- 頭條沈陽工大學者發布垃圾能源利用與城市多能系統協同優化的研究成果2022-04-25 作者：王澤鏑、滕云 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語隨著城市級多能源系統的快速發展和城市垃圾處理設施供能規模的不斷擴大，考慮垃圾處理過程的多種能源供能協調優化，并將其與城市多能源系統協同優化進行綜合考慮，是提高城市垃圾處理能力和資源化利用水平及綜合能源利用效率的重要途徑之一。 沈陽工業大學電氣工程學院、丹麥奧爾堡大學能源技術學院的研究人員王澤鏑、滕云、閆佳佳、陳哲，在2021年第21期《電工技術學報》上撰文，將垃圾處理系統等效為一個以垃圾為輸入的供能系統，建立城市垃圾能源化利用供能系統、城市多能源系統和城市多源儲能系統三者協同優化模型。仿真結果表明，該模型在提高城市垃圾處理能力的同時，能夠有效降低多能源系統運行成本，并提升系統調節能力。
在能源互聯網的背景下，針對高比例可再生能源并網后城市電、熱、氣系統間的互補協調及調節能力弱的問題，一方面，多源轉換與存儲裝置所構成的多源儲能系統接入，可作為一種靈活性資源為城市多能源系統提供較大的調節能力；另一方面，隨著垃圾能源化利用技術的發展，考慮城市垃圾的處理及堆存能力，利用垃圾供能具有成為靈活性資源的潛力。而如何利用垃圾能源化利用特性與城市多能源供給、轉換、存儲間協同運行，以提高城市能源利用效率和系統運行經濟性，是城市多能源系統研究的一個關鍵問題。
目前國內外針對垃圾再利用供能的研究主要集中在垃圾供能系統設計、生物質垃圾處理供能特性分析及優化運行等方面。但大多是對垃圾能源化利用后自身供能特性與效率的研究，并沒有考慮在城市的垃圾堆存及處理能力約束下與多能源系統間的協同。
而目前對于多源儲能系統的研究，多是儲能系統中多源轉換與存儲間的優化運行。考慮城市存在的電、熱、氫、氣等多種能源類型，目前，國內外研究人員在多能源網規劃、建模以及多能源系統優化運行與調度等方面開展了較多研究。
上述有關垃圾能源化利用、多源儲能及多能源系統優化的研究有些問題需要解決：
（1）對于垃圾處理系統的研究多是考慮垃圾處理系統自身的供能特性與效率，而對于一個城市，垃圾所產生的能量占城市能源供能總量的比例較小，進而考慮其城市垃圾的堆存與處理能力，在一定程度上可當作一種調節資源。但如何與城市能源生產、轉換、存儲與消費協同運行，以及在完成垃圾處理任務的同時，能夠給予多能源系統一定的調節彈性，是本文要解決的關鍵問題之一。
（2）垃圾能源供給的調節能力取決于城市垃圾的處理量和堆存量，在可再生能源并網比例不斷提高后，對于如何協調城市垃圾供能與多種類能源供需間的關系，并提高城市能源利用效率，有待進一步研究。
（3）在考慮電、熱、氣三網間安全穩定運行的前提下兼容多源儲能與垃圾能源化利用供能系統，將使現有城市能源系統構架與形態特征發生根本變化，如何協同多能源系統與這兩種調節資源間的優化運行，對整個城市能源系統運行的經濟性和調節能力將面對更高挑戰。
針對上述問題，沈陽工業大學電氣工程學院等單位的科研人員同時考慮城市多能源系統的經濟性、廢物處理能力，構建了多源儲能模型與垃圾能源化供能系統（Waste Resourceful Energy Supply System, WRESS）模型，并提出了垃圾能源化供能、多源儲能及多能源系統協同運行策略。然后，建立了垃圾能源利用與城市多能源系統協同優化的模型。
圖1 拓撲結構
他們以中國某城市實際垃圾處理與多能源運行數據為基礎，通過三個場景仿真驗證所提模型的有效性，得到以下結論：
1）本研究利用WRESS與多源儲能系統作為靈活性資源參與多能源系統進行協同優化，充分利用WRESS與多源儲能的調節能力，同時提高垃圾處理能力與城市能源利用率。
2）考慮城市的垃圾處理與能源系統運行的差異性，提出WRESS、多源儲能與多能源系統協同運行策略，利用城市垃圾的能源利用特性與多源儲能系統和多能源系統進行協同優化，可減少熱電機組的煤耗量及外購電量、氣量，有效降低了城市能源系統的運行成本。
3）本研究提出的WRESS、多源儲能與多能源系統協同優化模型，在滿足城市能源供需平衡的基礎上，可提高城市內電網、氣網的調節靈活性并減少上級電網、氣網的壓力，在未來能源互聯網及城市垃圾資源化的建設中提供一定理論支持。
本文編自2021年第21期《電工技術學報》，論文標題為“垃圾能源利用與城市多能源系統協同優化模型”，作者為王澤鏑、滕云 等。
