考虑冷热电平衡的主动配电系统综合供能规划

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冷热电三联供综合阐述

冷热电三联供综合阐述

一、冷热电三联供概念:冷热电联产是指使用一种燃料,在发电的同时将产生的余热回收利用,做到能源阶梯级利用;冷热电联供系统一般由动力系统、燃气供应系统、供配电系统、余热利用系统、监控系统等组成。

按燃气原动机的类型不同,分为燃气轮机联供系统和内燃机联供系统。

与传统的击中式供电相比,这种小型化、分布式的供能方式。

可以使能源的综台使用率提高到85%以上。

一般情况可以节约能源成本的30—50%以上;由于使用天然气等清洁能源,降低了二氧化硫、氨氧化物和二氧化碳等温室气体的排放量,从而实现了能源的高效利用与环保的统一,减低了碳排放。

二、冷热电三联供技术优点1、系统整体能源利用效率非常高;2、自行笈电,提高了用电的可靠性;3、减少了电同的投资;4、降低了输配电网的输配电负荷;5、减少了长途输电的输电损失;6、节能环保、经济高效、安全可靠。

三、冷热电联供系统与传统制冷技术的对比优势(1)、使用热力运行,利用了低价的”多余能源”;(2)、吸收式冷水机组内没有移动件,节省了维修成本;(3)、冰水机组运行无噪音;(4)、运行和使用周期成本低;(5)、采用水为冷却介质,没有使用对大气层有害的物质。

四、采用冷热电联供的意义1. 实现能量综合梯级利用,提高能源利用效率具有发电、供热、制冷、能量梯级利用等优势,年平均能量的综合利用率高达80~90%图4.6-2 燃气热能的梯级综合利用流程关系示意图2.集成供能技术,系统运行灵活可靠三联供系统是供冷、供热、供电的技术集成,设备优化配置,集成优化运行,实现既按需供应,又可靠运行。

3.用电用气峰谷负荷互补,利于电网、气网移峰填谷对于电网、气网,负荷峰谷差越小,越有利于系统稳定、安全、节能运行。

五、冷热电联供的使用条件天然气近似为一种清洁能源,燃气冷热电三联供系统为主要的应用形式。

1.应具备的能源供应条件(1)保证天然气供应量,并且供气参数比较稳定;(2)燃气发出的电量,既可自发自用,亦可并入市电网运行,燃气发电停止运行时又可实现市电网供电;(3)市电网供电施行峰谷分时电价;(4)电网供电难以实施时,用户供电、供冷、供热负荷使用规律相似,用电负荷较稳定,发电机可采用孤网运行方式。

国家发展改革委、国家能源局关于加强电网调峰储能和智能化调度能力建设的指导意见

国家发展改革委、国家能源局关于加强电网调峰储能和智能化调度能力建设的指导意见

国家发展改革委、国家能源局关于加强电网调峰储能和智能化调度能力建设的指导意见文章属性•【制定机关】国家发展和改革委员会,国家能源局•【公布日期】2024.01.27•【文号】•【施行日期】2024.01.27•【效力等级】部门规范性文件•【时效性】现行有效•【主题分类】电力及电力工业正文国家发展改革委国家能源局关于加强电网调峰储能和智能化调度能力建设的指导意见各省、自治区、直辖市发展改革委、能源局,北京市城管委,天津市、辽宁省、上海市、重庆市、四川省、甘肃省工信厅(经信委),中国核工业集团有限公司、国家电网有限公司、中国南方电网有限责任公司、中国华能集团有限公司、中国大唐集团有限公司、中国华电集团有限公司、国家电力投资集团有限公司、中国长江三峡集团有限公司、国家能源投资集团有限责任公司、华润集团有限公司、国家开发投资集团有限公司、中国广核集团有限公司:电网调峰、储能和智能化调度能力建设是提升电力系统调节能力的主要举措,是推动新能源大规模高比例发展的关键支撑,是构建新型电力系统的重要内容。

为更好统筹发展和安全,保障电力安全稳定供应,推动能源电力清洁低碳转型,现就加强电网调峰、储能和智能化调度能力建设提出如下意见。

一、总体要求以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导,深入贯彻落实党的二十大精神,完整、准确、全面贯彻新发展理念,加快构建新发展格局,着力推动高质量发展,统筹发展和安全,深入推进能源革命,统筹优化布局建设和用好电力系统调峰资源,推动电源侧、电网侧、负荷侧储能规模化高质量发展,建设灵活智能的电网调度体系,形成与新能源发展相适应的电力系统调节能力,支撑建设新型电力系统,促进能源清洁低碳转型,确保能源电力安全稳定供应。

——问题导向,系统谋划。

聚焦电力系统调节能力不足的关键问题,坚持全国一盘棋,推动规划、建设、运行各环节协同发展,推动技术、管理、政策、机制各方面协同发力,充分发挥源网荷储各类调节资源作用。

《城市电力规划规范》(50293-2014)

《城市电力规划规范》(50293-2014)

目次1总则 (1)2术语 (2)3基本规定 (4)4城市用电负荷 (5)4.1城市用电负荷分类 (5)4.2城市用电负荷预测 (5)4.3负荷预测指标 (6)5城市供电电源 (8)5.1城市供电电源种类和选择 (8)5.2电力平衡与电源布局 (8)5.3城市发电厂规划布局 (9)5.4城市电源变电站布局 (9)6城市电网 (11)6.1规划原则 (11)6.2电压等级和层次 (11)7城市供电设施 (13)7.1一般规定 (13)7.2城市变电站 (13)7.3开关站 (16)7.4环网单元 (16)7.5公用配电室 (16)7.6城市电力线路 (17)本规范用词说明 (20)引用标准名录 (21)Contents1General Provisions (1)2Terms (2)3Basic Requirements (4)4Urban Electricity Load (5)4.1Urban electricity Load Classification (5)4.2Urban electricity Load Forecast (5)4.3Load Forecast Index (6)5Urban Power Supply Sources (8)5.1Urban Power Supply Sources Type and Choice (8)5.2Power Balance and Power Source Layout (8)5.3Urban Power Plant Plan Layout Principle (9)5.4Urban Power Source Substation Layout Principle (9)6Urban Power Network (11)6.1Plan Principle (11)6.2Voltage Rank and Level (11)7Urban Power Supply Facility (13)7.1General Requirement (13)7.2Urban Substation (13)7.3Switching Station (16)7.4Ring Main Unit (16)7.5Public Distribution Room (16)7.6Urban Power Circuit (17)Explanation of Wording in This Code (20)List of Quoted Standards (21)1总则1.0.1为更好地贯彻执行国家城市规划、电力、能源的有关法规和方针政策,提高城市电力规划的科学性、合理性和经济性,确保规划编制质量,制定本规范。

冷热电联供型微电网容量规划优化研究

冷热电联供型微电网容量规划优化研究
摘 要 : 与 普 通 能 源利 用形 式相 比 , 冷 热 电联 供 型 微 电 网具 有 能 源 利 用 效 率 高 、 利 用 形 式 多样 、 就 地 解 决 综 合 能 源 需 求 等
特点 . 可 以很 好 地 满 足 综 合 能 源 用 户 的 需 求 目前 在 运 或 在 建 的 冷 热 电联供 项 目往 往存 在 设 备 配 置 比例 不合 理 , 设备利用 率 低 或 无 法 实现 较 高 的 能 源 利 用 效 率 介 绍 了几 种典 型 的 联供 型 微 电 网形 式 ,进 行 了微 电 网客 量 规 划 优 化 建模 ,并 在
经 典 的“ 以热 定 电” 或“ 以 电定 热 ” 原 则并 不 能 给 出较
优 的 系 统 配 置策 略 已投 入 商 业 应 用 的设 计 软 件 如 De S T c 和 HO ME R也 只能 简单 的依 据峰 值 负 荷 信息
和 简单 的 比例 原则 给 出系统 的设 备 配置 方案 和设 计 冷 热 电联 供 型微 电网供 能形 式 多样 . 设 备 组合 策
进 行 验证 , 结 果 显示 该 规 划 模 型 通 用 性较 强 . 且 规 划
图 1 典 型 联 供 型 微 电网 类 型 一
类 型二 与类 型一 的主要 区别 在 于类 型 二联 供 型
微 电 网包 含 蓄能 罐 / 箱. 在 夏季 可 以 蓄冷 . 冬 季可 以蓄
热. 如图 2 【 所 示






第 3 2卷 第 3期 3 9
J i a n g s u El e c t r i c a l En g i ne e r i ng
冷热 电联 供型微 电 网容量规划 优化研究

综合能源系统规划与设计方案研究

综合能源系统规划与设计方案研究

综合能源系统规划与设计方案研究一、引言综合能源系统作为一种可持续发展能源系统,其拥有多种能源的调度和管理能力,可以充分利用各种能源,提高能源利用效率,降低暖通空调系统的能耗,减轻环境污染,可谓是一种非常有前景的能源系统,尤其是在当前环境污染和能源短缺的时代。

本文将从综合能源系统规划和设计方案两个方面对其进行探讨分析。

二、综合能源系统规划综合能源系统的规划据其功率规模和能源结构不同而有所差别,规划时需要充分考虑用地、能源用途和需求等各个方面的因素,一般经过以下几个步骤:1.确定系统容量根据所需能源、负荷需求以及各种能源间的可调度性等因素,确定综合能源系统的功率规模和系统容量,并制定相应的技术、经济和环保指标,用于后续的系统优化和设计。

2.确定能源结构根据市场的需求和现有资源情况,确定综合能源系统中各种能源的优化配比和利用方式,包括可再生能源和非可再生能源等,并确定能源间的调度关系,确保不同能源之间的平衡和协调,同时也要考虑到能源的经济性和环保性。

3.确定系统布局综合能源系统的布局要根据用地和用途的要求来确定,要充分考虑到各个能源之间的相互影响和调度关系,同时要考虑到系统的可扩展性和安全性。

布局还将直接影响到系统的能量传输和消耗,因此需要认真分析和研究。

4.确定技术方案根据所确定的系统容量、能源结构和系统布局,制定相应的技术方案,并针对性地进行技术方案的比较和分析,选择最合适的技术方案进行实施,并进行适时的技术改进和优化。

三、综合能源系统设计方案综合能源系统的设计方案要综合考虑各种实际情况和需求,对系统进行优化和调整,以满足其高效经济、安全稳定和环保节能的要求。

设计方案主要包括以下几个方面:1.高效能源转换技术综合能源系统应采用高效的能源转换技术,通过充分利用各种能源,提高能源利用率和能源交互效率,达到节能减排的效果。

例如采用热电联合制冷循环等技术方式。

2.建设智能化系统综合能源系统要建设智能化管理系统,包括自适应调度和集成化管理等,以提高整个系统的自动化程度,优化资源利用和能源性能,并降低系统的维护和管理成本。

冷热电联供-综合能源系统的规划研究共3篇

冷热电联供-综合能源系统的规划研究共3篇

冷热电联供-综合能源系统的规划研究共3篇冷热电联供/综合能源系统的规划研究1冷热电联供/综合能源系统是一种高效、低碳、可持续的能源供应体系,其在城镇化进程中具有重要的应用前景。

然而,要想实现该系统的规划与建设,需要面对众多的技术、经济、政策等方面的挑战。

首先,技术层面。

冷热电联供/综合能源系统涉及多种能源技术的协调应用,包括燃气、电力、热力等。

在系统规划的过程中,需要综合考虑各种能源设施的用地、用水、用气、用电等方面的配套供给问题。

同时,由于大型综合能源系统关键设备采购和技术应用受到国内外市场和政策环境的影响,因此应对国内和国际市场和技术变化进行追踪、评估和应对。

其次,经济层面。

冷热电联供/综合能源系统建设是一项高投入、长周期、高风险的工程,在规划过程中,涉及到太多的财务评估、风险评估以及经济成本问题。

因此,在冷热电联供/综合能源系统规划工作中,要强化经济性分析,进行项目经济评价、投资回报估算等相关工作,同时增强金融支持,降低资金成本和税收负担,并逐步建立财务性指标等。

再次,政策层面。

冷热电联供/综合能源系统是一个需要政策和法规支持的领域,在实际应用和建设过程中面临政策和法规等方面的挑战,必须进行全面的政策和法规风险评估。

同时,需要与利益相关方、各部门建立稳定的合作关系,充分利用国家、地方政策及相关支持政策,构建合作的政务实践机制。

最后,需考虑社会影响。

冷热电联供/综合能源系统建设是一项公共事业,不仅涉及到能源的供给,还关系到人民的福利问题。

因此,冷热电联供/综合能源系统的规划应充分考虑公众、利益相关人的需求和意见,充分考虑与市场、投资者和居民之间的互补关系,构建平衡的社会和谐机制。

因此,要实现冷热电联供/综合能源系统的规划研究,需要多方面的合作和面对多方面的挑战。

同事,通过研究、分析、评价各种因素的影响,建立稳定的工程建设、资金投入、法规风险等形成的规划体系,为冷热电联供/综合能源系统的规划与设计提供有效的实践路径和理论支持在冷热电联供/综合能源系统规划工作中,需要综合考虑技术、经济、政策、社会等多方面因素的影响,建立稳定的规划体系,以实现科学、高效、可持续的能源供应。

高效能源利用的冷热电联供系统设计与优化

高效能源利用的冷热电联供系统设计与优化

高效能源利用的冷热电联供系统设计与优化随着能源需求的不断增长,高效能源利用已成为当今社会的关注焦点。

冷热电联供系统是一种综合利用余热和余冷的系统,可以将废热和废冷能够再利用,从而提高能源的利用效率。

本文将探讨冷热电联供系统的设计与优化方法,以实现高效能源利用的目标。

冷热电联供系统包括供热、供冷和供电三个部分,其中的关键是如何合理地组合和配置各种设备和能源。

系统的设计要考虑到供需平衡、节能降耗和环境问题,从而确保系统能够在各种工况下高效稳定地运行。

首先,系统的能源配置是设计过程中的重要环节。

燃气锅炉、电锅炉和热泵等不同能源设备在供热、供冷和供电方面具有不同的优势和特点。

在选择能源设备时,需要考虑能源的稳定性、成本效益和环保性。

此外,根据实际情况可以采用能源多元化的配置方式,以应对系统的负荷变化和能源供应不稳定的情况。

其次,对供热、供冷和供电三个部分的设备进行合理的组合与配置是系统设计的关键。

供热部分通常包括锅炉、换热器和暖气片等设备,而供冷部分则包括冷机、冷却塔和蓄冰系统等。

在配置这些设备时,需要考虑系统的总能耗、系统的热损耗以及各个设备的运行效率。

同时,还应注意不同设备之间的耦合关系,以达到协调运行的目的。

此外,系统的控制策略也是设计和优化的重要方面。

通过合理设置各个设备的启停策略、调节温度和湿度等参数,可以实现系统的高效运行。

在制定控制策略时,需要综合考虑能源利用效率、设备的寿命和运行成本等方面的因素。

除了系统的设计,系统的优化也是提高能源利用效率的重要手段。

对于现有的冷热电联供系统,可以通过改进设备和改变运行方式等方法进行优化。

例如,可以通过改进设备的绝热性能、提高换热器的效率和优化设备的控制策略等措施,来减少能源的损耗和提高系统的效率。

此外,利用智能化技术来优化冷热电联供系统的运行也是一种有效的手段。

通过建立模型和算法来预测系统的负荷变化和能源供应需求,可以实现系统的自动化控制和优化。

利用智能化技术,可以实时监测系统的运行状态和能源消耗,以及及时进行故障诊断和处理,从而保证系统的高效稳定运行。

综合能源背景下的配电网规划研究

综合能源背景下的配电网规划研究

综合能源背景下的配电网规划研究摘要:配电网系统是电力传输的重要支持和保障,除了能够促使电量的安全传输之外,还可以提升整个电力传输的稳定性,为居民的用电安全奠定坚实的基础。

综合能源的提出,对配电网规划提出了新的要求。

基于此背景,本文主要分析了综合能源背景下的配电网规划相关内容,可供参阅。

关键词:综合能源;配电网;规划1综合能源的概述综合能源指的是对某个特定区域内的多种能源进行有效整合,如电能、热能、石油天然气以及煤炭等,从而实现异质能源之间的协调规划、协同管理、优化运行以及互补互济的目标。

在满足区域内多元化用能需求的前提下,对各种能源进行高效利用,促进能源的可持续发展。

综合能源是一个系统工程,其最早的来源为热电协同优化,从系统论的角度上讲,综合能源是在规划建设及运行中,通过对能源各环节的有机协调与优化,形成集生产、供应和销售三位一体的完整系统。

2配电网的概述配电网指的是电力网络中承担电能分配任务的网络,其主要作用是为电力用户提供生产、生活所需的电能。

常规的配电网由以下几部分组成:配电线路、开关设备、柱上变压器、配电所以及配电箱等。

由发电厂生产出来的电能,经输电线路传输给高压变电站,再经配电网分配给电力用户。

对于配电网而言,其特点可以从设计与运行两个方面进行分析。

在设计方面,配电网的特点体现在规模快速增长,中低压配电网的故障率高,继电保护选择性配合的困难程度大,需要通过开关设备对线路进行分段和联络,来提升配电网的供电可靠性;在运行方面,配电网具有开环运行、谐波源多、电压闪变污染等特点。

3综合能源背景下配电网规划策略3.1基于综合能源的配电网规划思路早期的配电网规划主要是对网架的规划,通过线路及回路数的确定,使配电网达到规划周期内所需的输电能力。

而在综合能源的背景下,对配电网规划提出了新的要求,所以有必要对基于综合能源的配电网规划思路进行分析。

按照不同能源的产生方式、转换类型、存储及使用情况,构建相关的能源设备模型,据此对电力需求响应负荷中的综合能源系统进行全面分析,了解系统中各个能源的转换关系。

考虑供热系统建模的综合能源系统最优能流计算方法

考虑供热系统建模的综合能源系统最优能流计算方法

考虑供热系统建模的综合能源系统最优能流计算方法张义志;王小君;和敬涵;高文忠【摘要】随着社会经济的发展与技术的进步,综合能源系统已成为未来能源领域变革的重要发展趋势之一,其中以热电联供为代表的电热耦合综合能源系统发展迅速.电热系统的联合优化可以提高燃料利用效率,节省运行成本,但当前电热耦合系统能流研究主要针对于电力系统,对供热系统的管网特性、热负荷与用户温度需求的关联特性考虑得还不够精细,无法充分反映电热系统的实际运行特性.该文基于热力管网支路特性及散热器、换热器等关键设备的稳态模型,考虑供热系统能量传输与管网约束,建立了供热系统稳态能流计算的精细化模型.在此基础上,以热电联供机组电热出力与电锅炉出力为调节变量,提出了一种基于内点法的电热耦合综合能源系统最优能流求解方法,能够更加准确地反映系统运行特性并实现系统经济运行.最后进行算例测试,验证所提最优能流计算方法的可行性与有效性.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2019(034)003【总页数】9页(P562-570)【关键词】供热系统模型;综合能源系统;最优能流;内点法【作者】张义志;王小君;和敬涵;高文忠【作者单位】北京交通大学电气工程学院北京 100044;北京交通大学电气工程学院北京 100044;北京交通大学电气工程学院北京 100044;北京交通大学电气工程学院北京 100044;丹佛大学电气与计算机工程系科罗拉多 80208【正文语种】中文【中图分类】TM732近年来,以能源互联为特征的能源革命已经蓄势待发,以电网为核心主干平台,包含多种能源形式的耦合互补互联系统快速发展,其中以热电联产机组作为核心能源中枢的电热耦合综合能源系统应用最为广泛,是能源互联互补的主要表现形式之一,也是目前我国能源结构调整的重要发展方向。

关于电力系统与供热系统耦合的综合能源系统的研究,对于打破原有供能系统单独规划、单独运行的既有模式,实现能源系统的多能互补集成优化具有重要意义[1,2]。

多能互补的综合能源供热系统工程设计及优化

多能互补的综合能源供热系统工程设计及优化

多能互补的综合能源供热系统工程设计及优化摘要:近年来,低碳、可持续发展已成为中国经济社会建设与发展的重要话题。

而传统的单一能量体系,由于其资源利用效率低下以及在科技和经济等领域均存在着许多缺陷,已无法适应资源紧张背景下对各类资源利用可持续开发使用的要求,因此,多能互补综合资源系统工程应运而生。

因地制宜地使用可利用的各类能量资源、提升能量效率、减小能量耗费、用低洁净能量替代高污染能量的供能方法,已成为节约各类资源耗费、减少环境污染危害风险的首选。

多能源互补的综合能源网络系统(简称“多能源系统")具备了各种能量的输入、出□以及大量的能源转换与输送装置,利用信息化方式与各种供能装置建立耦合关系,并实现了整体规划设计与运作管理,以提升能量的整体效率。

关键词:多能互补;综合能源;供热系统1多能互补综合能源系统工程基本概念1.1多能源系统的基本内涵多能源体系实质上是多能互补基础上的综合能量服务。

多能量体系通常是指电、气、冷、热水等多个能量体系在燃料制造、输送、使用各环节耦合所产生的一个新的能量供应体系。

多能互补、协同优化是多能源系统的基本内容。

多能源系统通过充分发挥利用能源各方的优点实现相辅相成,可以从总体上增强系统的经济运行灵活性和工作安全性。

多能源管理系统的特点,主要体现在:(1)管理系统的“源”,协调充分考虑能量天然稟赋、用户负荷要求、价格因素,对多种类型能量实行最优化调配和供应分配。

(2)管理系统的“荷”,充分考虑使用者多品种用能要求和能量的可替换性,采用有效合理的调节和社会市场激励机制,实现综合最佳优化用能的效益。

(3)管理系统的"网”,包括各种能量的输出网(如电网、热网、气网等)及采用新工艺技术或装置将各种能量有机耦合一起,以便有效地将能量传递给使用者。

(4)管理系统的“储”,包括各种能量临时储备的各种装置或控制系统,以改善管理系统的经济效益运作管理水平和应对能力。

多能源系统的规模,通常由所包括的“源”的容积以及所在范围的规模确定,从地域范围上考察,体系可以小到户用、建筑或农业大棚生产等范围内,也可以大到公园、乡村、小城镇、工业大区、都市、跨地域等各种规模的多能供能体系。

综合能源系统冷热电负荷预测模型的构建方法

综合能源系统冷热电负荷预测模型的构建方法

综合能源系统冷热电负荷预测模型的构建方法Building a comprehensive energy system load forecasting model is crucial for maximizing the efficiency and sustainability of energy production and utilization. 建立一种综合能源系统负荷预测模型对于最大化能源生产和利用的效率和可持续性至关重要。

By accurately predicting the cold, heat, and electricity demands of a system, operators can optimize the distribution of resources and improve overall performance. 通过准确预测系统的冷、热、电需求,运营商可以优化资源分配,提高整体性能。

However, developing such a forecasting model involves combining various data sources, understanding complex energy interactions, and utilizing advanced analytical techniques. 然而,开发这样的预测模型涉及整合各种数据源,理解复杂的能量相互作用,并利用先进的分析技术。

One approach to constructing a comprehensive energy system load forecasting model is to utilize historical data and statistical methods to identify trends and patterns. 建立综合能源系统负荷预测模型的一种方法是利用历史数据和统计方法来识别趋势和模式。

多能互补的综合能源供热系统工程设计及优化

多能互补的综合能源供热系统工程设计及优化

多能互补的综合能源供热系统工程设计及优化摘要:近年来,随着我国经济发展,在“双碳”背景下,综合能源系统不断地推进可再生能源灵活消纳、低碳化供热供冷、工业余热利用及配合电网灵活调峰等领域的技术改革。

热泵因具有高效率、低污染的特点,在综合能源系统中得到广泛应用。

热泵可作为系统的供能及储能单元。

在综合能源系统中,以能量来源为依据,热泵被分为空气源、水源、土壤源及余热 4类,对作为供能单元的 4 种热泵分别进行描述;按照储能类型,热泵可被分为储热(冷)及储电 2 种。

热泵的使用实现了综合能源系统的低碳化及高效化运行,但在其应用过程中存在能源匹配以及优化运行等方面的问题。

最后,对热泵在综合能源系统中的发展趋势进行了展望。

关键词:多能互补;综合能源供热系统;工程设计及优化引言在工业发展中,大规模使用化石燃料导致温室气体排放过量,使温室效应不断增强,由此引发了日益严重的气候变化问题,控制碳排放以减缓全球气候变暖已成为全球共识。

在 2020 年 9 月召开的第七十五届联合国大会上,中国提出“二氧化碳排放力争于 2030 年前达到峰值,努力争取 2060 年前实现碳中和”的目标。

随着“双碳”目标的提出,传统化石燃料的使用逐渐减少,风能、太阳能、生物质能等清洁可再生能源得到大规模利用。

截至 2020 年,石油仍占全球能源结构最大份额,约占 31. 2%;煤炭为第二大能源,占一次能源消费总量的27. 2%;天然气和可再生能源份额分别升至 24. 7% 和 5. 7%。

1IES及热泵技术背景传统能源系统单一的能源结构特性造成了能源利用率低、供能可靠性差等问题。

多种能源在时空特性、供能方式及经济效益上存在差异,通过耦合、互补实现能源横向统一规划与协调优化是解决上述问题的重要方法。

IES 在一定区域内利用先进的物理信息技术和创新管理模式,整合区域内煤炭、石油、天然气、电能、热能等多种能源,实现多种异质能源子系统之间的协调规划、优化运行、协同管理、交互响应和互补互济,在满足系统内多元化用能需求的同时,有效地提升能源利用效率,促进能源可持续发展。

区域型分布式冷热电联供能源系统的规划设计

区域型分布式冷热电联供能源系统的规划设计

电力系统2019.4 电力系统装备丨81Electric System2019年第4期2019 No.4电力系统装备Electric Power System Equipment 从20世纪70年代末开始,由于天然气的迅速发展,让区域型分布式冷热电联供能源系统也迎来了发展契机。

其主要分为“区域性”“楼宇型”等类型。

现在,我国正在加快城市化建设的脚步,而想要做好这方面的工作,就一定要提升能效、减排CO 2。

由于分布式冷热电联供能源系统在经济收益、碳减排等方面获得不错的效果,所以其一定能够变成我国工业能源终端供应保障的重要方式。

在此期间,全面建设分布式冷热电联供能源系统非常关键。

而我国一定要根据自身的实际情况,来合理的采用分布式冷热电联供能源系统。

1 区域能源终端需求的内涵和集成优化潜力1.1 工业和商住能源终端需求的内涵1.1.1 工业用能在化工、建材等“过程工业”终端用能当中,各种温位的热量占大多数,另外就是用在驱动泵等方面的电力;机械、轻工等“离散制造业”的终端用能以电力为主,其余的则是厂房供冷供暖,也要拥有一些蒸汽。

1.1.2 商住用能商住用能一共具有两种类型:一是由建筑物面积所决定的。

我国北方,不管是什么种类的建筑物,都一定要进行采暖,而在公共建筑当中,也一定要采取空调制冷;在我国南方,住宅在使用空调方面也没有完全得到普及。

二是住宅所采用的热水。

此外,这两种类还共同包含电力,主要用在照明,家电等放卖弄。

根据住建部的调查发现,国内建筑物终端用能里,采暖空调具有65%的比例,而热水则具有15%的比例。

1.2 区域能源终端需求集成优化潜力过去的供能方式始终是分产分供。

终端当中的电力,现在很多都是化石能源转化为的热能,然后利用布雷顿循环作功而形成的,发电率也只是能够达到45%~60%,另外较低的温度则无法进行使用,并当做“废热”被排放出去。

此外,在工业生产当中,采用的是200℃的低压蒸汽,而商住户则使用的是70℃的生活热水,它们都是在天然气温度达到1400℃的情况下所构成的,因此都只能算是“高能低佣”。

一种园区级综合能源系统规划评估方法[发明专利]

一种园区级综合能源系统规划评估方法[发明专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201710826813.X(22)申请日 2017.09.14(71)申请人 同济大学地址 200092 上海市杨浦区四平路1239号(72)发明人 黄子硕 于航 彭震伟 (74)专利代理机构 上海科盛知识产权代理有限公司 31225代理人 宣慧兰(51)Int.Cl.G06Q 10/06(2012.01)(54)发明名称一种园区级综合能源系统规划评估方法(57)摘要本发明涉及一种园区级综合能源系统规划评估方法,用于园区级综合能源系统规划报告质量等级的评估,该方法包括如下步骤:(1)建立树状评估模型,至少包括三层,顶层为总评价指标,第二层包括多个中间评价指标,每个中间评价指标包括多个分支评价指标并逐层向下形成树状结构,每一层中的评价指标均为一个节点;(2)对树状评估模型最底层节点进行评分,然后从树状评估模型底部第二层开始由下向上获取每一层节点的评分值,直至树状评估模型的顶层获得总评价指标评分;(3)将总评价指标评分与预先设定的等级划分表对比确定园区级综合能源系统规划报告质量等级。

与现有技术相比,本发明评估方法简单方便,评估结果直观可靠。

权利要求书2页 说明书4页 附图1页CN 107730078 A 2018.02.23C N 107730078A1.一种园区级综合能源系统规划评估方法,用于园区级综合能源系统规划报告质量等级的评估,其特征在于,该方法包括如下步骤:(1)建立树状评估模型,至少包括三层,顶层为总评价指标,第二层包括多个中间评价指标,每个中间评价指标包括多个分支评价指标并逐层向下形成树状结构,每一层中的评价指标均为一个节点;(2)对树状评估模型最底层节点进行评分,然后从树状评估模型底部第二层开始由下向上获取每一层节点的评分值,直至树状评估模型的顶层获得总评价指标评分;(3)将总评价指标评分与预先设定的等级划分表对比确定园区级综合能源系统规划报告质量等级。

考虑多元储能差异性的区域综合能源系统储能协同优化配置

考虑多元储能差异性的区域综合能源系统储能协同优化配置

2021年1月电工技术学报Vol.36 No. 1 第36卷第1期TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Jan. 2021 DOI:10.19595/ki.1000-6753.tces.200386考虑多元储能差异性的区域综合能源系统储能协同优化配置刁涵彬李培强吕小秀刘小龙李欣然(湖南大学电气与信息工程学院长沙 410082)摘要储能作为综合能源系统融合的纽带,如何配置电/热/冷多能存储是综合能源系统规划中的重要研究内容。

该文提出考虑电/热/冷多元储能差异化建模的区域综合能源系统储能协同配置方法。

多元储能协同配置的基础是耦合能量流和储能特性描述,在耦合能流上明确含电/热/冷三种能量形式的综合能源系统结构,并建立电-热网络模型;在储能特性描述上基于储能统一模型建立电储能有功-无功特性模型和热/冷储能精细化模型,并定义多元储能综合效率用于控制不同类型储能效率对能源综合利用效率和经济性的影响。

建立多元储能协同配置模型,该模型用于得到多元储能额定容量、功率、位置等规划方案,以经济性、环保性为目标,有机融合了典型日优化运行;采用遗传算法和Gurobi求解器相结合的混合策略求解。

算例表明多元储能协同配置、协调运行具有优越性;考虑多元储能之间的统一性和差异性有助于得到更加全面的储能配置方案。

关键词:综合能源系统电/热/冷多能存储储能差异化建模协同优化配置中图分类号:TM715Coordinated Optimal Allocation of Energy Storage in Regional Integrated Energy System Considering the Diversity of Multi-Energy StorageDiao Hanbin Li Peiqiang Lü Xiaoxiu Liu Xiaolong Li Xinran (College of Electrical and Information Engineering Hunan University Changsha 410082 China)Abstract Energy storage is the link of integrated energy system integration. How to allocate multiple types of energy storage is an important research content in integrated energy system planning.A collaborative energy storage configuration method for regional integrated energy systems consideringdifferential modeling of electricity/heat/cold multi-energy storage is proposed. The basis of the multi-energy storage collaborative configuration is the description of coupling energy flow and energy storage characteristics. On the coupling energy flow, the integrated energy system structure containing three energy forms of electricity, heat and cold is defined, and the electricity-thermal network model is established.Based on the unified model of energy storage, the reactive power model of electrical energy storage and the refined model of thermal /cold energy storage were established, and the multi-energy storage comprehensive efficiency was defined to control the influence of different types of energy storage efficiency on the comprehensive energy utilization efficiency and economy. The multi-energy storage collaborative configuration model is established, which is used to get the multi-energy storage rated capacity, power and other planning schemes. With the goal of economy and environmental protection, it organically integrates the typical daily optimal operation. The hybrid algorithm combining genetic algorithm and Gurobi solver is used to solve the model. The example shows that the cooperative国家自然科学基金(51677059)和国家重点研发计划(2018YFB0905304)资助项目。

典型工业园区综合能源服务建设方案

典型工业园区综合能源服务建设方案

典型工业园区综合能源服务建设方案某工业园区以发展石油化工、冶金装备制造为主导,以承接重大产业项目为重点,与产业发展相适应的港口物流业作为支撑,以建成综合性、一体化的现代工业港区为目标,依据工业区建设理念、建设目标和产业布局,积极构建现代化新型综合供能体系,满足高标准发展定位的用能需求,并将工业区打造成当地乃至全国“碳达峰、碳中和〃的典型示范园区。

能源基础设施情况该工业区内建设有1家热电项目,是工业区所在区域统一规划配套的公用建设项目,也是工业区内唯一热源点,保障并支撑工业区全部企业热(冷)负荷供给任务。

热电厂建设规模为2χ22Ot 循环流化床锅炉,发电机容量为2χ50MW,单台汽机最大供汽能力IlOt/h。

园区负荷需求情况园区已投产企业14家,其中6家企业近期将扩大产能,另外有8家企业近期将入驻园区并陆续投产。

园区企业用电、用热情况统计如表1所示。

表1园区企业用电、用热情况统计年用电量/亿kWh 热负荷/(ι∕h)企业名称现状近期新增现状近期新增企业1 1.04 —15 —企业2 ().60 0.22 12 5企业3 0.3«0.15 17 8企业4 0.53 —14 —企业5 0.93 —13 —企业6 。

一83 0.11 13 2企业7 0.74 —10 —3企业8 0.58 0.23 尸5企业9 0.65 — 6 —企业0.15 0.15 3 —企业H 1.02 0.35 4 3企业12 0.85 — 4 —企业13 0.33 — 3 —企业14 0.21 — 1 —企业15 —0,63 —10企业16 —().35 —8企业17 —0.55 — 5企业】8 —0.41 —1()企业19 —().52 —9企业2() —<).41 — 6企业21 —0.31 — 3企业22 —0.32 — 2合计8.84 4.72 120 81 22家企业的电负荷、热负荷和冷负荷情况如下:工业区企业用电量较大,其中主要用户有高端橡胶制品、高端纺织、高端食品等企业,现有企业年累计用电量达8.84亿kWh。

工业园区的多能互补综合能源规划分析

工业园区的多能互补综合能源规划分析

工业园区的多能互补综合能源规划分析要手段。

积极开展集成能源试点项目,通过为不同类型的能源创建有机和物理平台,如电力/供热(冷却),利用不同形式能源的互补功能和协同作用,改进电力系统资源优化配置,提高系统灵活性,提升可再生能源利用率和整体系统的综合效率。

关键词:综合能源系统;多能互补;工业园区引言面对日益严重的环境污染、能源安全是当今世界日益重要的问题,包容性能源系统将成为实现低碳排放和高效能源运行的有效手段,成为人类未来的一种主导形式,将受到广泛关注。

以能源系统为基础的综合能源系统协调电力、煤炭、天然气、新能源等多种能源系统的规划,提高能源整体利用效率,助力可再生能源高质量发展,对国家经济和社会发展作出重大贡献。

1选取典型工业园区以某工作园区作为典型案例,园区总面积51平方公里,总面积12.37平方公里。

园区注重汽车和零部件的开发、设备的优质制造、精细化工以及现代物流和数据中心。

2园区综合能源系统模型园区综合能源系统中能量输入形式多样,通常由热电联产机组CHP(combinedheatandpower)和外网购电作为电能的主要来源,由电锅炉/燃气锅炉、热泵、CHP作为热能的主要来源,由集中制冷设备供冷满足系统的冷负荷需求。

本文所考虑的园区系统的功能结构如图1所示。

3模型概念IES耦合关系的精确表示是综合电力系统配置的基础。

IES能源系统的耦合关系首先由瑞士ETH(苏黎世理工学院)提出的energy hub,EH进行描述,此后国内外研究人员基于此项基础概念开展了相关研究,从不同角度对能源离合器进行了建模,从能源流动角度对公共汽车进行了建模,并以电力线、热流道、冷藏车和烟道等形式将IES中的电力系统连接起来,从而明确了电力系统之间的地方联系。

通过引入计算机学科的“总线”概念,从可再生能源和未使用能源与能源官网连接的角度说明了电力和热能系统的耦合。

4多区域划分考虑行政区域与城乡规划以及区域内负荷特性、用地特性及供电特性,将区块内这3个特性分布趋于一致和平衡的地块以及地理位置相近的地块划分为同一区域。

基于经济成本目标的综合能源系统容量规划方法研究

基于经济成本目标的综合能源系统容量规划方法研究

基于经济成本目标的综合能源系统容量规划方法研究
李晓恩;李泽鹏;周川;吴鹏;王雪
【期刊名称】《煤炭工程》
【年(卷),期】2024(56)2
【摘要】综合能源系统能够协同规划多种能源,提升可再生能源的消纳能力,从而实现系统的低碳高效运行。

基于此,本研究提出了一种集成光伏发电系统、蓄热水箱和内燃机的综合能源系统。

考虑冷、热、电三种形式能量平衡约束,采用遗传算法以系统的年总成本最小为优化目标,并以年总碳排放量和年总一次能源消耗量为评价指标建立了综合能源系统规划优化模型。

结果表明:与分产系统相比,所提出的综合能源系统的年总成本节约率、年二氧化碳减排率和年一次能源节约率分别为30.67%、33.26%和8.93%。

此外,综合能源系统中光伏发电系统承担了全年用户电负荷的14.58%,有效提升了系统的经济性以及能效性。

【总页数】7页(P192-198)
【作者】李晓恩;李泽鹏;周川;吴鹏;王雪
【作者单位】国家电投集团科学技术研究院有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TD-05
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进NSGA-Ⅲ的面向碳目标的区域综合能源系统容量优化5.基于可逆固体氧化物电池的风光氢综合能源系统容量规划
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发改能源【2013】1381号《分布式发电管理暂行办法》

发改能源【2013】1381号《分布式发电管理暂行办法》

发改能源【2013】1381号《分布式发电管理暂行办法》附件分布式发电管理暂行办法第一章总则第一条为推进分布式发电发展,加快可再生能源开发利用,提高能源效率,保护生态环境,根据《中华人民共和国可再生能源法》、《中华人民共和国节约能源法》等规定,制定本办法。

第二条本办法所指分布式发电,是指在用户所在场地或附近建设安装、运行方式以用户端自发自用为主、多余电量上网,且在配电网系统平衡调节为特征的发电设施或有电力输出的能量综合梯级利用多联供设施。

第三条本办法适用于以下分布式发电方式:(一)总装机容量5万千瓦及以下的小水电站;(二)以各个电压等级接入配电网的风能、太阳能、生物质能、海洋能、地热能等新能源发电;(三)除煤炭直接燃烧以外的各种废弃物发电,多种能源互补发电,余热余压余气发电、煤矿瓦斯发电等资源综合利用发电;(四)总装机容量5万千瓦及以下的煤层气发电(五)综合能源利用效率高于70%且电力就地消纳的天然气热电冷联供等。

第四条分布式发电应遵循因地制宜、清洁高效、分散布局、就近利用的原则,充分利用当地可再生能源和综合利用资源,替代和减少化石能源消费。

第五条分布式发电在投资、设计、建设、运营等各个环节均依法实行开放、公平的市场竞争机制。

分布式发电项目应符合有关管理要求,保证工程质量和生产安全。

第六条国务院能源主管部门会同有关部门制定全国分布式发电产业政策,发布技术标准和工程规范,指导和监督各地区分布式发电的发展规划、建设和运行的管理工作。

第二章资源评价和综合规划第七条发展分布式发电的领域包括:(一)各类企业、工业园区、经济开发区等;(二)政府机关和事业单位的建筑物或设施;(三)文化、体育、医疗、教育、交通枢纽等公共建筑物或设施;(四)商场、宾馆、写字楼等商业建筑物或设施;(五)城市居民小区、住宅楼及独立的住宅建筑物;(六)农村地区村庄和乡镇;(七)偏远农牧区和海岛;(八)适合分布式发电的其他领域。

第八条目前适用于分布式发电的技术包括:(一)小水电发供用一体化技术;(二)与建筑物结合的用户侧光伏发电技术;(三)分散布局建设的并网型风电、太阳能发电技术;(四)小型风光储等多能互补发电技术;(五)工业余热余压余气发电及多联供技术;(六)以农林剩余物、畜禽养殖废弃物、有机废水和生活垃圾等为原料的气化、直燃和沼气发电及多联供技术;(七)地热能、海洋能发电及多联供技术;(八)天然气多联供技术、煤层气(煤矿瓦斯)发电技术;(九)其他分布式发电技术。

基于综合能源协同优化的配电网规划策略

基于综合能源协同优化的配电网规划策略

基于综合能源协同优化的配电网规划策略综合能源协同优化是一种能源资源整合和优化利用的方法,其目的是提高能源利用效率和降低能源消耗。

在城市化进程加速的今天,电力、燃气、热力、水资源等综合能源的供需协同问题日益突出,配电网规划策略也逐渐由单一的电能供应向综合能源供应转型。

本文主要讨论基于综合能源协同优化的配电网规划策略,包括规划的背景与目标、配电网规划方法及实现方案等。

1. 规划的背景与目标随着能源结构的不断升级和变化,城市能源需求正不断增加。

传统的单一能源供应方式难以满足城市对能源的多方位需求,导致能源的利用效率低下和资源消耗浪费。

因此,需要探索一种能源供应方式,即综合能源供应,从而达到节约能源、提高能源利用效率的目的。

配电网是综合能源供应的重要组成部分,对于综合能源的准确管理和配送至关重要,因此面临着严峻的挑战。

1)在保证供能量的前提下,合理分配和利用燃气、热力、水资源等综合能源,实现能源仓储、转换、传输、运营的最佳协同;2)优化配电网规划,提高配电网的能源吸纳和传输能力,使其能够满足不断增长的能源需求;3)减少配电过程中的能源损失,提高能源利用效率;4)降低城市污染,改善环境质量。

2.配电网规划方法基于综合能源协同优化的配电网规划,需要考虑城市空间和能源结构的发展趋势,综合评估城市用能需求和综合能源供应状况,并确定最佳供能方案,为规划配电网提供方向。

配电网规划方法主要包括以下几个方面:1)城市用能需求分析。

根据城市用能需求数据,分析城市用能趋势和能源类型的变化趋势,为制定综合能源供应策略提供依据。

3)配电网规划与设计。

制定城市配电网规划方案,包括配电网线路、变电站的布局和容量等,并利用最新的模拟仿真技术进行优化设计。

4)能源运营和管理。

建立城市综合能源系统的运营和管理体系,确保能源的稳定供应,提高综合能源的供应效率。

3. 实现方案1)建立能源数据采集与监测系统,获取城市能源的实时数据,为制定最佳配电网方案提供数据支持。

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Comprehensive power-supply planning for active distribution system considering cooling,heating and power load balanceXinwei SHEN 1,Yingduo HAN 1,Shouzhen ZHU 1,Jinghong ZHENG 1,Qingsheng LI 2,Jing NONG 2Abstract An active distribution system power-supply planning model considering cooling,heating and power load balance is proposed in this paper.A regional energy service company is assumed to be in charge of the investment and operation for the system in the model.The expansion of substations,building up distributed combined cooling,heating and power (CCHP),gas heating boiler (GHB)and air conditioner (AC)are included as investment planning options.In terms of operation,the load scenarios are divided into heating,cooling and transition periods.Also,the extreme load scene is included to assure the power supply reliability of the system.Numerical results demonstrate the effectiveness of the proposed model and illustrate the economic benefits of applying distributedCCHP in regional power supply on investment and operation.Keywords Active distribution system,Combined cooling,heating and power (CCHP),Power-supply planning,Load balance1IntroductionActive distribution system (ADS)[1,2]is a distribution system that can control and manage distributed energy resources (DER)within the network.DER includes dis-tributed generation (DG),energy storage system,controllable load [2],where DG consists of clean energy like distributed photovoltaic,wind generation and gas-turbine combined cooling,heating and power (CCHP).Compared with traditional distribution system planning [3–7],ADS planning must take effects of DER into con-sideration,including the variation of power flow [8],node voltage [9,10],even power reliability [11]and steady-state security [12]of the distribution network.The research on ADS planning integrated with the planning of DG has drew lots of researchers’attention since years ago.Many effective methods have been applied for ADS expansion planning and reconfiguration,sitting and sizing of DG,such as genetic algorithm [13]and simulated annealing algorithm [14],mixed integer programming model [15],bi-level programming model [16].In the aspect of power-supply planning of ADS,it is obvious that building up CCHP in urban area could be beneficial in improving energy efficiency and economy of operation,reducing CO 2emission [17].With the growth of CCHP in ADS,it’s necessary to consider the impact on their capability on supplying cooling and heating load.However,Received:1July 2015/Accepted:15September 2015/Published online:19November 2015©The Author(s)2015.This article is published with open access at &Xinwei SHENcxw10@Yingduo HANhanyd@ Shouzhen ZHUzsz@ Jinghong ZHENGjhzheng@ Qingsheng LI lqs98@ Jing NONG454673495@1State Key Lab of Control and Simulation of Power Systems and Generation Equipments,Department of Electrical Engineering,Tsinghua University,Beijing 100084,China 2Grid Planning &Research Center,Guizhou Power Grid Cooporation,CSG,Guiyang 550002,ChinaJ.Mod.Power Syst.Clean Energy (2015)3(4):485–493DOI 10.1007/s40565-015-0164-5related research was on the sizing of CCHP system itself.A comprehensive review was given in[18]on models con-sidering the optimization and planning of CCHP in a short-term(a given time period)or long-term(over the plant useful life)level,most of which aimed at optimizing the energy cost or CO2emissions of CCHP itself.For example,[19]pre-sented an approach to CCHP planning based on evaluating how different energy vectors can be transformed into equivalent electricity and heat loads.[20,21]studied the impacts brought by the uncertainties of energy loads and prices’evolution on the cogeneration system planning which spans a multi-year time interval.There were also researches on the operation optimization [22–24]and planning[25–28]of microgrid and distribution system containing CCHP.The multiple energy system expansion planning approach including“Energy Hub”,which consists of combined heat and power,natural gas furnaces and other infrastructures has been proposed and proved to be effective in[26].In[27],a model was proposed to minimize the annual cost of distribution power grid company.The distributed wind turbine,photovoltaic and CCHP were con-sidered as environmental-friendly planning options to balance the increasing load.Similarly,a multi-objective planning model was proposed with variable weight coefficient to solve the optimal sizing and siting problem of DG in distribution system in[28].However,the expansion planning cost of distribution system was not considered in previous research except in[26].Besides,the cost of equipment supplying cooling load,e.g.air conditioner(AC),was not included,as well as the cooling load balance condition.Therefore,a power-supply planning model considering cooling,heating and power load balance implemented for ADS is proposed in this paper.The main contributions are as follows.1)Offering an approach to evaluate the probable benefitof a company which is in charge of the ADS regional energy service considering its investment and opera-tion cost.In terms of ADS planning,expansion of substations,CCHP,gas heating boiler(GHB)and AC are all considered as investment options.2)In terms of ADS operation,the scenario analysis isformulated with the division of heating,cooling and transition period in time interval.The extreme load scenario is also included to ensure system energy-supply reliability.Thus the operation cost is calculated more accurately.The remainder of this paper is organized as follows:Sec-tion2outlines the framework of the model.Detailed model formulation is in Section3,where the objective function and constraints are described.Numerical cases are discussed in Section4to illustrate and prove the effectiveness of the model. Further discussion and conclusions are in Section5.2Proposed planning approach and scheme The proposed approach of comprehensive power-supply planning for ADS considering cooling,heating and power load balance is illustrated as follows.Step1:Get the urban planning data of the region. Step2:Predict the cooling,heating and power load based on the plan of land use and construction area. Step3:Divide the whole area into several blocks.Plan energy-supply equipment,including the sizing of CCHP, transformer in substations,AC,GHB for each block based on the proposed model.Step4:Location selection for the construction of big equipment.Step5:Plan the network of distribution feeders and hot, cold water pipeline based on the selected location for each equipment.Step1and2are preliminary work.It should be noted that urban land planning and corresponding heating,cooling, power load prediction in Step1and2are essential for common urban planning,thus is not discussed in this paper. Besides,the power load prediction data does not include the load of AC and electric heating boiler here.Moreover,Step 4,5must be implemented by taking actual construction condition survey into consideration,which will not be dis-cussed in this paper.Proposed comprehensive power-supply planning scheme of ADS considering cooling,heating and power load balance in Step3is shown in Fig.1.Overall,loads need to be balanced are categorized as power,cooling and heating load,respectively.The load scenes include transition period,cooling period and heating period.The cooling period(heating period),which is usually summer time(winter time)of a year,refers to the period in each year when there is significant cooling load (heating load)to be supplied.The transition period refers to other time of a year when there is only electric power load needs to be supplied.It’s assumed that power,cooling and heating load of this area are balanced by trading electric power from substa-tions or operating CCHP and GHB,and the fuel of which is natural gas.The power-supply options are as follows. 1)Constructing new substations or expanding old sub-stations to satisfy part of the power load2)Investing on AC,the power of which is supplied by thesubstations,to satisfy part of the cooling load.3)Building up CCHP,which is able to generate power,supply cooling and heating load at the same time. 4)Building up GHB to supply part of the heating load.Therefore,the variables in the model are categorized as follows.486Xinwei SHEN et al.1)Investment decision variables,most of which are binary variables,including decisions on substationexpansion x SUB ;building up CCHP x CCHP d ;D ;GHB x GHBd ;D ;where the subscript d means in block d ,and D stands for the sizing selection of equipment.The investment on AC is continuous variable,because obviously there is no sizing selection problem involved.2)Operation strategy variables,which are all continuous variables,including the power trading from substa-tions g SUBs in load scene s ,the power generated byCCHP g CCHPs ;cooling load supplied by AC q AC c ;CCHP q CCHP cin cooling period,heating load supplied by GHB q GHB h ;CCHP q CCHP hin heating period.The mathematical model is summarized as in Fig.2.It’s noteworthy that the economy of operation is eval-uated by typical load scene in three periods:transition period (s =t ),cooling period (s =c ),and heating period (s =h ).Meanwhile,an extreme load scene (s =e )is from cooling period,which is usually summer peak hours according to common sense,to ensure the power-supply reliability in extreme conditions.3Problem formulation3.1ObjectiveThe objective of the proposed planning model is the minimum of investment and operation cost on supplying the power,cooling and heating load in this area.Thus,the objective function can be categorized as:1)Investment cost C INVThe investment cost C INV includes the cost of substa-tion expansion,building up CCHP,building up GHB,and investment on AC,which is shown asC INV ¼XJ 2u SUBM SUB J x SUBJ þX d 2X XD 2u CCHPdM CCHP d ;D x CCHP d ;D þX d 2X XD 2u GHBdM GHB d ;D x GHB d ;D þMACXd 2Xx AC dð1Þwhere M SUBJis the substation expansion cost scheme J ;x SUB Jthe corresponding binary decision variable,which means that corresponding construction scheme isimplemented if x SUB J ¼1;X the set of blocks;and u CCHP d,u GHB dthe sets of sizing options for CCHP and GHB,respectively.Thus M CCHP d ;D or M GHBd ;D represents cost of building up CCHP or GHB in block d for sizing optionD .x CCHP d ;D ,x GLd ;D are related binary variables.The unit of AC is much smaller than that of other equipment,thus its investment cost is set to be continuous variable x AC d ,then multiplied by the per-unit cost M AC :2)Operation cost C OPEThe operation cost C OPE ignored the maintenance and depreciation cost of facilities,mainly focused on the fuel cost of CCHP,GHB and the cost of purchasing electric power from the utility grid:C OPE ¼X y y y X d 2X Xs ¼c ;h ;te s ðP GAS V fuel s ;d þP SUB g SUBs ;d Þð2Þwhere y is the planning years,Pyyð1þi Þycalculates thetotal present value coefficient of the operation cost for each year,with the discount rate i ;and e s is the proportion of load scene s in the whole planning period.Take a municipality in China as an example,its heating period is from 15November to 15March each year,hence e s ¼4=12¼0:333;the cooling periodisFig.2Proposed comprehensive power-supply planning mathemati-calmodelFig.1Proposed comprehensive power-supply planning scheme of ADS considering cooling,heating and power load balanceComprehensive power-supply planning for active distribution system considering cooling,heating 487assumed from15June to15September,hence e s¼3=12¼0:25:The rest of load scene are transition period,e s¼5=12¼0:417:For load scene s of block d,V fueld;sis the gas fuel consumption per-unit time, consisting of the gas consumed by the GHB and CCHP,which could be calculated as:V fuel s;d ¼XD2u CCHPdV CCHPs;d;DþXD2u GHBdV GHBs;d;Dð3Þwhere g SUBs;dis the power trading from utility grid through substation per unit time,and P GAS,P SUB are the prices of natural gas and utility grid electric power, respectively,which already consider the coefficient converter the per-unit time to the total time of the planning period.3)Value of lost load C VOLLC VOLL¼P VOLLXd2XXs¼c;h;t;er s;dð4Þwhere P VOLL is the price of lost load’s value,and r s;d is the load not served in load scene s in block d.It should be noted that P VOLL should be set to a relatively high constant to avoid load-shedding in any load scene.In summary,the objective function is:min C INVþC OPEþC VOLLð5Þ3.2Constraints3.2.1Power,cooling,heating load balanceThere should be load balance constraints in every block d.However,there would be some difference between dif-ferent type of load and load scene s.1)Power load balanceðs¼c;h;t;eÞr s;dþg SUBs;d ¼l s;dþl AC s;dÀg CCHPs;dð6ÞThis constraint should be set up for every load scene s, where l s;d is the power load without load of AC l ACs;d.The ability of CCHP supply power between different blocks is ignored in this paper.2)Cooling load balanceðs¼c;eÞCooling load is supplied by AC and the lithium bromide refrigeration unit of CCHP.Thus we can get:q Load s;d ¼q CCHPs;dþq AC s;dð7ÞThis constraint should be set up in load scene s¼c;e,where q Loads;d is the cooling load demand;q CCHPs;dis theload supplied by the lithium bromide refrigeration unitof CCHP,and q ACs;dis the load supplied by AC.3)Heating load balanceðs¼hÞHeating load is supplied by CCHP and GHB.q Loads;d¼q CCHPs;dþq GHBs;dð8ÞThis constraint should only be set up in load scenes¼h,where q Loadh;dis the heating load demand;q CCHPh;dthe heating load supplied by CCHP,and q GLh;dtheheating load supplied by GHB.3.2.2CCHP modeling and constraints3.2.2.1Internal-combustion engine The main workingprinciple of gas internal-combustion engine(ICE)CCHPis:burning fuel gas to generate power and waste heat offlue gas and cylinder water.The influence of altitude andenvironment temperature on CCHP’s character is not sig-nificant,which can be ignored in the planning model.Therefore,the characteristic function of ICE is linearizedand summarized as follows[28,29].1)Burning fuel gas:Q CCHPs;d;D¼V CCHPs;d;Dh LHV3:6ð9Þ2)Power generation:g CCHPs;d;D¼a GE d;D Q CCHPs;d;Dþb GE d;Dð10Þ3)Available waste heat value offlue gas:q GASs;d;D¼a GASd;DQ CCHPs;d;Dþb GASd;Dð11Þ4)Available waste heat value of cylinder water:q WAs;d;D¼a WA d;D Q CCHPs;d;Dþb WA d;Dð12ÞThe relationship between per-unit-time fuel gas inflowsV CCHPs;d;D(m3/h)and per-unit-time fuel heat Q CCHPs;d;D(MJ/h)ispresented in(9).h LHV is the low heating value of fuel gas(32.967MJ/m3for natural gas),which is a knownparameter.The relationship of fuel gas heating value andgenerated power,available waste heat is described in(10)∼(12).q GASs;d;D;q WA s;d;D are available heat power offlue gasand cylinder water in ICE,respectively.α,b are knowncharacteristic parameters of ICE.5)Minimum,maximum power output limitsXD2u CCHPdx CCHPd;Dg CCHPmin;d;Dg CCHPd;DXD2u CCHPdx CCHPd;Dg CCHPmax;d;Dð13Þ488Xinwei SHEN et al.where g CCHPmin ;g CCHPmaxare minimum and maximum limits ofCCHP’s power output g CCHPd;D:And(13)is related withplanning decision variable x CCHPd;D:6)Planning option constraintXD2u CCHPd x CCHPd;D1ð14ÞIf there’s limited space for placing power-supply devices,at most one type of CCHP will be built up in one block d in the whole planning period.3.2.2.2Lithium bromide absorption chiller heater The lithium bromide absorption chiller heater(Li-Br ACH)ofCCHP can use available waste heat q R(kW)to produce cooling value q c or heating value q h:These characteristics are illustrated with cooling and heating coefficient of per-formance(COP),i.e.g BR COP;c;g BR COP;h:Cooling:q c¼g BR COP;c q Rð15Þq c;min q c q c;maxð16ÞHeating:q h¼g BR COP;h q Rð17Þq h;min q h q h;maxð18Þwhere q c;q h(kW)is the cooling/heating value produced by Li-Br ACH,and q c;max;q c;min;q h;max;q h;min are their limits.According to actual engineering experience,g BRCOP;c¼1:2;g BR COP;h¼0:9:We could further obtain:q R q GASþq WAð19Þ3.2.3Gas heating boilerThe operation efficiency of the boiler is related to the load rate.If the load rate is under80%or above100%of rated power of GHB,the efficiency would be significantly reduced.Without linearity loss of the planning model,the operation of GHB is limited between80%and100%of the rated power,the rated efficiency of which can be0.92. Thus the constraints are generated as:Q GHB h;d;D ¼V GHBh;d;Dh LHV3:6ð20Þq GHB h;d;D ¼0:92Q GHBh;d;Dð21ÞXD2u GHBd x GHBd;Dq GHBmin;d;Dq GHBh;dXD2u GHBdx GHBd;Dq GHBmax;d;Dð22ÞXD2u GHBdx GHBd;D1ð23ÞEquation(23),which is similar to(14),can guaranteethat only one type of GHB will be built up in one block d inthe whole planning period.3.2.4Air conditionerq AC s;d¼g AC COP l AC s;dð24Þx AC d!l AC e;dð25Þwhere g AC COP is the COP of AC,which is usually set to be4,and q ACs;d;l AC s;d are the cooling load and power load in cor-responding block d and load scene s.Eq.(25)denotes thatthe total AC investment should be larger than the amountwhich is essential to supply the cooling load in the extremescene.3.2.5SubstationsThe key to modeling substation is that the total supplycapacity should be within the range of the product of loadand corresponding capacity-load ratio c min$c max:cming SUBsg SUBþXJ2u SUBx SUBJg SUBJc max g SUBsð26ÞXJ2u SUBx SUBJ1ð27Þwhere(26)should be set up in extreme load scene s(s¼e),in which g SUBis the initial capacity of substation,PJ2u SUBx SUBJg SUBJis the expansion capacity decided byinvestment decision variable x SUBJand planning optionsg SUBJselected from the set u SUB.We used c min¼1:8,cmax¼2:1according to Planning Guidelines of State GridCorporation of China.Eq.(27)guarantees that only oneoption of expansion for substations will be implemented.4Case study4.1Case conditionsThe case study was based on an actual demonstrationproject in a new development zone of a municipality city inChina.The division of blocks and load data has beenobtained as in Fig.3and Table1.Note that power load inTable1doesn’t include the load of AC.Comprehensive power-supply planning for active distribution system considering cooling,heating489The power-supply planning options for these blocks are shown in Table 2.The characteristic coefficients of CCHP [29,30]are listed in Table 3.Other parameters include 32.967MJ/m 3heating value of natural gas,which is Ұ3.23m 3,and the average price of utility grid power is Ұ0.9923kWh.The total planning time is set to be 10years,and the discount rate on operation cost for each year,i ,is set to be 5%.P VOLL is set to be Ұ100009106/MW in each case.4.2Calculation methodThe model is formulated with the YALMIP tool in MATLAB and calculated with the optimization software Gurobi Optimizer.Numerical test was carried on a laptop computer with CPU intel I5-3230M 2.6GHZ,the total consumption time of modeling and optimization is less than 30s.The convergence index is the relative gap between upper bound and lower bound of MIP is less than 0.001%.4.3Results and analysesTwo cases are compared in Table 4.Case 1:No CCHP is integrated.Case 2:CCHP is considered as planning options.For the initial investment,in Case 2,there would be one 9.5MW CCHP built up in each of the 7blocks,which adds Ұ718.29106in total.As a result,the expansions of substations could be reduced from 6950to 3950MVA,and Ұ249106would be HP is exploited to replace part of AC when supplying cooling load,thus Ұ52.889106cost of AC is reduced.Meanwhile,part ofTable 2Candidate planning options for cooling,heating and power supply Expansion of substations CCHP Gas heating boiler (GHB)ACOptions Expansion (MVA)Cost (Ұ)Options Rated power (MW)Cost (Ұ)Options Rated heating power (MW)Cost (Ұ)Cost (Ұ/MW cooling power)11950891061112910615028.5791068591042295016910622249106210057.1491063395024910633359106315085.71910644950329106455491064200114.391065595040910659.5102.69106–––66950489106––––––Table 1Loads of different blocks in different load scenes (MW)BlockCooling period Heating period Transition period Cooling period extreme scene PowerCooling Power Heating Power Power Cooling A 22.736.922.733.622.726.852.8B 27.745.927.741.827.732.565.6C 35.965.735.959.235.941.993.9D 27.757.227.750.527.732.181.8E 13.481.413.468.613.413.2116.3F 32.2144.632.2129.832.233.8206.6G28.2132.728.2117.128.229.4189.6GEBACDF3Block division of the new development zone490Xinwei SHEN et al.GHB is replaced by CCHP when supplying heating load, thus anotherҰ285.789106is reduced.However,the total investment cost of Case2is stillҰ355.549106,which is more than that of Case1.In the operation,during the whole planning period (10years),the fuel cost of CCHP isҰ4355.349106in Case2.The power generated from CCHP is used to replace part of power from utility grid,thus the cost of purchasing electric power is reduced byҰ6118.549106.The fuel cost of GHB is also reduced byҰ522.369106.As a result,the total operation cost of Case2isҰ2285.569106,which is less than that of Case1.Above all,with the integration of CCHP,the total cost of power-supply on infrastructure investment and operation could be reduced byҰ1930.029106.5ConclusionA power-supply planning model for ADS considering cooling,heating and power load balance is proposed in this paper.A regional energy service company is assumed to be in charge of the investment and operation for the system in the model.On the aspect of infrastructure investment,the expansion of substations,building up CCHP,GHB and AC are included as planning options.On the aspect of opera-tion,the load scenarios are divided into heating,cooling and transition periods,the extreme load scene is included to assure the power supply reliability of the system.Thus, the total cost of planning and operation are calculated more accurately.Here it’s assumed that ADS can contribute to the smart control of a variety offlows like electric power, cooling and heatingflow,producing an optimal energy supply system.Numerical tests based on a demonstration project in China prove the effectiveness of the proposed model and illustrate the economic benefits of applying distributed CCHP in regional power supply on investment and oper-ation.It should be noted that whether CCHP can reduce the power-supply cost depends on complex factors such as the property of CCHP,the price of utility gird power and natural gas.The proposed planning model,which is closely associ-ated with latest Chinese reform policy on power systems, can measure and optimize the comprehensive energy con-sumption and the cost of some urban area with the assumption that a regional power-supply company is established.Moreover,the model has offered a novel ideaTable3Parameters of internal combustion engine in CCHP Rated power(MW)Characteristic coefficientsa GE(kW(MJ/h))b GE(kW)a GAS(kW(MJ/h))b GAS(kW)a WA(kW(MJ/h))b WA(kW)1.00.4211−222.410.21143.620.149181.732.00.4662−657.420.219413.640.151790.743.00.4790−758.940.208494.380.1532173.565.00.4729−896.260.2073125.830.1498204.83 9.50.4702−915.260.2042130.260.1462220.15Table4Comparison of two casesOptimal planning results Case1:Without CCHP Case2:9.5MW CCHP in every block Difference of costs Investment cost(Ұ)CCHP0718.29106−718.29106 GHB714.359106428.579106285.789106Substations489106249106249106AC479.779106426.88910652.889106Total1242.1291061597.659106−355.549106 Operation cost(Ұ)CCHP04355.349106−4355.349106 Utility power19397.8910613279.2691066118.549106GHB3424.0591062901.699106522.369106Total22821.85910620536.391062285.569106 Total cost(Ұ)24063.97910622133.9591061930.029106 Comprehensive power-supply planning for active distribution system considering cooling,heating491that with the integration of balance on electric power, cooling and heating load,respectively,the traditional approaches of distribution system planning such as sub-station expansion planning can be significantly improved. The proposed model has ignored the difference of invest-ment on distribution lines between power-supply schemes.A further research that is related to the concept of“Com-prehensive Energy Network”promoted by some researchers should be carried out in the future,which can explicitly research on the co-optimization of electric, cooling,heating,gas network planning and operation. Acknowledgement This project is supported by National High Technology Research and Development Program of China(863Pro-gram)(No.2014AA051902).Open Access This article is distributed under the terms of the Crea-tive Commons Attribution 4.0International License(http:// /licenses/by/4.0/),which permits unrestricted use,distribution,and reproduction in any medium,provided you give appropriate credit to the original author(s)and the source,provide a link to the Creative Commons license,and indicate if changes were made. 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