考虑碳排放的综合能源系统储能优化配置研究

考虑碳排放的综合能源系统储能优化配置研究

王翔艺 ,林松楠

国网辽宁综合能源服务有限公司，辽宁省 沈阳市 110000

摘要：在二氧化碳排放峰值和碳中和的战略目标下，整合各种异质能源、减少碳排放成为综合能源系统发展的重要课题。储能系统是综合能源系统的重要组成部分，其系统的优化配置需要考虑碳排放因素的各种影响。本文主要研究综合能源系统的框架，并对碳排放下的储能优化配置措施进行了分析和研究。合理配置储电蓄热设备可以提高综合能源系统的运行经济性，也可以减少因能源供应不足而导致的缺电、缺热问题。当电能储存系统盈利时，用户会在一定程度上增加系统的碳排放量，提出了优化混合储能设施配置以减少综合能源系统碳排放的建议。

关键词：碳排放；综合能源系统；储能优化；配置

引言

实现低碳发展， 电力产业碳排放已成为节能减排的主力军。多能互补、能源梯级利用的综合能源系统是能源产业低碳转型的重要解决方案。自我国综合能源系统纳入“十三五”规划以来，一批综合能源示范项目证实了综合能源系统在节能减排方面的潜力。基于此，本文讨论了具有碳排放的综合能源系统储能优化配置措施。

1综合能源系统框架

IES拥有多种能量转换设备，功能互补为其灵活运行创造了有利条件。综合能源运营商作为管理者，协调系统内所有设备的运行，做出合理的规划和运营决策。将综合能源系统设置为包括运营商和负载聚合器。由于上层操作者和下层智能用户群属于不同的利益相关者，所以采用双层优化来分配储氢容量。上层运营商作为综合能源系统的管理者，包含热电联产、燃气锅炉、电热储能设备，可以与用户端进行电热交易。此外，为了提高综合能源系统的灵活性，上位操作员配备了氢能储存设备，在新能源充足时，通过电解槽产生氢气并储存。当新能源不能满足负荷时，通过能量转换释放能量来满足不足。较低负载聚合器聚合许多不同类型的用户。用户侧包括电负荷和热负荷，每个用户包含光伏和电加热设备。将向运营商的购电价格设定为低于电网的分时电价。当上层运营商能量充足时，下层用户会选择先向运营商购电；同时，当下层用户的光伏输出大于用电负荷时，用户不仅可以通过电加热设备将电能转化为热能满足自身的用热需求，还可以将多余的光伏卖给运营商。用户热负荷的能源来源更加丰富，一部分来自上层运营商；另一部分由电加热设备供给，可以响应需求，大大提高了灵活性。在两层框架中，上层运营商从长时间尺度进行规划和配置，下层智能用户从日常运营的角度进行成本优化，分属不同的利益相关方。考虑到负荷和新能源出力的不确定性，上层规划分配考虑一年中的四个典型日，根据每个典型日的概率，将上层的年投资规划成本计算到每一天。优化下层运行考虑了用户群的整体运行成本，所有智能用户都可以与上层的运行人员进行交互，满足自己的电采暖负荷。

2碳排放的综合能源系统储能优化配置措施

2.1综合能源微网的结构分析

综合能源微网系统包括各种不同能源类型的设备，包括太阳能发电、燃气锅炉、微型燃气轮机(或燃气轮机)、电能储存、热能储存、吸收式制冷机、电制冷机、电负荷、热负荷和冷负荷。本文主要研究综合能源微电网系统中电能存储和热能存储的优化分配方法。系统用电负荷由电网、光伏、风电和燃气轮机提供；热量由微型燃气轮机和燃气锅炉的余热提供；负荷由电制冷机和吸收式制冷机供给，吸收式制冷机的热源为燃气轮机。此外，系统中还安装了储电和储热系统，为电和热的平衡提供支持。

2.2低碳综合能源系统的合理规划

区域低碳综合能源系统互联互通，高度灵活。在区域综合低碳能源体系规划中，如何充分利用各能源环节的弹性资源，鼓励可再生能源消费，提高能源利用水平，实现减排和碳减排，需要进一步研究。在规划未来区域低碳综合电力系统时，源可以考虑不同类型分布式清洁能源的互补性能影响，以及区域低碳综合电厂的协调规划，兼顾互补性。与以电力为基础的跨区域综合低碳能源系统不同，区域综合低碳能源系统的电网侧包括配电网、配气管网、制冷、供热、电力等各种能源网络。一方面，要充分利用配网改造、燃气管网、冷热管网的储能特性，开发网侧灵活资源；另一方面，市政公共电力交通网络、空间规划下载数据、空间规划转移多能源负荷(如区域冷链物流网络)对电网规划的影响。从消费者端来说，通过对区域低碳综合能源系统、新能源汽车充电站、5G基站、基于互联互通的数据进行系统分类和精细化建模，对区域低碳综合能源系统的中心、物流系统等多种能源负荷的消费者，合理设计综合需求响应机制，充分发挥负荷调节作用。在储能方面，区域低碳综合能源系统有多种储能类型，适用于不同的场景。规划过程要兼顾多时间尺度储能和储能联合规划，根据不同应用场景确定不同储能装置的配比和容量。此外，在规划区域低碳综合能源体系的过程中，考虑储能的协调规划和多条能源线的“源网负荷”，将有助于区域低碳能源的整体弹性和环保性。综合碳能源体系在规划过程中充分考虑了源、网、充、储的相互作用，以及电/气/热/冷的关系，可以提高区域低碳能源网络中可再生能源的吸收能力，形成环保、绿色的区域综合能源规划方案。

2.3场景设置及调度

碳排放评价指标和P2G单位以及储能设备没有造成风光弃，因此CO2排放量大幅下降，说明引入清洁储能可以使系统更加低碳化。由于蓄电运行成本高，各种形式的转换储能存在能量损失，应先启动P2G机组，外露电池，充分考虑系统运行成本和低碳效益。 .借助储能装置平衡不同时期的电价差异，可以提高系统的经济性和环保性。由于在输送过程中也考虑了储能产生的CO2排放，因此需要减少储能设备的运行时间，避免增加用电量，减少电能转化为其他能源时的损耗，防止能源消耗燃气轮机夜间出力达到白天峰值，燃气锅炉的碳排放量大于燃气轮机，因此燃气轮机和电锅炉优先考虑清洁电力，并在夜间考虑使用蓄电装置。燃气轮机功率增加。当燃气轮机功率增加时，P2G机组以功率为主，风电和光伏发电优势明显，因此风电和光伏发电的环保成本在各个阶段都较低。

2.4碳市场碳交易下低碳综合能源系统的规划

在低碳综合能源系统规划过程中，必须结合低碳综合能源系统的特点，掌握碳市场情况，为低碳综合能源系统规划模型提供一定的基础保障，因此，碳捕获的收益、碳排放的成本与碳交易息息相关。基于碳市场碳交易核算的前提，低碳共享能源系统规划模型中目标函数和经济学的计算需要相应调整：未来碳价会导致能源消费逆向，消费模式需要不断优化，因此规划中应对未来不同减排水平的碳价变化波动情况进行分析。低碳综合能源系统的能量流分布，因此，需要提高可靠性，分析和权衡各种CO2价格情景下规划系统的经济可行性。在未来的研究中，通过合理规划综合能源系统，积极考虑碳交易对碳市场的影响，通过制定完善的节能减排降低规划方案，以此来提升总体成本，充分利用市场方式促进碳减排。在能源系统中，因此具有经济可行性和环境友好性。

结束语

根据双重碳目标，能源系统迫切需要低碳转型。本文解释了综合能源系统的结构，展示了如何将综合能源系统中的能源存量与二氧化碳排放量进行最佳匹配，并总结了低碳综合能源系统中每种能源化合物的低碳元素，以帮助规划对未来低碳综合能源系统的鼓励、确保适当发展并为该领域的进一步研究提供建议。

参考文献：

[1]陈再星. 计及需求侧管理的综合能源系统优化配置研究[D].南昌大学,2021

[2]程颖. 风电制氢综合能源系统运行优化与氢储能最优配置研究[D].华南理工大学,

[3]刁涵彬. 区域电热综合能源系统储能协同配置及优化运行研究[D].湖南大学,2021.