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这篇论文的核心内容是关于综合能源系统(IES)的低碳经济调度策略,特别是考虑了液态空气储能(LAES)和综合需求响应(IDR)的应用。以下是论文的主要内容概述:
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研究背景:为了实现能源结构的转型和达到碳达峰、碳中和的目标,需要提高风电、光伏等清洁能源的消纳,并降低火电机组的碳排放。
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研究目的:提出一种低碳经济调度策略,通过联合调度供需两侧的资源,实现综合能源系统的经济性和低碳性。
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系统模型:
- LAES-Brayton-LNG模型:利用LNG气化过程中释放的冷能,通过Brayton循环提高LAES系统的供电能力和灵活性。
- 碳捕集电厂模型:对传统燃煤电厂进行改造,加装碳捕集设备,并配备溶液存储器存储CO2。
- 综合需求响应模型:通过价格或激励补偿机制引导用户改变用能模式,实现能源供需平衡。
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低碳经济调度模型:目标是在满足电力系统和天然气系统安全约束的前提下,实现系统整体经济性最优。考虑了燃煤成本、弃风惩罚成本、碳交易成本、碳捕集电厂日折旧成本、溶剂损耗成本、P2G设备运行成本、购气成本、综合需求响应成本、LNG气化站运行成本和LAES购售电收益。
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算例分析:采用改进的IEEE 30节点电力系统与6节点天然气系统进行案例研究,验证了所提出的低碳经济调度策略。考虑了不同场景,包括有无碳捕集电厂、LNG气化站、P2G、综合需求响应和LAES等。
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结果分析:通过不同场景的调度结果对比,验证了所提策略在提高风电消纳、减少碳排放、削峰填谷效果以及降低系统运行总成本方面的有效性。
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灵敏度分析:研究了LAES储液罐容量和价格参数(如燃煤机组发电成本系数、天然气价格、碳交易价格等)对系统经济调度的影响。
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结论:提出的低碳经济调度策略能显著提高系统的风电消纳能力,减少弃风量,降低碳排放,并提高系统的经济性和低碳性。
根据论文内容,复现仿真的大致思路和程序代码(伪代码)如下:
仿真复现思路:
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初始化系统参数:包括电力系统和天然气系统的网络结构、设备参数、成本参数等。
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建立系统模型:
- 定义LAES-Brayton-LNG模型,包含压缩空气存储和利用LNG冷能的Brayton循环。
- 定义碳捕集电厂模型,包含CO2捕集和存储。
- 定义综合需求响应模型,包括可削减负荷、可平移负荷和可替代负荷。
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构建优化目标函数:最小化总成本,包括燃煤成本、弃风惩罚成本、碳交易成本等。
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定义约束条件:
- 电网运行约束:节点功率平衡、风电约束、机组爬坡约束等。
- 气网运行约束:天然气节点流量平衡、气源供气量上下限等。
- P2G和LAES相关约束。
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求解优化问题:将非线性非凸问题转化为可解的数学模型(如混合整数线性规划),并使用适当的求解器求解。
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分析结果:比较不同场景下的调度结果,分析LAES容量和价格参数对系统经济性的影响。
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灵敏度分析:调整关键参数,观察对系统总成本的影响。
程序代码(伪代码):
# 步骤1: 初始化系统参数
def initialize_system_parameters():# 初始化电力系统、天然气系统、LAES、碳捕集电厂等参数pass# 步骤2: 建立系统模型
def build_system_models():# 定义LAES-Brayton-LNG模型# 定义碳捕集电厂模型# 定义综合需求响应模型pass# 步骤3: 构建优化目标函数
def construct_objective_function():# 定义总成本最小化目标函数pass# 步骤4: 定义约束条件
def define_constraints():# 定义电网运行约束# 定义气网运行约束# 定义P2G和LAES相关约束pass# 步骤5: 求解优化问题
def solve_optimization_problem():# 将问题转化为混合整数线性规划问题# 使用求解器求解pass# 步骤6: 分析结果
def analyze_results():# 比较不同场景下的调度结果# 进行灵敏度分析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()
请注意,上述代码是一个高层次的伪代码示例,实际编程实现时需要根据具体的数学模型和算法细节进行编写。此外,可能需要使用专业的优化求解器(如CPLEX、Gurobi等)来求解优化问题。
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