考虑需求响应和阶梯碳税的电热水综合能源系统技术方案

考虑需求响应和阶梯碳税的电热水综合能源系统，涉及综合能源系统优化技术领域，首先建立以光热电站、CHP机组、风电、光伏、燃气锅炉等子系统构建成的综合能源系统模型；然后通过光热发电和海水淡化系统协同的高效利用，构建需求响应模型实现电热水之间的相互替代，对综合能源系统的碳税成本进行了改进，构建了阶梯型碳税成本模型，并引入综合能源系统中以优化碳减排，以系统运购能成本、运维成本、阶梯碳税成本最低为优化目标，最终采用gurobi求解器进行优化求解，该优化调度方法可以提高系统的经济环保运行和能源利用效率。济环保运行和能源利用效率。济环保运行和能源利用效率。

【技术实现步骤摘要】
考虑需求响应和阶梯碳税的电热水综合能源系统


[0001]本专利技术属于综合能源系统优化调度领域，具体涉及考虑需求响应和阶梯碳税的电热水综合能源系统优化调度。

技术介绍

[0002]综合能源系统(integrated energy system，IES)通过能量单元与负荷的有机协调，降低了系统的运行成本，提高了能源的消纳能力，减少污染排放，将不同的能源网通过多种能源转换设备耦合到一起，极大的降低了经济运行成本。
[0003]文献Cui等人发表的《计及电热转换的含储热光热电站与风电系统优化调度》提出了含储热光热电站和风电联合调度，提高风电消纳能力，使光热电站具备热电联供能力。文献Pan等人发表的《基于信息间隙决策理论的含光热电站及热泵的综合能源系统低碳调度优化》在IES中引入光热电站，提出一种综合能源低碳优化运行方法，降低了系统运行成本。文献Wang等人发表的《化石燃料能源零能耗太阳能光热海水淡化系统应用研究》实现了零能耗光热
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海水淡化系统，有效的实现低碳经济。文献Cu等人发表的《含海水淡化负荷的可再生能源消纳技术研究综述》建立了海水淡化装置与光热系统两者之间的能量转换关系。随着海水淡化技术快速发展，实现电
‑
热
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水需求响应，才能更有效的推动节能减排。对于存在一定相关性的电力负荷需求和淡水需求，会进一步加剧用电负荷峰值,造成负荷峰谷的差异，对综合能源系统的运行要求更高了。上述有关光热电站引入IES上取得了一定成果，鲜有文献综合考虑将光热电站和海水淡化系统协同的高效利用，对于实现综合能源系统电
‑
热
‑
水的联合调度影响有待进一步研究。
[0004]碳税是对化石燃料产生的二氧化碳排放量征收的一种环境税和产品税。为了保证系统的可持续发展，有必要引入碳税来提高系统的低碳积极性。文献Li等人发表的《Optimal management of multi
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stakeholder distributed energy systems in low
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carbon communities considering demand response resources and carbon tax》分析了碳税制对电力和热需求响应的影响，使得电力和供热相互作用的减少，证明了合理的碳税制下可以提高系统的碳减排积极性。文献Cheng等人发表的《配额制与碳税对可再生能源投资量决策影响的研究》对于可再生能源间歇性特征，阶梯型碳税制明确了对可再生能源投资决策的影响。文献Liu等人发表的《附加碳税的综合能源系统优化调度分析》针对传统的CCHP系统考虑了碳税机制的经济运行优化模型,得到了碳税变化对其减排性和经济性的影响。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决现有综合能源系统对于光热电站只考虑单一系统的利用，未考虑海水淡化技术给低碳带来的影响，无法实现多能耦合运行的技术问题；以及传统碳税成本对节能减排的优化作用，未考虑阶梯性碳税下，系统的能耗和碳排放问题，而导致系统能耗、碳排放过高的技术问题。
[0006]考虑需求响应和阶梯碳税的电热水综合能源系统，风电装置、光伏装置与电母线相连，能源输入模块与燃气轮机、燃气锅炉的输入端相连，进行能源输入；燃气轮机的电力输出端与电母线相连，燃气轮机的尾气输出端与余热锅炉输入端相连；余热锅炉、燃气锅炉热力输出端与热母线相连；光场集热模块的输入端输入光能，光场集热模块的输出端与汽轮机、储热系统的输入端相连，储热系统热力输出端与汽轮机、热母线相连；汽轮机的电力输出端与电母线相连，汽轮机产生排气输出端与多效蒸馏淡化设备的输入端相连，多效蒸馏淡化设备的水力输出端与水母线相连；海水淡化装置的输入端与电母线相连，海水淡化装置的水力输出端与水母线相连；电母线、热母线、水母线均与用户负荷相连。
[0007]风电和光伏将可再生能源转换成电力输入；燃气轮机通过燃气进行发电，将其过程产生的尾气余热通过余热锅炉进行产热；燃气锅炉通过燃气产生热能；光热集热模块收集热能加热导热流体，一部分热量储存至储热系统，另一部分热量产生蒸汽推动汽轮机发电输出电能，汽轮机的低品位排汽余热作为海水淡化系统的多效蒸馏淡化设备的输入产生水能；海水淡化装置的通过电能将海水淡化输出水能。
[0008]在使用该系统进行优化调度时，采用以下步骤：
[0009]步骤一：建立电热水综合能源系统；
[0010]步骤二：建立需求响应和阶梯碳税模型；
[0011]步骤三：建立考虑需求响应和阶梯碳税的电热水综合能源系统优化调度目标函数、约束条件；
[0012]步骤四：对系统进行优化求解。
[0013]在步骤一中，建立电热水综合能源系统中的光热电站CSP、多效蒸馏淡化设备MED、热电联产机组CHP、燃气锅炉GB和反渗透RO淡化设备；具体如下
[0014]1)光热电站通过直射太阳光辐射方式产生热量，包含三部分：光场、发电机及储热系统；CSP输入功率由光场通过直射太阳光辐射方式转化的热功率来表示
[0015](a)集热：
[0016]式中，为光场转化的热功率；η
sh
为光
‑
热转换效率；A
s
为光场面积；D
t
为t时刻太阳直接辐射值；
[0017][0018]式中，为t时刻CSP电站的总发电功率；为t时刻光场直接供给发电功率；η
e
为发电效率；η
ts,h
为热传递效率；为t时刻TES系统的放热功率；P
loss
为固定发电损耗；
[0019](c)储热和功率平衡：
[0020][0021][0022]式中，为t时刻从光场吸收的热功率；为TES系统t时刻的充热功率；为TES系统t、t+1时刻的储热量；η
ts,c
、η
ts,d
为TES系统的充、放热效率；γ为TES系统的自耗系数；
[0023](d)余热功率：
[0024]式中，为t时刻汽轮机余热功率；η
et
为汽轮机余热效率；
[0025]2)在光热
‑
海水淡化系统中，通过RO和MED的适当配比和优化调度，使两种设备尽可能利用剩余电能和低品位热能制备淡水
[0026][0027]式中，为t时刻med装置制水功率；η
med
为med装置制水效率；为t时刻制水消耗的热功率；为t时刻ro装置制水功率；η
ro
为ro装置制水效率；为t时刻制水消耗的电功率；
[0028]3)其余设备包括a.燃气轮机、b.余热锅炉、c.燃气锅炉；
[0029]a.燃气轮机：
[0030]式中，为t时刻燃气轮机制电功率；η
gt
为燃气轮机制电效率；为t时刻燃气轮机的耗气量；
[0031]b.余热锅炉
[0032]式中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.考虑需求响应和阶梯碳税的电热水综合能源系统，其特征在于，风电装置(1)、光伏装置(2)与电母线相连，能源输入模块与燃气轮机(3)、燃气锅炉(5)的输入端相连；燃气轮机(3)的电力输出端与电母线相连，燃气轮机(3)的尾气输出端与余热锅炉(4)输入端相连；余热锅炉(4)、燃气锅炉(5)热力输出端与热母线相连；光场集热模块(6)的输入端输入光能，光场集热模块(6)的输出端与汽轮机(8)、储热系统(7)的输入端相连，储热系统(7)热力输出端与汽轮机(8)、热母线相连；汽轮机(8)的电力输出端与电母线相连，汽轮机(8)产生排气输出端与多效蒸馏淡化设备(10)的输入端相连，多效蒸馏淡化设备(10)的水力输出端与水母线相连；海水淡化装置(9)的输入端与电母线相连，海水淡化装置(9)的水力输出端与水母线相连；电母线、热母线、水母线均与用户负荷相连。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：风电(1)和光伏(2)将可再生能源转换成电力输入；燃气轮机(3)通过燃气进行发电，将其过程产生的尾气余热通过余热锅炉(4)进行产热；燃气锅炉(5)通过燃气产生热能；光热集热模块(6)收集热能加热导热流体，一部分热量储存至储热系统(7)，另一部分热量产生蒸汽推动汽轮机(8)发电输出电能，汽轮机(8)的低品位排汽余热作为海水淡化系统的多效蒸馏淡化设备(10)的输入产生水能；海水淡化装置(9)的通过电能将海水淡化输出水能。3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，在使用该系统进行优化调度时，采用以下步骤：步骤一：建立电热水综合能源系统；步骤二：建立需求响应和阶梯碳税模型；步骤三：建立考虑需求响应和阶梯碳税的电热水综合能源系统优化调度目标函数、约束条件；步骤四：对系统进行优化求解。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，在步骤一中，建立电热水综合能源系统中的光热电站CSP、多效蒸馏淡化设备MED、热电联产机组CHP、燃气锅炉GB和反渗透RO淡化设备；具体如下1)光热电站通过直射太阳光辐射方式产生热量，包含三部分：光场、发电机及储热系统；CSP输入功率由光场通过直射太阳光辐射方式转化的热功率来表示(a)集热：P
st
＝η
sh A
s
D
t
式中，P
st
为光场转化的热功率；η
sh
为光
‑
热转换效率；A
s
为光场面积；D
t
为t时刻太阳直接辐射值；(b)发电：式中，为t时刻CSP电站的总发电功率；为t时刻光场直接供给发电功率；η
e
为发电效率；η
ts,h
为热传递效率；为t时刻TES系统的放热功率；P
loss
为固定发电损耗；(c)储热和功率平衡：(c)储热和功率平衡：
式中，为t时刻从光场吸收的热功率；为TES系统t时刻的充热功率；为TES系统t、t+1时刻的储热量；η
ts,c
、η
ts,d
为TES系统的充、放热效率；γ为TES系统的自耗系数；(d)余热功率：式中，为t时刻汽轮机余热功率；η
et
为汽轮机余热效率；2)在光热
‑
海水淡化系统中，通过RO和MED的适当配比和优化调度，使两种设备尽可能利用剩余电能和低品位热能制备淡水式中，为t时刻med装置制水功率；η
med
为med装置制水效率；为t时刻制水消耗的热功率；为t时刻ro装置制水功率；η
ro
为ro装置制水效率；为t时刻制水消耗的电功率；3)其余设备包括a.燃气轮机、b.余热锅炉、c.燃气锅炉；a.燃气轮机：式中，为t时刻燃气轮机制电功率；η
gt
为燃气轮机制电效率；为t时刻燃气轮机的耗气量；b.余热锅炉：式中，为t时刻余热锅炉制热量；η
whb
为余热锅炉制热效率；c.燃气锅炉：式中，为t时刻燃气锅炉制热量；η
gb
为燃气锅炉制热效率；为t时刻燃气锅炉的耗气量。5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，在步骤二中，需求响应模型包括价格型需求响应和替代性需求响应，其中价格型需求响应的负荷分类为：可转移负荷、可削减负荷；1)可转移负荷：可转移负荷...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭俊康，文中，郑连华，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：