热电联产

本项目属于能源动力与信息技术交叉领域。 当前，我国正以“清洁低碳、安全高效”为目标推进能源生产与消费革命，并大力发展“互联网+”智慧能源以实现多元化能源系统的供需动态平衡。依托热电联产机组，在工业园区内建设集中式蒸汽热网公用基础设施，能显著提升工业园区能源效率，降低工业用能成本，减少环境污染，这同时也对工业园区供热系统的安全性、可靠性、供汽品质、能效提出了更高要求。本项目基于工业互联网、大数据、人工智能和建模仿真等新一代信息技术研制了信息系统与物理系统融合的智慧蒸汽热网运行调控平台。采用“基于数字孪生模型的预测，基于预测的决策”的技术路线，构建了“物联感知-建模仿真-状态分析-优化决策-精准调控”的智慧互联蒸汽热网系统。基于工业互联网对复杂系统的连接能力，工业大数据和工业机理模型相结合的分析能力，智能并行计算的定量寻优能力，本项目实现了大型工业园区多源环状蒸汽热网系统的全时空感知、全要素联动、全过程优化。

为充分挖掘综合能源微网(integrated energy microgrid, IEM)的潜在价值，促进可再生能源消纳，针对同一配电网下的多个IEM协同管理问题进行研究，提出了一种基于双层博弈的配电网-多IEM协同优化模型。对于IEM模型的构建，考虑在热电联产机组中加入碳捕集系统以及电转气装置，用来获取低碳效益。同时，针对IEM中可再生能源与负荷不确定性问题，采用鲁棒区间规划进行处理。首先，构建配电网运营商(distribution system operator, DSO)与IEM联盟系统模型框架，分析其不同主体间的博弈关系。其次，对于双层博弈，分为主从博弈与合作博弈。DSO作为博弈领导者，以自身效益最大为目标制定电价引导IEM联盟响应。IEM联盟作为博弈跟随者，以自身运行成本最小为目标，通过成员间互相合作能源共享响应DSO的决策。同时采用纳什谈判理论解决IEM联盟的合作运行问题，使用二分法与交替方向乘子法结合求解模型。最后，在算例中验证所提模型与方法的可行性和有效性。

冷热电联产（combined cooling, heating and power，CCHP）系统与微电网的结合有利于促进消纳可再生能源，为了提升CCHP型微电网的经济性、环保性和稳定性，提出了两阶段优化调度模型。离线优化阶段基于需求侧响应策略，建立了基于归一化法向约束法的多目标规划模型，并用熵权-TOPSIS法筛选最优结果。在线优化阶段建立了基于动态矩阵控制算法的有限时域优化模型，对离线优化结果进行跟踪优化和反馈校正，以降低不确定性因素的影响。最后，设计对比方案进行分析，验证了所提优化模型的有效性。

本项目属于火电技术领域。“三北地区”新能源消纳难题已发展成制约其规模化开发利用的重大瓶颈。热电联产机组其“以热定电”的运行方式激化了供热与电网之间的矛盾。本项目解决了多家发电企业在深度调峰改造过程中遇到的热电解耦问题，为国内 200MW～600MW 煤电机组起到引领和示范作用；通过对常压储热罐解耦技术的研究，在国内率先掌握了大容量常压储热系统的成套设计方法及工艺，为该技术在行业内的推广起到示范作用。

日前，河北省人民政府印发河北省“十四五”节能减排综合实施方案的通知，通知指出，鼓励优先利用可再生能源，推行热电联产、分布式能源及光伏储能一体化应用，利用“互联网+”、云计算、大数据等手段促进节能提效。

为有效缓解三北地区高比例可再生能源并网所存在的大规模弃风问题，将火电机组、热电联产机组、光热电站、风电厂和电热负荷聚合为虚拟电厂。首先采用场景分析法对日前风光场景进行随机优化，降低风光预测误差；利用综合需求响应机制充分调动电热柔性负荷资源。然后综合考虑系统运行成本、弃风成本和需求响应成本构建虚拟电厂(virtual power plant，VPP)系统日前调度优化模型，并在多种运行模式下求解以获得最优日前调度计划。最后通过算例分析验证所提方案在提高系统经济性的同时能有效促进风电消纳。

为实现新型电力系统的低碳经济目标，提出一种计及生命周期评价(life cycle assessment, LCA)的源荷双侧合作博弈优化调度模型。首先，考虑灵活可调度的柔性负荷，构建含热电联产机组、燃气锅炉、电转气等设备的源荷双侧合作运行框架。然后，运用LCA方法分析源荷双侧中不同能源链的温室气体排放，并结合碳交易机制，建立碳交易成本计算模型。最后，基于合作博弈策略，建立以源荷合作联盟总成本最小为目标的源荷双侧协同运行优化模型，并利用改进的Shapley值法对成员合作收益进行分配。算例分析表明，所提模型有利于降低系统运行的总成本、减少系统碳排放量、提升可再生能源消纳量，有效促进系统低碳经济的发展。

热电联产机组以热定电的工作方式无法同时满足冬季供暖效率最大化和电力调峰需求，存在发电出力调节能力不足的问题。针对上述问题，提出了考虑电、气、热能源耦合特性以及需求响应的虚拟电厂优化调度策略。首先，为提升热电联产机组向下调峰能力，引入电制气设备和碳捕集技术，构建新型的热电联产耦合模型。其次，为提升系统运行的灵活性，考虑峰谷分时电价、热价，建立综合需求响应机制。然后，为减少系统发电成本，引入电、热储能装置，以系统总成本和电、热储能运行成本最小化为目标建立虚拟电厂双层优化模型，并根据下层优化模型的KKT（Karush-Kuhn-Tucher，KKT）条件将双层模型转为单层并线性化处理进行求解。结果表明，所提方法的碳排放、运行成本以及新能源消纳率达到最优，提升了热电机组向下调峰能力，满足了系统低碳性、经济性的需求。