电转气

摘要： 微能网是实现多能互补的有效技术手段之一。以包含电转气和电池-超级电容器混合储能系统的电-热-气联供型微能网为研究对象,针对风光出力和负荷不确定性导致系统优化控制结果可信度较低的问题,基于模型预测控制的滚动优化思想,提出包含长时间尺度滚动优化层和短时间尺度实时滚动调整层的多时间尺度双层滚动优化控制方法。其中,上层以系统运行经济性最优为目标,通过多步滚动求解制定长时间尺度调度计划;下层以跟踪和修正上层调度计划为目标,并在短时间尺度滚动优化平滑功率波动的基础上,引入超级电容器,进一步应对风光和负荷短时间尺度的功率波动。分析结果表明,电转气和超级电容器在提高微能网消纳能力和平抑系统功率波动方面具有显著作用,同时双层滚动优化控制方法在保证微能网经济运行的前提下,能够有效应对不确定因素对系统优化控制的影响。

摘要： 气电互联虚拟电厂能够推动分布式能源的高效利用,考虑诸多不确定因素的有效调度策略是保证其运行品质的关键。本文在构建含电动汽车的气电互联虚拟电厂风电、光伏、燃气轮机、电转气设备、电动汽车各单元模型的基础上,采用区间优化理论描述了该虚拟电厂中风电、光伏出力及电负荷、气负荷的不确定性;以运行经济效益、用户舒适度、二氧化碳排放作为优化目标,考虑功率平衡、设备工作特性等约束条件,构建了气电互联虚拟电厂的区间多目标优化调度方案,并设计了改进非支配排序遗传算法对气电互联虚拟电厂多目标调度方案进行求解。选取某地区气电互联虚拟电厂冬季供暖场景进行算例分析,结果表明,集群电动汽车的充电行为增大调度周期内的电负荷,各个优化目标方案中燃气轮机出力普遍得到提升,热电互联效应下空调温度高于设定值22°C;考虑调度不确定因素,各目标下优化结果区间宽度各不相同,验证了区间优化调度方案更具真实性且在保证热舒适性方面更具有鲁棒性。

摘要： 电—气互联综合能源系统得益于天然气的高比例应用与电转气(P2G)的吸碳能力、能量转移特性,成为新兴的消纳弃风、低碳排放平台。在此背景下,提出一种含P2G弃风启停的电—气互联综合能源系统消纳弃风、低碳运行模型,以机组运行成本最小、弃风量最小、碳排放量最小为目标,同时引入电转气弃风启停与碳交易市场,使系统兼顾碳排放目标与消纳弃风目标的同时更具实际效益。利用MATLAB中的YALMIP工具箱调用CPLEX求解器进行求解,分别在3个不同场景下进行仿真计算,仿真结果验证该模型具有良好的消纳弃风能力,可以大量减少碳排放。最后,比较P2G有启停与无启停下的碳排放量与经济效益,得出P2G在碳交易价格较高时应设置弃风启停,以避免P2G在日间无弃风时运行使碳排放增加。

摘要： 采用燃气轮机和电转气设备以提高电力系统调度的灵活性,实现可再生能源的完全消纳。将风、光、传统负荷等归一视为广义负荷,在日前24 h调度中利用粒子群算法求解火电机组组合问题,初步确定机组出力计划。根据日前24 h调度计划、日内1 h负荷预测、火电机组出力与负荷之间的偏差以及储气管道压力,设计多变量模糊控制策略确定燃气轮机和电转气设备的出力,以修正前一阶段调度计划的偏差;在燃气系统不能完全修正偏差的情况下,通过经济调度微调火电机组出力,实现偏差的完全修正。采用改进的10机39节点测试系统对所提调度方法进行验证,算例结果表明,通过燃气轮机和电转气设备可提高电力系统优化运行的有效性和经济性。

摘要： 论述了风能电转气技术的原理和工艺流程,利用生命周期评价模型全面评价风能电转气技术,基于SimaPro软件对各阶段进行生命周期评价,对比分析风能电转气技术和普通电转气技术对环境的影响。结果表明:风能电转气技术对全球暖化、海洋水生毒性和淡水水生毒性的影响程度分别为普通电转气技术的8.24%、12.40%和28.63%。风能电转气技术是一种具有可行性的能源利用技术。

摘要： 垃圾焚烧发电耦合电转气技术制备合成天然气工艺可同时实现温室气体减排和大规模储能。由于垃圾发电效率低和甲烷化反应热利用效率不高,此工艺能效偏低。为了提升工艺能效,本文采用Aspen Plus软件对垃圾焚烧发电耦合电转气制备合成天然气过程进行了全流程模拟,基于能量平衡分析,提出了一种利用甲烷化反应热优化垃圾焚烧发电过程的工艺集成方法。针对这个优化过程,设计了一套由一级绝热固定床反应器和一级低温流化床反应器串联组成的甲烷化工艺。借助绝热固定床反应器出口高温气体提升主蒸汽参数、优化蒸汽循环过程,可将发电效率从22.05%提升至31.72%。流化床反应器低温操作有利于提升合成天然气品质,其内置换热管束作为补充蒸发受热面。此外,还考察了垃圾焚烧炉烟气再循环方式对整体工艺的影响,结果表明采用烟气干循环工艺时能效较高。以上结果对于提升工艺经济性和竞争力具有一定指导意义。

摘要： 能源互联网被认为是人类解决能源问题的有效手段之一,多种能源高效转化和互联互通是能源互联网的关键。可逆固体氧化物燃料电池(RSOC)具有高效、清洁和多功能化的特点,是连接多种类型能源的核心器件。然而,目前针对RSOC在不同工作模式下运行机制的研究尚处于空白。本文基于流程模拟方法对RSOC发电和电解工作模式下的多物理量进行了仿真分析。首先在发电模式下,对电池堆内部的气体流量、发电量、电压和效率进行了计算;其次,在电解模式下,研究了不同条件对RSOC发电-电解产氢性能的影响,揭示了工作温度、回流水比例、入口气体组分等对RSOC运行状态和各参数的影响机制。最后,分析了RSOC在稳态条件下单电池内部的各个微尺度参数的变化规律。研究结果表明:RSOC的性能无论在发电还是在电解模式下明显受电池堆内部各物理参数的影响,这些机理是设计和制造高性能、长寿命RSOC能源互联系统的关键。

摘要： 电转气(power-to-gas)是一项将电能转化为高能量密度可燃气体的化学储能技术,该技术与地质储能相结合,有望满足未来大容量储能需求,并成为未来有效储能技术选择之一。电转气地质储能技术中涉及电离制氢、甲烷化、二氧化碳(CO_(2))地质储存、人工合成甲烷(CH_(4))地质储存4个阶段。由于电转气地质储能技术发展处于初步阶段,且涉及多个技术环节,对其技术整体的经济性分析相对较少,有必要对电转气地质储能技术的经济性展开分析,便于探索电转气地质储能技术在中国的应用潜能。本文基于大量文献调研,首先,对电离制氢与甲烷化过程展开技术经济性分析;随后,分别对CH_(4)与CO_(2)地质储存的技术经济性展开分析;进而,将整个流程不同工况下的成本估算结果进行统计分析,并通过与抽水蓄能和压缩空气储能进行技术经济对比,明确了电转气地质储能的技术成本;最后,针对该技术在中国应用的机遇与挑战进行了分析。研究发现:碱性电解液电解技术(alkaline electrolysis,AEL)目前因较低投资成本更具优势,大约为7850元/kW;在技术进步的基础上,聚合物电解质膜技术(polymer electrolyte membrane,PEM)的投资成本有望于2050年降低至约为当前AEL技术投资成本的一半;生物甲烷化及催化甲烷化中的三相甲烷化技术仍处于实验和示范阶段,而催化甲烷化中的绝热固定床甲烷化技术因为已有较成熟的商业应用更具技术优势,其技术成本有望于2050年降低至目前的50%~60%;CH_(4)地质储能设施的开发成本变化浮动很大,因为这些成本受储能类型及各项特性参数的影响。基于文献数据可知:CH_(4)地质储能中含水层储能与枯竭油气田储能的投资成本相当,在1.88~3.30元/m^(3)范围内浮动;盐穴储能相对投资成本较高,约为含水层储能、枯竭油气田储能技术的两倍;CO_(2)地质储存成本变化范围很广,除个别高成本案例外,储存成本通常低于41.37元/t,其中储存成本在3.38~41.37元/t之间的具有很大潜力。从整体技术经济性来看:人工合成甲烷发电成本比传统化石能源(如天然气)发电成本高出很多,相较于化石能源发电不存在竞争性,但与当前太阳能热电厂发电成本相当;相较于目前处于应用阶段的抽水蓄能和压缩空气储能,电转气地质储能技术仍需要相当的投资成本。当前,电转气地质储能在中国应用的机遇与挑战并存。未来电离制氢与甲烷化技术的创新,系统能效、地质储能模式、选址模型等方面的优化,与现有储气库、天然气管网、电网结合方法的优化以及低碳政策的积极影响等,都将提升电转气地质储能技术在中国应用的可能性。

摘要： 为了应对全球气候变化和实现“碳达峰”、“碳中和”目标,针对性实现碳减排和碳排放量化,结合碳排放流技术,研究了一种风-碳捕集-电转气联合的新型中长期调度方式。首先,采用碳排放流理论计算系统各节点的碳势指标;其次,构建碳捕集和电转气与风电的联合特性,同时,以综合成本最小为目标,建立含有风电、水电、抽蓄、碳捕集、电转气的发电系统中长期机组组合模型;最后,基于Gurobi对IEEE 39节点电力系统进行仿真,验证了所提研究方法的有效性。

摘要： 为促进数据中心多能互补以及低碳化,基于随机规划,提出了考虑电转气和碳捕集的数据中心微电网“源-荷”低碳优化调度模型。模型综合考虑了发电约束、数据负荷约束、电转气系统及碳捕集等约束,在发电侧引入碳捕集电厂-电转气-燃气机组(CCPP-P2G-CHP),将捕集的CO_(2)作为电转气系统合成甲烷的燃料;在负荷侧考虑即时型和可延迟型两种数据负荷,构建了数据中心功耗和数据负荷分配模型。仿真结果表明,所提模型在考虑碳排放的基础上,通过发电和数据中心数据负荷的优化调度,实现了数据中心微电网运行成本的最小化。

摘要： 本发明提供一种计及电转气的电‑气综合能源系统的优化调度方法、装置，方法包括以下步骤：S1，建立系统的满足多个电转气约束的电转气设备模型；S2，建立系统的满足多个电力约束的电力系统模型和满足多个天然气约束的天然气系统模型；S3，根据电转气设备模型、电力系统模型和天然气系统模型，建立系统的最小化运行成本优化问题模型；S4，基于最小化运行成本优化问题模型，以最小化运行成本为优化目标，利用二阶锥规划对各生产时段的电转气设备、火电机组和天然气网络进行优化调度。由此，可以实现可再生能源及时充分消纳、多能流交互耦合互济协调能力有效提升和系统经济平稳运行。

摘要： 一种计及电转气耦合的电‑气互联系统机组组合线性模型及系统，针对电‑气互联系统，考虑电转气技术和燃气轮机的双向耦合，研究其机组组合问题，本发明以全系统综合运行成本最低为目标，考虑电力系统和天然气系统多种安全约束，建立电‑气互联系统机组组合模型，并对其进行线性化得到线性模型。经过仿真计算现有非线性模型与本发明线性化模型并比较其求解效率，同时分析了计及电转气和不计及电转气两种场景下系统运行成本和运行状态，结果表明本发明线性模型提高了电‑气互联系统机组组合求解效率，电转气的应用也有助于提高电‑气混联系统的经济性。

摘要： 本发明公开了一种电转气‑储气罐组合的气电综合能源系统优化调度方法。该方法首先建立了天然气系统、电力系统和耦合元件的模型，其次根据天然气系统和电力系统的能量双向互动机制建立了气‑电综合能源系统的调度框架，将燃气轮机作为电力系统的调峰机组，P2G消纳过剩的风电存储于储气罐中，并以合同供气方式向气网供气；接着以经济性最优为目标建立1天24时段的调度模型。本发明所述的电转气‑储气罐组合的气电综合能源系统优化调度方法，为综合能源系统的规划设计、优化调度运行提供了理论基础和新的调度方法。

摘要： 本发明公开了考虑电转气装置的电‑气互联系统可靠性建模及其评估方法。针对现有的电‑气互联系统可靠性评估的能流模型、负荷削减模型、可靠性评估指标的不足，提出考虑P2G装置的电‑气互联系统可靠性建模及其评估方法。本发明在能流模型中，将风电场弃风量和P2G装置模型中的消耗电功率、注入气流量引入电力系统有功平衡方程；在负荷削减模型中，优化模型的目标函数中加入热负荷削减量、弃风量变量；在可靠性评估指标中，建立可评估P2G装置对系统可靠性指标贡献度设备级指标。

摘要： 本发明公开了一种包含电转气装置的电‑气互联系统运行方法，包括：根据电网参数建立电网成本最小和排污量最小的多目标优化调度模型；根据天然气网络参数，建立天然气网络成本最小和二氧化碳排放量最小的多目标优化运行模型；当燃气轮机所在节点的压力越界时，调整燃气轮机的出力参数。此外，本发明还公开了一种包含电转气装置的电‑气互联系统。采用本发明的技术方案可以达到减少弃风、提高风电消纳率的目的，实现含电转气装置的电‑气互联系统可靠稳定且节能低碳环保的运行，实现了在能源互联网背景下，风能的有效利用和电‑气互联系统清洁低碳安全高效的运行。

摘要： 本发明涉及多能源互联系统调度技术领域，具体公开了一种考虑电转气的水‑电‑气多能源系统协同优化调度方法，通过将电力系统中的水电机组、燃气机组、火电机组同水电系统、天然气系统进行协同建模，考虑电转气技术将电力系统无法消纳的水电转化为天然气，存储至天然气系统中，对水‑电‑气多能源系统联合运行时消纳水电的能力进行分析。针对考虑电转气的水‑电‑气多能源系统协同优化调度模型中的非线性约束，基于分段线性化法和大M法将模型转化为混合整数线性模型，采用Gurobi求解器进行求解。

摘要： 本发明涉及考虑需求响应及电转气的电‑气互联系统削峰填谷方法，包括以下步骤：获取风电出力预测值和负荷预测值；根据风电出力预测值和负荷预测值调整未来电价，引导用户跟随风电的出力情况进行用电，得到价格型需求响应后的负荷预测值；建立削峰填谷模型，通过削峰填谷模型得到满足价格型需求响应后的负荷预测值的最低综合成本及对应的调度方案；根据调度方案对各时段火电机组的出力、天然气的供应量、存储量以及各时段电转气设备的转化的有功功率进行调度。本发明首先建立削峰填谷模型，通过削峰填谷模型获得满足负荷预测值时的最低综合成本及对应的调度方案，根据该调度方案对电网进行调度，实现电‑气互联系统运行的经济性及平滑性。

摘要： 本发明提供一种计及电转气的电‑气综合能源系统的优化调度方法、装置，方法包括以下步骤：S1，建立系统的满足多个电转气约束的电转气设备模型；S2，建立系统的满足多个电力约束的电力系统模型和满足多个天然气约束的天然气系统模型；S3，根据电转气设备模型、电力系统模型和天然气系统模型，建立系统的最小化运行成本优化问题模型；S4，基于最小化运行成本优化问题模型，以最小化运行成本为优化目标，利用二阶锥规划对各生产时段的电转气设备、火电机组和天然气网络进行优化调度。由此，可以实现可再生能源及时充分消纳、多能流交互耦合互济协调能力有效提升和系统经济平稳运行。

摘要： 本发明公开了一种包含电转气装置的电‑气互联系统运行方法，包括：根据电网参数建立电网成本最小和排污量最小的多目标优化调度模型；根据天然气网络参数，建立天然气网络成本最小和二氧化碳排放量最小的多目标优化运行模型；当燃气轮机所在节点的压力越界时，调整燃气轮机的出力参数。此外，本发明还公开了一种包含电转气装置的电‑气互联系统。采用本发明的技术方案可以达到减少弃风、提高风电消纳率的目的，实现含电转气装置的电‑气互联系统可靠稳定且节能低碳环保的运行，实现了在能源互联网背景下，风能的有效利用和电‑气互联系统清洁低碳安全高效的运行。

摘要： 一种计及电转气耦合的电‑气互联系统机组组合线性模型及系统，针对电‑气互联系统，考虑电转气技术和燃气轮机的双向耦合，研究其机组组合问题，本发明以全系统综合运行成本最低为目标，考虑电力系统和天然气系统多种安全约束，建立电‑气互联系统机组组合模型，并对其进行线性化得到线性模型。经过仿真计算现有非线性模型与本发明线性化模型并比较其求解效率，同时分析了计及电转气和不计及电转气两种场景下系统运行成本和运行状态，结果表明本发明线性模型提高了电‑气互联系统机组组合求解效率，电转气的应用也有助于提高电‑气混联系统的经济性。