热电联

本项目属于能源动力与信息技术交叉领域。 当前，我国正以“清洁低碳、安全高效”为目标推进能源生产与消费革命，并大力发展“互联网+”智慧能源以实现多元化能源系统的供需动态平衡。依托热电联产机组，在工业园区内建设集中式蒸汽热网公用基础设施，能显著提升工业园区能源效率，降低工业用能成本，减少环境污染，这同时也对工业园区供热系统的安全性、可靠性、供汽品质、能效提出了更高要求。本项目基于工业互联网、大数据、人工智能和建模仿真等新一代信息技术研制了信息系统与物理系统融合的智慧蒸汽热网运行调控平台。采用“基于数字孪生模型的预测，基于预测的决策”的技术路线，构建了“物联感知-建模仿真-状态分析-优化决策-精准调控”的智慧互联蒸汽热网系统。基于工业互联网对复杂系统的连接能力，工业大数据和工业机理模型相结合的分析能力，智能并行计算的定量寻优能力，本项目实现了大型工业园区多源环状蒸汽热网系统的全时空感知、全要素联动、全过程优化。

为充分挖掘综合能源微网(integrated energy microgrid, IEM)的潜在价值，促进可再生能源消纳，针对同一配电网下的多个IEM协同管理问题进行研究，提出了一种基于双层博弈的配电网-多IEM协同优化模型。对于IEM模型的构建，考虑在热电联产机组中加入碳捕集系统以及电转气装置，用来获取低碳效益。同时，针对IEM中可再生能源与负荷不确定性问题，采用鲁棒区间规划进行处理。首先，构建配电网运营商(distribution system operator, DSO)与IEM联盟系统模型框架，分析其不同主体间的博弈关系。其次，对于双层博弈，分为主从博弈与合作博弈。DSO作为博弈领导者，以自身效益最大为目标制定电价引导IEM联盟响应。IEM联盟作为博弈跟随者，以自身运行成本最小为目标，通过成员间互相合作能源共享响应DSO的决策。同时采用纳什谈判理论解决IEM联盟的合作运行问题，使用二分法与交替方向乘子法结合求解模型。最后，在算例中验证所提模型与方法的可行性和有效性。

冷热电联产（combined cooling, heating and power，CCHP）系统与微电网的结合有利于促进消纳可再生能源，为了提升CCHP型微电网的经济性、环保性和稳定性，提出了两阶段优化调度模型。离线优化阶段基于需求侧响应策略，建立了基于归一化法向约束法的多目标规划模型，并用熵权-TOPSIS法筛选最优结果。在线优化阶段建立了基于动态矩阵控制算法的有限时域优化模型，对离线优化结果进行跟踪优化和反馈校正，以降低不确定性因素的影响。最后，设计对比方案进行分析，验证了所提优化模型的有效性。

总体来看，世界各国在核能供热领域已经有了较长的历史和相当范围的应用，但应用还很不充分。核能供热技术研究在核电热电联产技术、供热堆技术、多功能小堆技术方面都取得了长足的发展，从投产项目来看，核电热电联产技术的工程可行性及商业可行性都得到了一定程度的验证。

冷热电联供系统具有能源利用效率高、运行调节灵活的优点。设计了耦合储能电池的冷热电联供一体化系统，建立了关键部件的精细化数学模型，研究了压气机和透平的效率、环境温度对联供系统性能的影响。针对典型制冷和供热工况，研究了耦合电池储能的冷热电联供系统全工况热力性能、储能电池的充放电特性。结果表明：环境温度对冷热电联供系统性能具有较大的影响，其最大供热量随着环境温度的降低而下降，最大供冷量随着环境温度的升高而下降。制冷模式下，冷负荷、电负荷全天波动较大，全天平均冷、电负荷仅为额定功率的39.9%左右，全天平均能源利用系数为0.712。供热模式下，典型日全天燃机循环的发电效率、供热系数以及能源利用系数波动很小，且均高于制冷模式下相应的指标。

本项目属于火电技术领域。“三北地区”新能源消纳难题已发展成制约其规模化开发利用的重大瓶颈。热电联产机组其“以热定电”的运行方式激化了供热与电网之间的矛盾。本项目解决了多家发电企业在深度调峰改造过程中遇到的热电解耦问题，为国内 200MW～600MW 煤电机组起到引领和示范作用；通过对常压储热罐解耦技术的研究，在国内率先掌握了大容量常压储热系统的成套设计方法及工艺，为该技术在行业内的推广起到示范作用。

日前，河北省人民政府印发河北省“十四五”节能减排综合实施方案的通知，通知指出，鼓励优先利用可再生能源，推行热电联产、分布式能源及光伏储能一体化应用，利用“互联网+”、云计算、大数据等手段促进节能提效。

为有效缓解三北地区高比例可再生能源并网所存在的大规模弃风问题，将火电机组、热电联产机组、光热电站、风电厂和电热负荷聚合为虚拟电厂。首先采用场景分析法对日前风光场景进行随机优化，降低风光预测误差；利用综合需求响应机制充分调动电热柔性负荷资源。然后综合考虑系统运行成本、弃风成本和需求响应成本构建虚拟电厂(virtual power plant，VPP)系统日前调度优化模型，并在多种运行模式下求解以获得最优日前调度计划。最后通过算例分析验证所提方案在提高系统经济性的同时能有效促进风电消纳。