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研究论文 最优混合可再生能源系统
本文对加纳某特定地区的两种混合可再生能源供应 (HRES) 进行了技术经济比较，并提出了成本、发电能力和排放方面的最佳解决方案。本文考虑的两种 HRES 分别是风能/氢能/燃料电池和风能/电池存储。这项研究的必要性源于分散网络中混合可再生能源供应的兴起和扩张。人们似乎已经准备好接受这些新技术，但对于选定的地点来说，带来最佳效益的最佳组合并不明显，需要对其技术和经济模型有深入的技术知识。在该方法中，首先建立了各种可再生能源发电的分析模型，并收集了加纳多德科佩城乡社区的数据来测试这些模型。使用 HOMER 软件根据相同的负载曲线设计了两个混合系统，并对结果进行了比较。事实证明，在 25 年的项目生命周期内，HRES 1（风能/氢能/燃料电池）的净现值 (NPC) 和平准化电力成本 (COE) 最低。与 HRES 1 相比，HRES 2（风能/电池存储）的能源储备量巨大，大约高出 270%。此外，就排放而言，HRES 2 比 HRES 1 更环保。尽管电池存储似乎比氢燃料电池技术更具成本效益，但后者在系统容量和排放方面表现出一些优点，随着世界开始研究更可持续的能源存储系统，这些优点值得更多关注。
最大限度地减少独立直流电中的能量存储利用率……
摘要 — 随着光伏发电需求持续呈指数级增长，直流微电网 (dcMG) 在光伏 (PV) 应用中越来越受欢迎。本文提出了一种独立 dcMG 中 PV 和电池储能系统 (BESS) 的混合控制策略。与仅使用 BESS 调节直流链路电压的传统控制策略相比，所提出的控制策略同时利用 PV 系统和 BESS 来调节直流链路电压。PV 充当主直流电压调节器，允许电池作为辅助直流电压调节资源保持待机状态。因此，所提出的控制策略最大限度地减少了 BESS 的利用率，以延长其使用寿命，同时将电池的充电状态 (SoC) 保持在所需范围内。为了实现这一点，灵活功率点跟踪 (FPPT) 概念被应用于 PV 系统，通过根据负载曲线自适应地调整 PV 输出功率来增强 dcMG 的动态性能。所提出的控制策略的性能通过实验结果得到验证。此外，通过具有一天负载和辐照度曲线轮廓的模拟案例研究，研究了所提出的控制策略对延长锂离子电池和铅酸电池寿命的有效性。索引术语 — 电池储能系统 (BESS)、电池充电状态 (SoC)、直流微电网 (dcMG)、灵活功率点跟踪 (FPPT)、光伏 (PV)。
商业社区能源共享影响分析：以电池储能系统部署实现负荷平衡为例
昼夜能源使用差异一直是高效使用公用事业的关键点。电池储能系统 (BESS) 是一种平衡电网负荷的有吸引力的解决方案，尽管成本高昂，但已被独立引入许多社区。电池共享提供了集成独立储能系统以节省资金和改善能源使用的可能性。电池共享强调了智能电网、智能建筑和分布式储能之间的相互作用，以产生更好的能源管理实践。在这项工作中，我们通过建立分布式电池系统的协调控制模型来分析电池共享。在我们的案例研究设计中，我们选择了 39 栋具有不同容量储能系统的建筑作为电池共享社区，以优化共享计划和负载均衡性能。结果表明，与独立运行相比，电池共享可以实现建筑电池容量减少 13.2%。我们进一步研究了建筑物负载曲线模式对电池共享社区电池容量的影响。在全年无休日且用电量较高的建筑物中引入更大容量的电池系统是经济的。商业建筑中最佳的 BESS 容量取决于白天的最低用电量。有停工日的商业建筑在 BESS 部署方面受到限制。在停工日，建筑只能通过共享使用 BESS。每周停工两天的建筑比停工一天的建筑损失的能量多 14.3%。
配备电动汽车充电器、本地能源生产和存储的停车场的负载转移潜力
摘要：交通运输部门的电气化对于成功过渡到无化石燃料社会至关重要。然而，电网却是一个瓶颈。本文提供了一个基于现实世界中拥有智能电网基础设施的停车场（称为 Dans-mästaren）的案例研究。分析表明，可再生能源、储能技术和电动汽车智能充电如何平滑停车场的负载曲线并减轻高峰时段的电网负担。Dansmästaren 位于瑞典乌普萨拉，配备了 60 个电动汽车充电点、一个光伏系统和一个电池存储系统。该研究利用能量流模型展示了一个实际尺寸的智能能源系统的潜力，该系统可以使停车设施本身和乌普萨拉市的当地配电网受益，因为乌普萨拉市面临着电网容量挑战。结果表明，通过更智能地控制停车场相对较小的电池储能，可以显著降低停车场对当地电网的需求。此外，进一步的智能控制策略可以在高负荷时段将需求降低高达 60%，同时在不久的将来仍能保证车辆在出发时充满电。研究还表明，削峰策略可以将最大峰值降低高达 79%。更好地了解公共基础设施对电动汽车充电的潜力有助于增加对它们如何为更可持续的城市和无化石燃料社会做出贡献的认识。
映射加热和冷却载荷以评估热能网络的潜力
热能网络提供了邻里规模的脱碳策略，使用共享的基础设施在互连建筑物之间有效地传递热能并将重点从单个建筑层面的解决方案转移。虽然试点项目已经证明了本地利益，但尚未探索扩大热能网络的更广泛影响。评估这些系统的全部潜力需要一种系统的方法来识别可行的部署地点，评估其技术和经济潜力，并将其整合到长期的能源系统模型中。本报告通过（1）建立评估热能网络可行性的关键标准的第一步，以及（2）开发地理空间方法来绘制热能水槽。该分析使用可扩展的工具和公开可用的地理塔来在马萨诸塞州的弗雷明汉（Framingham）提出了一个案例研究，以表征建筑物库存，计算加热和冷却负载，并识别高密度负载中心。使用灰色框模型计算建筑物水平的加热和冷却负载曲线，汇总到热能需求密度图中，并用于识别和表征研究区域内的热水槽。已鉴定的热水公司与为潜在的热能网络试点项目选择的位点对齐，从而验证了方法。最后，该报告提供了扩展分析并提高对热能网络大规模部署的系统范围价值的指南。
能源转换与管理
多代能源系统的最佳管理是不断增长的能源需求所面临的挑战之一。为了解决这一紧迫问题，本文提出了一种确定多代能源系统最佳调度策略的方法。所谓的分时电价是基于时间的主要需求响应程序之一，它允许将关键负载从一个时间间隔转移到另一个时间间隔（例如，将电力使用转移到需求较低的一天中价格较低的时段）。因此，本文采用分时电价来增加多代能源系统管理的灵活性，从而优化能源生产与用户需求之间的相互作用。本文的目标是最小化一次能源消耗或运营成本。无论考虑什么目标函数，都可以通过同时在两个层面上采取行动来实现目标，即优化需求响应程序和确定多代能源系统最有利的管理策略。采用混合整数线性规划算法来确定最优策略。案例研究通过真实世界的负载曲线，以一小时为时间步长考虑了全年的运营情况。所提出的方法既可以节省一次能源（超过 1%），又可以降低运营成本（超过 8%）。所提出的方法表明，在能源调度的最佳策略中实施需求响应计划，既可以节省一次能源，又可以降低运营成本（相对于基线情景，即无负载转移）。在负载转移程度较高的情景中，一次能源消耗和运营成本的降低程度更高（本文中为每日电能峰值的 30%）。
瑞典度假屋并网光伏电池解决方案的技术经济分析
摘要：在包括瑞典在内的许多国家，私人住宅的并网光伏电池系统越来越受欢迎。本研究旨在评估这种分布式并网光伏电池系统在瑞典度假胜地的单户住宅中的技术经济可行性。研究需求费用的影响尤其令人感兴趣，因为瑞典的公用事业公司经常引入需求费用，并且在受欢迎的冬季运动地区也很常见。并网光伏电池系统根据其净现值进行规模化和优化。负载模式、激励措施、需求关税结构和电价变化用于研究所得结果的敏感性。当应用需求费用时，与没有电池的并网光伏系统相比，并网住宅光伏电池系统的盈利能力相同。当负载曲线全年都有峰值负载并且电池足够大以削减许多峰值时，并网光伏电池系统的盈利能力略高于没有电池的并网光伏系统。总节省额还取决于实际的需求费率。我们发现，良好的盈利能力很大程度上取决于当前国家对这些系统的激励措施，即对剩余电力和投资成本的税收抵免。取消对剩余电力的税收抵免将使无电池并网光伏系统产生的节约减少得比有电池并网光伏系统多得多。
澄清有关可再生能源的措辞
12ter. 混合系统是由太阳能光伏系统和柴油发电机组成的联合发电装置，前者与后者并行产生瞬时消耗的电力。太阳能输出被发电机视为负负荷，发电机继续将其输出与不断变化的需求曲线相匹配，并支持电网的电能质量。根据太阳能光伏系统提供的能源份额，混合系统可分为低渗透系统或中高渗透系统。低渗透混合系统是指太阳能光伏峰值功率与柴油发电机 100% 额定负载 kW 之间的比率在 25% 到 35% 之间的系统。与仅使用柴油发电机的微型电网相比，这些系统可以实现显著的燃料节省，降低能源成本和环境影响，同时保持 24/7 的能源生产可靠性，柴油发电机能够覆盖满负荷。维护要求也非常低，使这些系统适合现场环境。中高渗透混合系统也将柴油发电机与太阳能光伏系统相结合，但太阳能光伏峰值功率与柴油发电机 100% 额定负载 kW 之间的比率超过 35%。它们可以实现燃料使用和温室气体排放的更高比例减少，但可能需要额外的空间并且操作可能更复杂。对于高渗透系统，需要能量存储系统来存储和利用系统产生的多余太阳能光伏能量。低渗透和中高渗透混合系统的设备设计和选择应基于估计的现场负载曲线。应考虑是否需要控制器来保证能源系统的稳定性。
瑞士光伏电池系统的技术经济分析
摘要 —本文提出了一个技术经济优化模型，用于分析光伏电池 (PVB) 系统对瑞士不同客户群的经济可行性，这些客户群根据其年用电量、屋顶大小、年辐照量和位置进行聚类。对 2020 年至 2050 年的静态投资模型进行模拟，并进行全面的敏感性分析以调查成本、负荷曲线、电价和关税等各个参数的影响。结果表明，虽然对于当今的一些客户群来说，将光伏 (PV) 与电池结合起来已经比单独使用光伏产生了更好的净现值，但由于政策变化、成本和电价发展的混合影响，投资回收期在 2020 年至 2035 年之间波动。最佳光伏和电池尺寸会随着时间的推移而增加，到 2050 年，光伏投资主要受屋顶大小的限制。 PVB 系统投资的经济可行性因客户群而异，最具吸引力的投资（即具有最短回报期的投资）大多适用于年辐射量和电力需求较高的客户群。此外，投资决策对回报期、未来成本、电价和关税发展高度敏感。最后，通过分析瑞士剩余系统负载曲线，研究了 PVB 系统部署对电网的影响。太阳能发电的季节性、每日和每小时模式引起的剩余负载曲线的动态强调了对具有快速提升能力的灵活资源的需求。索引术语 — 电池存储、电价、优化、自用、太阳能光伏、技术经济模型
并网太阳能光伏电池微电网的优化能源管理：一种强化学习方法
摘要：在不久的将来，微电网将变得更加普遍，因为它们在将分布式可再生能源整合到主电网中起着关键作用。然而，太阳能和风能等可再生能源可能非常不稳定，因为它们受天气影响。这些资源与需求相结合，可能导致发电和负载两侧的随机变化，从而使最佳能源管理变得复杂。在本文中，提出了一种强化学习方法来处理这种非平稳场景，其中能源管理系统 (EMS) 被建模为马尔可夫决策过程 (MDP)。提出了一种控制问题的新修改，可以改善电池中存储的能量的使用，使动态需求不受未来高电网电价的影响。还开发了一种全面的奖励函数，可以减少不可行的行动探索，从而提高数据驱动技术的性能。然后提出了一种 Q 学习算法，以在未知的未来信息下最小化微电网的运营成本。为了评估所提出的 EMS 的性能，使用典型的商业负载曲线和 24 小时内的 PV 曲线对交易 EMS 模型和非交易案例进行了比较研究。数值模拟结果表明，在所有研究案例中，代理都学会了选择一种优化的能源计划，以最大限度地降低能源成本（从公用事业公司购买的电力成本和电池磨损成本）。然而，将非交易 EMS 与交易 EMS 模型的运营成本进行比较，发现后者在夏季将成本降低了 4.033%，在冬季将成本降低了 2.199%。