2022年 第44卷 第6期    刊出日期：2022-06-25

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观点综述

碳中和背景下农业能源互联网电能替代综述

白嘉浩, 付学谦

2022, 44(6):  1-11.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2022.06.001

摘要 ( 552 )   HTML ( 8 )   PDF (3503KB) ( 360 )  

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农业能源互联网背景下,在农业生产中进行电能替代可有效减少碳排放,提高环境质量,是实现“碳达峰”与“碳中和”目标的重要路径。基于大量新型农业电力负荷数据,分析了电能替代在农业生产中的潜力。提出通过接纳分布式可再生能源,将农业与能源深度耦合,建立低碳农业系统,通过数字孪生技术实现对农作物生产系统的智慧管控,在农业园区中构建虚拟电厂,削弱新能源输送带来的负面影响,提高能源利用率以及园区效益,从而实现农业能源互联网清洁、低碳、高效发展。

区域综合能源系统规划关键问题研究综述

刘自发, 谭雅之, 李炯, 樊静宜, 周翰泽

2022, 44(6):  12-24.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2022.06.002

摘要 ( 193 )   HTML ( 11 )   PDF (1593KB) ( 268 )  

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能源转型战略目标的提出促进了社会供能系统向清洁化、高效化、经济化发展,因此需要通过研究区域综合能源系统（DIES）实现系统优化调度的整体突破与提升。首先分析以打破地域约束、能源与行业壁垒为规划目标,具有多能流耦合、多区域互联与多系统融合特征的DIES典型规划方案;接着分源、网、储3类概括DIES包含的设备及管道的数学模型。结合以上分析,考虑互联互动机制下的DIES多目标、多随机因素的特征,围绕能源站,能源网络及站网协调,对基本规划模型在优化建模与求解方法上的关键问题进行分析与总结,并根据不同的评价指标分别论述DIES优化效益,最后基于目前研究存在的不足对未来的研究方向进行展望。

虚拟电厂基础特征内涵与发展现状概述

钟永洁, 纪陵, 李靖霞, 蒋衍君, 吴世伟, 王紫东

2022, 44(6):  25-36.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2022.06.003

摘要 ( 396 )   HTML ( 47 )   PDF (3654KB) ( 650 )  

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在国家“30·60”战略推动下,虚拟电厂成为开展新型电力系统建设、解决能源变革的重要手段,是实现“双碳”目标的一个重要发展方向,为新能源电力的安全高效利用开辟了一条新的路径。首先,对虚拟电厂的内涵概念进行阐述,并在此基础上分析了我国虚拟电厂产生的客观大背景,结合目前我国虚拟电厂的外部政策环境剖析了当前虚拟电厂的主流业务板块;然后,简要介绍了国内外已经开展的虚拟电厂应用案例,进而归纳出虚拟电厂当前和未来快速发展所必须的可控资源、关键技术、市场机制等支撑要素;其次,对虚拟电厂的3个发展阶段进一步阐述,并对我国虚拟电厂发展中的现实问题进行了概况分析;最后,在完成对虚拟电厂基础特征内涵与发展现状概述的基础上对虚拟电厂在未来的发展进行了展望。

电化学储能参与电力系统规划运行方法综述

彭占磊, 杨之乐, 杨文强, 李慷

2022, 44(6):  37-44.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2022.06.004

摘要 ( 195 )   HTML ( 7 )   PDF (1087KB) ( 262 )  

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风电、光伏等新能源存在间歇性和波动性缺陷,难以实现大规模并网。电池储能技术具有响应速度快、调节精度高、环境友好、体积小且灵活等优点,是解决上述问题的关键技术。为加快推动电化学储能在电力系统中的应用,减少化石能源消耗,实现“碳达峰,碳中和”目标,对电化学储能在促进新能源消纳、调峰、调频等应用场景的容量配置和调度策略进行系统分析,总结归纳了电化学储能参与电力系统规划与运行的方法。最后指出,未来将基于人工智能技术对电化学储能参与的电力系统规划与运行问题进行求解优化,进一步提高电力系统的稳定性和可靠性。

综合能源系统

电动汽车充电站站网互动运行优化技术研究与实践

张永新, 闫鹏领, 朱国栋

2022, 44(6):  45-51.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2022.06.005

摘要 ( 140 )   HTML ( 1 )   PDF (1634KB) ( 184 )  

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针对未来电动汽车配套充电设施大面积建设与现有电网供电容量之间的矛盾,提出一种新型的应用于电动汽车充电站的站网互动运行优化技术,叙述应用该技术的电动汽车充电站参与源荷互动的主要技术原理和作为负荷参与电网需求侧响应的主要控制策略,分析该技术应用案例和应用效果。电动汽车充电站站网互动运行优化技术可以平滑内部充电桩负荷用电曲线,实现电动汽车充电站负荷的削峰填谷,促进清洁能源消纳,缓解充电设施对电网负荷的冲击,降低电网建设投资。

基于粒子群优化算法的智慧微电网风光储容量优化配置

王鑫, 陈祖翠, 卞在平, 王业耀, 吴育苗

2022, 44(6):  52-58.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2022.06.006

摘要 ( 173 )   HTML ( 6 )   PDF (1155KB) ( 293 )  

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随着“双碳”目标的提出,国内多地鼓励建筑屋顶建设清洁能源发电系统,由风光储组成微电网,通过新能源发电有效降低区域生产活动的碳排放,并提高生活办公区的供电可靠性。针对微电网投资的经济性,其风光储容量配比一直属于研究热点。依托海南省特有的地理环境,根据当地的光照、风速条件,利用粒子群优化算法,以最大经济效益为寻优目标,选取最优风光储装机容量配比,并利用节能办公住宅区智能微电网建设示范项目所采集的数据进行经济性分析,可以为智能微电网节能改造提供理论和数据基础。

一种基于边缘计算的分散式站所终端方案的设计与实现

任宝军, 高志勇

2022, 44(6):  59-69.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2022.06.007

摘要 ( 108 )   HTML ( 3 )   PDF (2746KB) ( 160 )  

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当前电力终端设备进入物联网时代,各种智能设备接入通信网关机并根据业务需求就地进行边缘计算,最终上送重点数据至配电主站。配电终端作为配电网中主要监控设备,负责对环网柜中各间隔单元的线路进行实时监测与控制。当前传统配电终端多采用集中式设计方式,最大可同时监控8个间隔单元的线路,每个间隔单元统一由主机采样和计算,对于更多的间隔环网柜则采用配电终端级联方式实现多间隔监控,在一定程度上造成部分间隔单元处于空闲采样计算状态。提出一种基于边缘计算的分散式站所终端设计方案,由公共单元和间隔单元共同组成,公共单元实现数据接入、通信管理,间隔单元实现环网柜各间隔线路的测控与保护。公共单元动态装载业务App就地实施边缘计算,间隔单元以模型文件为基础采用即插即用的方式接入公共单元。就地统一采用蓝牙维护方式,解决各厂家装置型号不一、维护复杂等问题,提高现场维护效率,最终促进配电终端的高质量发展。

基于耦合电感的交错高降压比DC/DC制氢变换器

周黎英, 王玉荣, 王庆燕

2022, 44(6):  70-77.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2022.06.008

摘要 ( 114 )   HTML ( 1 )   PDF (1702KB) ( 164 )  

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将光伏发电应用到电解水制氢中,可以低成本、无污染的制出高纯度的高效清洁能源氢能,缓解环境压力并助力碳中和目标的实现。直流/直流（DC/DC）变换器可灵活匹配光伏阵列与电解槽的I-V曲线,提高光伏制氢系统效率。为了解决传统降压电路降压比小、功率器件电压应力大的问题,提出了一种基于耦合电感的新型交错Buck电路。该变换器通过选择合适的耦合电感匝比,可以在延长工作占空比的同时实现较低的转换比,采用交错技术和元件重排技术来减小功率器件上电压应力,从而在实现高降压比的同时,大大提高变换器的效率。在实际应用场景中也可以提高制氢系统的效率,推动清洁能源的发展。进行了变换器的工作原理、性能的分析和对比,最后通过电路仿真和试验验证了上述的分析。

CO₂捕集与利用

MEA溶液在生物质电厂和燃煤电厂捕集CO₂中的应用对比

胡长征, 王雅博, 刘圣春

2022, 44(6):  78-85.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2022.06.009

摘要 ( 100 )   HTML ( 2 )   PDF (1262KB) ( 185 )  

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为实现全球温升1.5 ℃以下的气候目标,需要减少化石燃料的使用和温室气体排放,带有碳捕集与封存的生物能源（BECCS）技术已得到广泛关注。对以单乙醇胺（MEA）溶液作为溶剂的化学吸收碳捕集系统进行建模。以采用了3种生物质（木头,草本生物质和固体垃圾）为燃料的生物质电厂和使用了2种燃煤（烟煤和褐煤）为燃料的火电厂为例,分析了从生物质电厂捕集到的烟气组成以及碳捕集系统的CO₂捕集率、能耗和经济效益,并将结果与燃煤电厂的碳捕集结果进行对比。结果表明：生物质电厂产生的烟气组成与生物质种类相关,与燃煤电厂的碳捕集情况相比,生物质燃烧烟气中CO₂体积分数分布更广;相同溶剂条件下,除草本生物质外,捕集系统对生物质燃烧烟气的碳捕集率为63.73%~92.08%,高于燃煤烟气的59.24%~79.53%;除城市固体垃圾外,从生物质电厂碳捕集系统的再沸器单位能耗和冷凝器单位能耗分别为3.89~4.00 GJ/t和1.57~1.71 GJ/t,低于燃煤电厂所需的3.90~4.29 GJ/t和1.61~1.97 GJ/t;从生物质燃烧烟气捕集CO₂造成MEA降解更少;在保证热电厂热量输入的情况下,虽然捕集系统对燃煤电厂经济效益的提升大于生物质电厂,但后者的经济效益更好。

国内二氧化碳加氢合成甲烷应用可行性分析

陈勇, 苏军划, 汪洋

2022, 44(6):  86-90.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2022.06.010

摘要 ( 232 )   HTML ( 29 )   PDF (985KB) ( 578 )  

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CO₂减排及可再生能源的快速发展,催生了CO₂加H₂合成CH₄的市场需求。分别从H₂源、CO₂源、甲烷化反应催化剂和反应器等方面阐述了CO₂加H₂合成CH₄的技术原理,并分析了该技术的应用前景和经济性。可再生能源储存和转运是综合能源系统的重要支柱,利用风光弃电制H₂中和捕集的CO₂,实现碳中和。生成的CH₄可就近补充至天然气管道中,大大降低了能源的储存和转运成本,提高了能源利用效率。未来可提高的CO₂交易价格及可降低的可再生能源价格预示发展CO₂加H₂合成CH₄在国内具有很好的应用前景。