工況模式下系統(tǒng)風(fēng)電消納情況存在偏差，調(diào)度周期內(nèi)棄風(fēng)偏差率為11.88%。

2）利用儲(chǔ)熱裝置熱能時(shí)移特性，基于系統(tǒng)棄風(fēng)狀態(tài)、自供電狀態(tài)靈活進(jìn)行蓄、放能，能夠有效改善CCHP 電熱調(diào)節(jié)能力，從而在夜間促進(jìn)風(fēng)電并網(wǎng)消納，在用電高峰增加CCHP供電出力。

3）優(yōu)化模型在兼顧系統(tǒng)風(fēng)電消納與運(yùn)行成本的同時(shí)，有效降低了污染排放，具有良好的社會(huì)環(huán)境效益。

考慮到風(fēng)、光、負(fù)荷預(yù)測(cè)精度具有隨時(shí)間尺度減小而提高的特點(diǎn)，后續(xù)研究將結(jié)合多時(shí)間尺度進(jìn)行協(xié)調(diào)優(yōu)化，以削減不確定因素對(duì)調(diào)度結(jié)果影響。