摘要
随着化石能源使用引发的温室效应与能源枯竭问题的日益突出，发展高比例可再生清洁能源网络已成为全球共识。我国每年弃风弃光问题依旧突出，电负荷的峰谷差由于风电并网被间接增大。针对此问题，《电力发展“十三五”规划》指出，多能互补是提高可再生能源消纳能力的重要手段。一方面，随着时代和技术更新迭代，更为环保的天然气发电和垃圾焚烧发电在电力系统中的比例日益提高，逐渐加强了电力网络、天然气网络和其他能量资源间的耦合。另一方面，与此同时，虚拟电厂、碳捕集机组、垃圾焚烧发电、大规模新能源并网、电转气设备和热电联产燃气机组等相关技术和政策不断推陈出新，为同时融合多种分布式能源的电气热综合能源系统优化调度带来崭新的机遇和挑战，亟需对电气热综合能源系统中不同能源的能量资源在能量/功率上的时空互补性进行深入研究。基于此，本文提出计及电转气协同的含碳捕集与垃圾焚烧虚拟电厂优化调度模型，并对其进行深入研究，具体内容和成果如下： 首先，本文将碳捕集机组、电转气设备和燃气机组聚合为碳捕集-电转气-燃气机组协同利用系统框架引入虚拟电厂中，将碳捕集机组捕集的CO2作为优质原料提供给电转气设备，从而降低捕集后的碳封存成本和电转气原料成本以实现碳的再利用，并利用电转气消纳弃风弃光生成天然气储存于天然气网络，从而可以提供给燃气机组，减少热电联产机组和燃气锅炉的购气成本。该运行框架具有削峰填谷效应，实现了负荷的时空转移，充分挖掘了协同运行潜能以实现更优的运行效益。 其次，在虚拟电厂内将碳捕集机组/含储气装置的垃圾焚烧/风电/光伏联合调度运行，一部分发电功率当作捕集能耗供给碳捕集系统；另一部分功率当作烟气处理能耗供给烟气处理系统；其余部分的功率输入电网中。利用不同能源的能量资源在能量/功率上的时空互补性，进行负荷转移以平抑可再生能源波动，使得风电/光伏变为间接可调度电力资源从而可被灵活利用，由此充分挖掘各单元间的互补潜能。 再次，鉴于本文所提模型具有高维非线性的特点，求解运算难度大，本文通过将反余切函数特性与复合微分进化算法相结合，提出新型的反余切复合微分进化算法对模型进行求解，改善了进化后期种群多样性不足的缺陷，提升算法跳出局部最优的能力，兼顾寻优速度和持续深度寻优，提升算法性能。 最后，设置5种虚拟电厂对比方案进行仿真计算，仿真结果表明碳捕集-电转气-燃气机组协同利用系统框架、引入电转气设备以及碳捕集机组/含储气装置的垃圾焚烧电厂/风电/光伏联合运行，可降低虚拟电厂净成本和碳排放量，并平抑可再生能源出力波动和提升可再生能源消纳能力，实现源荷之间的供需平衡和削峰填谷，达到利用不同能源的能量资源在能量/功率上的时空互补性实现多能互补，使得内部资源更为有效地利用。另一方面，所提出的反余切复合微分进化算法可实现持续深度寻优，提高算法性能。
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