【摘要】：在能源危機(jī)與環(huán)境問(wèn)題的雙重壓力下,改革傳統(tǒng)供能系統(tǒng),建立高效、環(huán)保的新型供能方式已上升為各國(guó)的能源發(fā)展戰(zhàn)略�；谀芰刻菁�(jí)利用原理的冷熱電聯(lián)供微網(wǎng)以節(jié)能減排為目標(biāo),且有助于實(shí)現(xiàn)分布式可再生能源的高效利用,是綜合能源系統(tǒng)的核心組成部分,極具發(fā)展前景。然而,高比例可再生能源滲透、多種能量流相互耦合,使其優(yōu)化設(shè)計(jì)與高效運(yùn)行控制面臨極大的挑戰(zhàn)。壓縮空氣儲(chǔ)能作為集冷、熱、電多維能量接口的新型混合儲(chǔ)能系統(tǒng)與冷熱電聯(lián)供微網(wǎng)結(jié)合,二者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、相得益彰。以壓縮空氣儲(chǔ)能作為“橋梁”和“紐帶”將間歇性可再生能源以多能耦合的形式接入冷熱電聯(lián)供微網(wǎng),既可以平抑風(fēng)、光資源的間歇性、隨機(jī)性、波動(dòng)性,又增強(qiáng)了微網(wǎng)中熱電系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián),有利于實(shí)現(xiàn)內(nèi)部能源的梯級(jí)利用,提高冷熱電聯(lián)供微網(wǎng)多能量聯(lián)合調(diào)度的靈活性以及系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、清潔性和可靠性。但是,壓縮空氣儲(chǔ)能具有多能流耦合、結(jié)構(gòu)機(jī)理復(fù)雜、多種規(guī)律并存等特點(diǎn),其接入冷熱電聯(lián)供微網(wǎng),使新系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)、能流以及模態(tài)等方面發(fā)生了深刻而復(fù)雜的變化,存在大量亟需解決的科學(xué)問(wèn)題與技術(shù)難題。為此,本文從系統(tǒng)科學(xué)視角研究冷熱電功多能耦合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、能量品位關(guān)聯(lián)及優(yōu)化控制規(guī)律,提出含壓縮空氣儲(chǔ)能的冷熱電聯(lián)供微網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)與運(yùn)行控制策略,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)能量流合理匹配與梯級(jí)利用,以期為推動(dòng)儲(chǔ)能、分布式可再生能源和冷熱電聯(lián)供微網(wǎng)的發(fā)展提供理論支撐。首先,闡述了壓縮空氣儲(chǔ)能的基本結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式以及冷熱電多能流統(tǒng)一評(píng)價(jià)方法,剖析了效率與能量利用率隨結(jié)構(gòu)參數(shù)與過(guò)程參數(shù)的變化規(guī)律;進(jìn)而,研究了含壓縮空氣儲(chǔ)能的冷熱電聯(lián)供微網(wǎng)基本耦合方式、微網(wǎng)內(nèi)部可控制設(shè)備運(yùn)行特性以及系統(tǒng)能量流變化規(guī)律,分析了含壓縮空氣儲(chǔ)能的冷熱電聯(lián)供微網(wǎng)運(yùn)行評(píng)價(jià)指標(biāo),從而為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供基礎(chǔ)。其次,針對(duì)含壓縮空氣儲(chǔ)能的冷熱電聯(lián)供微網(wǎng)這一多能耦合系統(tǒng),揭示其能量品位關(guān)聯(lián)和協(xié)同轉(zhuǎn)換規(guī)律;考慮其多種能量流與多品位熱源并存的特點(diǎn),以實(shí)現(xiàn)能量梯級(jí)利用和提高能源利用率為目標(biāo),從流程設(shè)計(jì)的角度優(yōu)化了含壓縮空氣儲(chǔ)能的冷熱電聯(lián)供微網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和工作模式,并分析了不同工作模式下的系統(tǒng)運(yùn)行性能�；�,提出一種綜合考慮系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性與供能可靠性的多目標(biāo)優(yōu)化運(yùn)行策略,在不同工況下求解壓縮空氣儲(chǔ)能的最優(yōu)工作模式與離網(wǎng)型冷熱電聯(lián)供微網(wǎng)可控設(shè)備逐時(shí)調(diào)度計(jì)劃。結(jié)合典型冷熱電負(fù)荷及可再生能源數(shù)據(jù),研究了耦合方式與工作模式隨系統(tǒng)運(yùn)行工況的變化規(guī)律。算例結(jié)果顯示,通過(guò)對(duì)工作模式與設(shè)備調(diào)度計(jì)劃的優(yōu)化,系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)保效益有明顯的改善,而模式的細(xì)化和品位的合理匹配則有效增強(qiáng)了系統(tǒng)能量的梯級(jí)利用。再次,綜合考慮壓縮空氣儲(chǔ)能多維能量接口和儲(chǔ)能容量大的特點(diǎn),結(jié)合電力市場(chǎng)政策與并網(wǎng)冷熱電聯(lián)供微網(wǎng)新特點(diǎn),提出主動(dòng)儲(chǔ)能運(yùn)行策略,通過(guò)對(duì)壓縮空氣儲(chǔ)能冷、熱、電逐時(shí)輸出(入)能量的優(yōu)化,主動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)熱電比以及與電網(wǎng)交互能量,實(shí)現(xiàn)冷熱電聯(lián)供微網(wǎng)由傳統(tǒng)單一用戶側(cè)向分布式電源的轉(zhuǎn)變,從而發(fā)揮綜合能源系統(tǒng)核心單元的作用。進(jìn)而,提出壓縮空氣儲(chǔ)能-動(dòng)力發(fā)電機(jī)組聯(lián)合優(yōu)化運(yùn)行策略,進(jìn)一步提升系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性、節(jié)能性和環(huán)保性。通過(guò)仿真算例,全面分析了系統(tǒng)在主動(dòng)儲(chǔ)能策略以及聯(lián)合優(yōu)化運(yùn)行策略下的運(yùn)行性能,對(duì)比了不同運(yùn)行方式的差異,驗(yàn)證了所提方法的有效性;同時(shí),考慮聯(lián)合運(yùn)行優(yōu)化模型多目標(biāo)并存、分層迭代的特點(diǎn),進(jìn)一步探索了目標(biāo)權(quán)重系數(shù)對(duì)可控設(shè)備協(xié)同運(yùn)行的影響規(guī)律。然后,針對(duì)間歇性可再生能源固有的隨機(jī)性和波動(dòng)性問(wèn)題,提出基于運(yùn)行調(diào)度、滾動(dòng)優(yōu)化和實(shí)時(shí)控制的多時(shí)間尺度分層運(yùn)行控制方式,在平抑風(fēng)、光波動(dòng),提升冷熱電聯(lián)供微網(wǎng)可再生能源消納能力的同時(shí),有效解決了系統(tǒng)異質(zhì)能量流時(shí)間尺度差異問(wèn)題。在運(yùn)行調(diào)度層采用壓縮空氣儲(chǔ)能-動(dòng)力發(fā)電機(jī)組聯(lián)合優(yōu)化運(yùn)行策略,保證系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、節(jié)能性與環(huán)保性。同時(shí),在滾動(dòng)優(yōu)化層提出包含壓縮空氣儲(chǔ)能、電池和超級(jí)電容的復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu);針對(duì)這一新型復(fù)合儲(chǔ)能組合形式,從瞬時(shí)頻率分析的角度,設(shè)計(jì)了能量分配策略,在有效抑制可再生能源隨機(jī)、波動(dòng)的同時(shí),保障了調(diào)度層優(yōu)化結(jié)果的可實(shí)現(xiàn)性。通過(guò)仿真算例進(jìn)一步研究了可再生能源波動(dòng)規(guī)律,并全面分析了系統(tǒng)在分層運(yùn)行控制策略下的性能,驗(yàn)證了所提運(yùn)行策略有效性與可行性。最后,深入剖析了系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)行之間的密切聯(lián)系;摒棄傳統(tǒng)將設(shè)計(jì)與運(yùn)行分而治之的思路,提出集“設(shè)備參數(shù)-系統(tǒng)容量-運(yùn)行策略/運(yùn)行參數(shù)”三級(jí)于一體的綜合設(shè)計(jì)方法,以期解決由可再生能源、多維儲(chǔ)能接入所引發(fā)的冷熱電聯(lián)供微網(wǎng)運(yùn)行模態(tài)隨機(jī)多變以及由系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)行不匹配所導(dǎo)致的效率低下等問(wèn)題。結(jié)合典型負(fù)荷數(shù)據(jù),分析了不同參數(shù)、容量下的系統(tǒng)運(yùn)行性能,進(jìn)而驗(yàn)證了本文所提方法的有效性和一體化設(shè)計(jì)的必要性。同時(shí),以一體化設(shè)計(jì)方法為指導(dǎo)思想,設(shè)計(jì)含壓縮空氣儲(chǔ)能的多能互補(bǔ)CCHP微網(wǎng)試驗(yàn)系統(tǒng),并優(yōu)化其中關(guān)鍵參數(shù)�？偠灾�,本文研究成果對(duì)壓縮空氣儲(chǔ)能及其接入CCHP微網(wǎng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)行控制提出了行之有效的手段和方法,對(duì)推動(dòng)儲(chǔ)能及分布式能源的發(fā)展具有重要的理論價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM732;TU83
【圖文】：

山東大學(xué)博士學(xué)位論文逡逑決方案［３７］。含壓縮空氣儲(chǔ)能的ＣＣＨＰ微網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意如圖１－１所示：逡逑．邋■￣｜｜－邐逡逑電動(dòng)ｉ邐發(fā)電機(jī)Ｌ邋：電；垂４邋１￥！機(jī)［逡逑＇．？ｎａ邐！邐Ｉ蓄電池風(fēng)電邋４ａ？ｒ彟．：峰逡逑冷熱電負(fù)荷逡逑－」透平；冷能接口！邐－：．著Ａ邐ｊｆＭ逡逑｜邐悐＂命逡逑圖１－１含壓縮空氣儲(chǔ)能的ＣＣＨＰ微網(wǎng)示意圖逡逑充分利用壓縮空氣儲(chǔ)能集冷、熱、電多能接口優(yōu)勢(shì)，以其作為“橋梁”和“紐逡逑帶”，將可再生能源以多能互補(bǔ)的形式接入ＣＣＨＰ微網(wǎng)，既能夠有效平抑風(fēng)、光資逡逑源的間歇性、隨機(jī)性與波動(dòng)性，又能夠增強(qiáng)ＣＣＨＰ微網(wǎng)中異質(zhì)能流之間的關(guān)聯(lián)，逡逑有利于改善熱力系統(tǒng)設(shè)備工況、加強(qiáng)系統(tǒng)能量梯級(jí)利用，從而提高系統(tǒng)熱電調(diào)節(jié)的逡逑靈活性以及運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、清潔性和可靠性。然而，壓縮空氣儲(chǔ)能作為多能流并存逡逑的總能系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)與運(yùn)行機(jī)理復(fù)雜，多種規(guī)律并存且相互作用，具有參（變）量繁逡逑多、非線性、強(qiáng)耦合、不確定、多層次等特點(diǎn)，其接入ＣＣＨＰ微網(wǎng)，使新系統(tǒng)在結(jié)逡逑構(gòu)、能量流以及運(yùn)行模態(tài)等方面發(fā)生了深刻復(fù)雜的變化

國(guó)外應(yīng)用較為成功的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)包括建于日本仙臺(tái)的分布式供能逡逑系統(tǒng)、德國(guó)科隆機(jī)場(chǎng)的聯(lián)供系統(tǒng)、美國(guó)加州大學(xué)圣迭戈分校的聯(lián)供系統(tǒng)、英國(guó)曼徹逡逑斯特機(jī)場(chǎng)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)以及意大利都靈冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，如圖１－２所示：逡逑■邋４灥y義希ǎ幔┤氈鞠商ㄥ危ǎ猓┑鹿ǘ骰″危ǎ悖┮獯罄劑殄義賢跡保補(bǔ)獾湫頭植際焦┠芟低沖義希ǎ玻┕誒淙鵲緦┘際跤τ孟腫村義銜夜誒淙鵲緦┘胺植際椒⒌緙際醴矯嫻難芯科鴆澆賢�，礄巡０侍m停梗澳赍義洗鷯辛艘歡ǖ姆⒄梗婺＞嗬敕⒋錒胰雜薪洗蟮牟罹啵郟矗叮矗罰蕁＝昀�，为满足辶x夏茉醋偷男棖�，国家推出一媳I姓咭約だ植際劍茫茫齲形⑼姆⒄��！犢稍偕義希跺義

本文編號(hào)：2714493