近年來,我國能源供給形式逐漸由單一系統(tǒng)演變?yōu)槎鄥^(qū)域綜合能源系統(tǒng)(Integrated Energy System, IES),其在滿足各區(qū)域能量需求的同時(shí)提高了整體的經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性和可靠性。而且在2020年我國提出“雙碳”目標(biāo),加速能源綠色轉(zhuǎn)型,形成以可再生能源為主的能源結(jié)構(gòu)是一種必然趨勢。
針對(duì)我國東北地區(qū),利用生物質(zhì)機(jī)組將秸稈原料轉(zhuǎn)換為電熱能源,既發(fā)揮了當(dāng)?shù)厣镔|(zhì)豐富的資源優(yōu)勢,又可以作為供能系統(tǒng)的主要組成部分,因此在東北地區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)劃以生物質(zhì)聯(lián)供機(jī)組(Biomass Power Generation, BPG)為核心的多區(qū)域綜合能源系統(tǒng)是能源領(lǐng)域發(fā)展的熱點(diǎn)之一。
目前考慮生物質(zhì)能的多區(qū)域綜合能源系統(tǒng)協(xié)同規(guī)劃研究相對(duì)較少,雖然將生物質(zhì)機(jī)組應(yīng)用于系統(tǒng)規(guī)劃運(yùn)行中,但普遍認(rèn)為生物質(zhì)原料具有與傳統(tǒng)化石燃料相同的供應(yīng)特性,并未考慮秸稈原料分散和儲(chǔ)運(yùn)模式復(fù)雜的特點(diǎn)。與目前市場機(jī)制成熟的化石原料相比,生物質(zhì)秸稈的儲(chǔ)運(yùn)模型仍處于發(fā)展階段。
生物質(zhì)能作為一種可儲(chǔ)存運(yùn)輸?shù)男滦颓鍧嵞茉矗?dāng)前主要有兩種儲(chǔ)運(yùn)模式。傳統(tǒng)集中式儲(chǔ)運(yùn)模式原理簡單,但占地面積大、具有嚴(yán)重的火災(zāi)隱患。隨著收集規(guī)模增大,分布式儲(chǔ)運(yùn)模式被相應(yīng)提出。但是相關(guān)研究都是將區(qū)域內(nèi)所有生物質(zhì)資源收集于系統(tǒng)中心,沒有考慮實(shí)際中如何在多個(gè)生物質(zhì)能源系統(tǒng)間實(shí)現(xiàn)資源協(xié)調(diào)優(yōu)化分配的問題。
同時(shí),多區(qū)域系統(tǒng)中生物質(zhì)能通常有兩種能源供應(yīng)形式:①通過車輛運(yùn)載直接將秸稈原料運(yùn)輸至各園區(qū);②在區(qū)域中心利用生物質(zhì)機(jī)組將秸稈原料轉(zhuǎn)換為電熱能源傳輸?shù)礁鲌@區(qū)。但上述兩種供能形式都需要將區(qū)域內(nèi)生物質(zhì)資源統(tǒng)一收集,其作為開展生物質(zhì)能源系統(tǒng)規(guī)劃的基礎(chǔ),而且在能源傳輸方式中還伴隨著較高的能源損耗,如何平衡區(qū)域內(nèi)秸稈儲(chǔ)運(yùn)成本與園區(qū)間能量傳輸成本是需要解決的重要實(shí)際應(yīng)用問題。
針對(duì)上述問題,北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院、中國電力建設(shè)集團(tuán)吉林省電力勘測設(shè)計(jì)院有限公司的劉小慧、王小君、張義志、孫慶凱、席皛,在2023年第6期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文,提出一種考慮生物質(zhì)儲(chǔ)運(yùn)模式的多區(qū)域綜合能源系統(tǒng)協(xié)同規(guī)劃方法。
研究者首先對(duì)比分析生物質(zhì)傳統(tǒng)儲(chǔ)運(yùn)和“點(diǎn)-中-心”儲(chǔ)運(yùn)兩種模式,并建立秸稈儲(chǔ)運(yùn)成本模型;然后,考慮不同園區(qū)負(fù)荷需求、資源約束以及生物質(zhì)機(jī)組容量成本階梯型關(guān)系,以區(qū)域綜合能源系統(tǒng)群整體經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)為目標(biāo),優(yōu)化秸稈運(yùn)輸路徑與設(shè)備管道配置。
附圖1 模型求解流程
研究者最后以吉林省某綜合區(qū)域?yàn)槔玫缴镔|(zhì)多區(qū)域系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化秸稈原料儲(chǔ)運(yùn)成本與能量傳輸損耗可以節(jié)約25.4%的燃料運(yùn)輸成本,使系統(tǒng)規(guī)劃總成本降低了3.9%,實(shí)現(xiàn)更高的整體效益。雖然不同地區(qū)生物質(zhì)能分布不同,但從生物質(zhì)供能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、儲(chǔ)運(yùn)成本參數(shù)、協(xié)同規(guī)劃模型來看,該方法和研究結(jié)論具有通用性。
他們表示,在后續(xù)研究中,由于近年來東北地區(qū)風(fēng)電光伏等可再生能源的裝機(jī)容量持續(xù)增加,其較大的隨機(jī)性、波動(dòng)性對(duì)綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃產(chǎn)生一定影響,未來將進(jìn)一步研究考慮風(fēng)、光等可再生能源隨機(jī)性的多區(qū)域系統(tǒng)規(guī)劃方法。
本工作成果發(fā)表在2023年第6期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》,論文標(biāo)題為“考慮生物質(zhì)儲(chǔ)運(yùn)模式的多區(qū)域綜合能源系統(tǒng)協(xié)同規(guī)劃”。本課題得到國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目的支持。
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