文章導(dǎo)讀
“雙碳”目標(biāo)和能源轉(zhuǎn)型的大背景下，區(qū)域綜合能源系統(tǒng)內(nèi)部耦合關(guān)系不斷豐富，對于碳排放的管理不斷嚴(yán)格，考慮互聯(lián)協(xié)同的分布式能源站低碳規(guī)劃問題亟待解決。為此，本文首先討論了互聯(lián)協(xié)同分布式能源站空間性能參數(shù)矩陣；然后計(jì)及負(fù)荷-能源站的管線建設(shè)以及環(huán)境成本、能源站-能源站的互聯(lián)管線長度、各個分布式能源站規(guī)劃容量等關(guān)鍵因素，提出了一種考慮互聯(lián)協(xié)同的分布式能源站低碳多目標(biāo)選址規(guī)劃模型；最后，討論了負(fù)荷不確定性對分布式能源站選址規(guī)劃的影響，并且基于基準(zhǔn)負(fù)荷確定性場景，在實(shí)際算例中驗(yàn)證并討論了考慮低碳需求前后各個分布式能源站的選址結(jié)果對比。
文章亮點(diǎn)
1.本文利用Bellman-Ford算法求取負(fù)荷節(jié)點(diǎn)與待規(guī)劃能源站的最短距離和對應(yīng)路徑，即所需建設(shè)的管線最小長度以及對應(yīng)路徑，來減少建設(shè)的成本。
2.提出了一種考慮互聯(lián)協(xié)同的DES低碳多目標(biāo)選址規(guī)劃模型，計(jì)及負(fù)荷-能源站的管線建設(shè)以及環(huán)境成本、能源站-能源站的互聯(lián)管線長度、各個分布式能源站規(guī)劃容量等關(guān)鍵因素。
3.在實(shí)際算例中，分別在考慮低碳需求前后對分布式能源站規(guī)劃并對比分析。
重點(diǎn)內(nèi)容
1.原理簡介
DES選址規(guī)劃可利用管線長度控制建設(shè)成本，利用Bellman-Ford算法求取負(fù)荷節(jié)點(diǎn)與待規(guī)劃能源站的最短距離和對應(yīng)路徑來減少管道建設(shè)成本。
Bellman-Ford算法的主要步驟為：對所有的邊進(jìn)行n-1輪松弛操作，第1輪得到的是源點(diǎn)最多經(jīng)過1條邊到達(dá)其他頂點(diǎn)的最短距離以及對應(yīng)路徑；第2輪得到的是源點(diǎn)最多經(jīng)過2條邊到達(dá)其他頂點(diǎn)的最短距離以及對應(yīng)路徑；直到第n-1輪得到的是源點(diǎn)最多經(jīng)過n-1條邊到達(dá)其他頂點(diǎn)的最短距離以及對應(yīng)路徑，此時可以得到源點(diǎn)到達(dá)所有其他節(jié)點(diǎn)的最短距離以及對應(yīng)路徑。
圖 1 Bellman-Ford算法計(jì)算最短路徑過程
2.考慮互聯(lián)協(xié)同的DES低碳多目標(biāo)選址模型與求解
主要從最低負(fù)荷與DES的管線建設(shè)及環(huán)境成本、最短DES之間互聯(lián)管線建設(shè)路由以及最小DES供能容量三個方面考慮DES的選址規(guī)劃方案。
目標(biāo)函數(shù)一：劃分各DES能源供應(yīng)范圍，并規(guī)劃負(fù)荷與DES之間的能源管線布局，使能源管線的建設(shè)及環(huán)境成本最低。
目標(biāo)函數(shù)二：為促進(jìn)多能互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)各DES間能量交互傳遞，使規(guī)劃方案中各DES之間互聯(lián)管線建設(shè)路由最短。
目標(biāo)函數(shù)三：為降低系統(tǒng)的投資成本，需減小DES站內(nèi)設(shè)備的容量冗余，使所規(guī)劃DES的總供能容量最小。
考慮互聯(lián)協(xié)同的分布式能源站多目標(biāo)選址模型屬于多目標(biāo)混合整數(shù)非線性規(guī)劃問題，因此，本文采用NSGA-II算法進(jìn)行求解
圖2 NSGA-II算法選址流程圖
3.算例分析
以面積約為51.28 km2的某城區(qū)為例開展考慮互聯(lián)協(xié)同的DES多目標(biāo)選址規(guī)劃，該區(qū)域包含308條線路、187個節(jié)點(diǎn)（其中包括96個負(fù)荷節(jié)點(diǎn)、71個未直接連接負(fù)荷的道路節(jié)點(diǎn)以及20個DES的待選址節(jié)點(diǎn)）。
圖3 城區(qū)拓?fù)鋱D
不考慮低碳需求對DES選址規(guī)劃的影響，從基準(zhǔn)負(fù)荷確定性場景對應(yīng)的帕累托前沿結(jié)果中選取3個具有典型代表性特征的DES選址規(guī)劃方案。
表1 3個方案中DES的供能能力
考慮低碳需求對DES選址規(guī)劃的影響，從基準(zhǔn)負(fù)荷確定性場景對應(yīng)的帕累托前沿結(jié)果中選取3個具有典型代表性特征的DES選址規(guī)劃方案。
表2 低碳選址規(guī)劃中3個方案的DES供能能力
算例結(jié)果表明DES低碳規(guī)劃選址不僅與負(fù)荷-能源站距離有關(guān)，還與負(fù)荷的大小有關(guān)，由于工業(yè)負(fù)荷區(qū)較商業(yè)負(fù)荷區(qū)和居民負(fù)荷區(qū)擁有常年較高熱負(fù)荷的特點(diǎn)，DES低碳選址結(jié)果相比于非低碳規(guī)劃，會向工業(yè)負(fù)荷區(qū)趨近。
