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這篇論文的核心內容是關于綜合能源系統(IES)的低碳經濟調度策略,特別是考慮了液態空氣儲能(LAES)和綜合需求響應(IDR)的應用。以下是論文的主要內容概述:
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研究背景:為了實現能源結構的轉型和達到碳達峰、碳中和的目標,需要提高風電、光伏等清潔能源的消納,并降低火電機組的碳排放。
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研究目的:提出一種低碳經濟調度策略,通過聯合調度供需兩側的資源,實現綜合能源系統的經濟性和低碳性。
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系統模型:
- LAES-Brayton-LNG模型:利用LNG氣化過程中釋放的冷能,通過Brayton循環提高LAES系統的供電能力和靈活性。
- 碳捕集電廠模型:對傳統燃煤電廠進行改造,加裝碳捕集設備,并配備溶液存儲器存儲CO2。
- 綜合需求響應模型:通過價格或激勵補償機制引導用戶改變用能模式,實現能源供需平衡。
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低碳經濟調度模型:目標是在滿足電力系統和天然氣系統安全約束的前提下,實現系統整體經濟性最優。考慮了燃煤成本、棄風懲罰成本、碳交易成本、碳捕集電廠日折舊成本、溶劑損耗成本、P2G設備運行成本、購氣成本、綜合需求響應成本、LNG氣化站運行成本和LAES購售電收益。
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算例分析:采用改進的IEEE 30節點電力系統與6節點天然氣系統進行案例研究,驗證了所提出的低碳經濟調度策略。考慮了不同場景,包括有無碳捕集電廠、LNG氣化站、P2G、綜合需求響應和LAES等。
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結果分析:通過不同場景的調度結果對比,驗證了所提策略在提高風電消納、減少碳排放、削峰填谷效果以及降低系統運行總成本方面的有效性。
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靈敏度分析:研究了LAES儲液罐容量和價格參數(如燃煤機組發電成本系數、天然氣價格、碳交易價格等)對系統經濟調度的影響。
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結論:提出的低碳經濟調度策略能顯著提高系統的風電消納能力,減少棄風量,降低碳排放,并提高系統的經濟性和低碳性。
根據論文內容,復現仿真的大致思路和程序代碼(偽代碼)如下:
仿真復現思路:
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初始化系統參數:包括電力系統和天然氣系統的網絡結構、設備參數、成本參數等。
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建立系統模型:
- 定義LAES-Brayton-LNG模型,包含壓縮空氣存儲和利用LNG冷能的Brayton循環。
- 定義碳捕集電廠模型,包含CO2捕集和存儲。
- 定義綜合需求響應模型,包括可削減負荷、可平移負荷和可替代負荷。
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構建優化目標函數:最小化總成本,包括燃煤成本、棄風懲罰成本、碳交易成本等。
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定義約束條件:
- 電網運行約束:節點功率平衡、風電約束、機組爬坡約束等。
- 氣網運行約束:天然氣節點流量平衡、氣源供氣量上下限等。
- P2G和LAES相關約束。
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求解優化問題:將非線性非凸問題轉化為可解的數學模型(如混合整數線性規劃),并使用適當的求解器求解。
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分析結果:比較不同場景下的調度結果,分析LAES容量和價格參數對系統經濟性的影響。
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靈敏度分析:調整關鍵參數,觀察對系統總成本的影響。
程序代碼(偽代碼):
# 步驟1: 初始化系統參數
def initialize_system_parameters():# 初始化電力系統、天然氣系統、LAES、碳捕集電廠等參數pass# 步驟2: 建立系統模型
def build_system_models():# 定義LAES-Brayton-LNG模型# 定義碳捕集電廠模型# 定義綜合需求響應模型pass# 步驟3: 構建優化目標函數
def construct_objective_function():# 定義總成本最小化目標函數pass# 步驟4: 定義約束條件
def define_constraints():# 定義電網運行約束# 定義氣網運行約束# 定義P2G和LAES相關約束pass# 步驟5: 求解優化問題
def solve_optimization_problem():# 將問題轉化為混合整數線性規劃問題# 使用求解器求解pass# 步驟6: 分析結果
def analyze_results():# 比較不同場景下的調度結果# 進行靈敏度分析pass# 主程序
def main():initialize_system_parameters()build_system_models()construct_objective_function()define_constraints()solve_optimization_problem()analyze_results()if __name__ == "__main__":main()
請注意,上述代碼是一個高層次的偽代碼示例,實際編程實現時需要根據具體的數學模型和算法細節進行編寫。此外,可能需要使用專業的優化求解器(如CPLEX、Gurobi等)來求解優化問題。
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