文章導讀
“雙碳”目標和能源轉型的大背景下，區(qū)域綜合能源系統(tǒng)內部耦合關系不斷豐富，對于碳排放的管理不斷嚴格，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；然后計及負荷-能源站的管線建設以及環(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選址規(guī)劃模型；最后，討論了負荷不確定性對分布式能源站選址規(guī)劃的影響，并且基于基準負荷確定性場景，在實際算例中驗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果對比。
文章亮點
1.本文利用Bellman-Ford算法求取負荷節(jié)點與待規(guī)劃能源站的最短距離和對應路徑，即所需建設的管線最小長度以及對應路徑，來減少建設的成本。
2.提出了一種考慮互聯(lián)協(xié)同的DES低碳多目標選址規(guī)劃模型，計及負荷-能源站的管線建設以及環(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)劃容量等關鍵因素。
3.在實際算例中，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。
重點內容
1.原理簡介
DES選址規(guī)劃可利用管線長度控制建設成本，利用Bellman-Ford算法求取負荷節(jié)點與待規(guī)劃能源站的最短距離和對應路徑來減少管道建設成本。
Bellman-Ford算法的主要步驟為：對所有的邊進行n-1輪松弛操作，第1輪得到的是源點最多經過1條邊到達其他頂點的最短距離以及對應路徑；第2輪得到的是源點最多經過2條邊到達其他頂點的最短距離以及對應路徑；直到第n-1輪得到的是源點最多經過n-1條邊到達其他頂點的最短距離以及對應路徑，此時可以得到源點到達所有其他節(jié)點的最短距離以及對應路徑。
圖 1 Bellman-Ford算法計算最短路徑過程
2.考慮互聯(lián)協(xié)同的DES低碳多目標選址模型與求解
主要從最低負荷與DES的管線建設及環(huán)境成本、最短DES之間互聯(lián)管線建設路由以及最小DES供能容量三個方面考慮DES的選址規(guī)劃方案。
目標函數(shù)一：劃分各DES能源供應范圍，并規(guī)劃負荷與DES之間的能源管線布局，使能源管線的建設及環(huán)境成本最低。
目標函數(shù)二：為促進多能互補，實現(xiàn)各DES間能量交互傳遞，使規(guī)劃方案中各DES之間互聯(lián)管線建設路由最短。
目標函數(shù)三：為降低系統(tǒng)的投資成本，需減小DES站內設備的容量冗余，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選址模型屬于多目標混合整數(shù)非線性規(guī)劃問題，因此，本文采用NSGA-II算法進行求解
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多目標選址規(guī)劃，該區(qū)域包含308條線路、187個節(jié)點（其中包括96個負荷節(jié)點、71個未直接連接負荷的道路節(jié)點以及20個DES的待選址節(jié)點）。
圖3 城區(qū)拓撲圖
不考慮低碳需求對DES選址規(guī)劃的影響，從基準負荷確定性場景對應的帕累托前沿結果中選取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，從基準負荷確定性場景對應的帕累托前沿結果中選取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
算例結果表明DES低碳規(guī)劃選址不僅與負荷-能源站距離有關，還與負荷的大小有關，由于工業(yè)負荷區(qū)較商業(yè)負荷區(qū)和居民負荷區(qū)擁有常年較高熱負荷的特點，DES低碳選址結果相比于非低碳規(guī)劃，會向工業(yè)負荷區(qū)趨近。
