Biogas is a promising renewable energy with significant potential for the application and development of integrated energy systems in the off-grid remote areas, such as rural villages and islands. This project aims to investigate a hybrid wind-solar-biomass renewable energy system based on multi-energy coupling and interaction mechanisms, and strives to accommodate the variability and intermittency of wind and solar renewables through the multi-energy complementarities from biomass energy sources. Then, the electricity-heat-biogas interconnected multi-microgrid systems with optimal distributed group coordination methodologies are proposed. Firstly, the wind/solar to biogas energy harvesting technology is developed based on biomass digesting thermodynamic effects, and the coupled multi-energy conversion and interaction mechanisms among wind, solar, and biogas energy sources for multi-carrier energy supplies are fully revealed. Furthermore, the biogas-solar-wind energy hub with multi-energy cycling loops and multi-energy conversion/transfer coupling matrix are formulated, and the optimal configuration and scheduling models of different energy flows with the multi-time horizon coordination approach are investigated. Moreover, the multi-energy coupling networks are modeled for the controllability evaluation of heterogeneous multi-microgrids, and the hierarchical coordinated dispatch framework with distributed decomposition-coordination optimization methodologies are proposed for complex interconnected microgrid clusters. The project achievements would contribute to provide diversified energy services, such as electricity, heating, and lighting, for residents in the off-grid remote areas, and also offer a solid theoretical basis for multi-carrier energy management and optimization of multi-microgrid systems as well as the pollution prevention of organic rubbish.
生物质沼气在偏远地区、农村或海岛等特殊供能区域的综合能源系统中具有巨大的应用潜力。本项目拟从多能耦合互补的角度集成风、光、生物质可再生能源,深度挖掘沼气对风光波动性能源的消纳能力,构建电、热、气多能互联的综合能源微网系统及其分布式群级协同调度方法体系。首先基于沼气菌群发酵的温增效应提出风光转沼气的新能源消纳机制,揭示风-光-沼对电-热-气的多能转换特性与交互耦合机理,重点研究含多能流循环反馈的多能源枢纽模型及其能量变换/转移耦合矩阵,在此基础上提出风-光-沼微网的最优容量配置与异质能流的多时间尺度协同调度模型与方法,并深入探讨复杂微网互联系统的多能源耦合网络建模及其群体可控性评估,进一步研究更复杂的大规模微网群多层级协同调度架构及其分布式分解协调优化理论。本项目研究成果将有助于为离网地区的分散化用户提供多样化能源服务,为生物质垃圾的分布式处理和综合能源微网的能量管理决策与优化提供理论依据。
本项目从风-光-生物质混合可再生能源多能互补的角度,深度挖掘综合能源系统对风光波动性能源的消纳能力,构建了电、热、气多能互联的综合能源微网系统及其分布式群级协同调度方法体系。首先,揭示了风-光-沼对电-热-气的多能转换特性与交互耦合机理,基于生物质厌氧发酵的温增效应研发了光-沼互补最大产气率跟踪控制技术,建立了多能流循环反馈的Energy Hub分配、转换、存储和反馈拓扑模型及其多能耦合矩阵,提出了风-光-沼综合能源微网最优容量配置以及多能流混合时间尺度协同调度模型与方法,应用于湖南益阳楚牛香牧场和广东清远扶贫点连樟村并建设了多能互补农业微网系统,解决了严寒天气下偏远地区电、热、气多种能源供应问题。其次,建立了冷、热、电、气多能源时间序列负荷预测方法,全面揭示了异质能源用能行为在不同时间和空间尺度上的动态耦合与交互影响规律,显著提升了多元复杂时间序列负荷预测的综合准确率,进一步提出了多能源用户群体需求响应的分层交互式协同调控优化方法,利用异构用户电-热-气可调节负荷的多能转换特性建立多能源负荷需求响应的时空互补弹性评估模型,通过分布式自治协调优化多类型用户群体的用电和用气行为来实现削峰填谷和降低用能成本。最后,构建了多能源互联微网集群的分层能量协同调度架构及其层间功率交互机制,建立了多微网能源交换与转化的线性化多能耦合矩阵及其分解降阶方法,并深入探讨综合能源微网集群参与电-气联合市场的多边多能源交易框架及分布式激励兼容定价机制,进一步提出了大规模多能源互联微网集群的多层级协同调度模型及其分布式分解协调优化算法。本项目研究成果有助于为离网地区多能源供应和生物质垃圾分布式处理提供技术支撑。依托本项目,项目负责人团队发表学术论文36篇,其中SCI国际期刊论文34篇、IEEE Trans论文13篇、ESI高被引论文3篇;授权发明专利7项,获省部级科技进步一等奖2项。
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数据更新时间:2023-05-31
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