Сокращение выбросов парниковых газов в секторе электроэнергетики за счет эффективной диспетчеризации тепловых электростанций, интегрированных с системами возобновляемых источников энергии

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 12380 (2022) Цитировать эту статью

2159 Доступов

18 цитат

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Это исследование направлено на то, чтобы внести вклад в разработку математической модели для комплексного вероятностного распределения выбросов энергии (CPEED) с системами возобновляемых источников энергии, и оно предлагает новую структуру, основанную на существующем хитроумном алгоритме оптимизации черной вдовы (ABWO). Технология производства электроэнергии из возобновляемых источников способствовала снижению загрязнения и устойчивому развитию. Таким образом, данное исследование направлено на изучение проблемы CPEED в контексте систем производства возобновляемой энергии для повышения энергетических и климатических преимуществ энергосистем. Здесь рассматриваются пять эталонных испытательных систем в сочетании с традиционными тепловыми электростанциями и возобновляемыми источниками энергии, такими как ветер и солнечная энергия, для получения оптимального решения по затратам и выбросам загрязняющих веществ с использованием подхода ABWO. Это господство не ограничивается воздействием на окружающую среду, но также обеспечивает диверсификацию энергоснабжения и снижение зависимости от импортного топлива. В результате результаты исследований способствуют снижению стоимости топлива и выбросов загрязняющих веществ, связанных с системами производства электроэнергии, при одновременном увеличении использования и проникновения возобновляемых источников энергии. Наконец, производительность и эффективность разработанной схемы были полностью подтверждены всесторонними экспериментальными результатами и статистическим анализом.

Растущий спрос на электроэнергию и производство электроэнергии из топлива в значительной степени способствуют выбросам парниковых газов и глобальному изменению климата1,2. Эта пагубная роль становится все более заметной по мере ускорения экономического и промышленного прогресса во всем мире. С этой целью в энергетической отрасли наблюдается тенденция к сокращению выбросов за счет интеграции возобновляемых источников энергии (ВИЭ), таких как ветер и солнечная энергия, наряду с традиционными тепловыми электростанциями. Распределение нагрузки по выбросам энергии (EELD) является критической проблемой для оптимизации энергетики энергетических систем наряду с климатическими преимуществами при различных ограничениях равенства и неравенства3,4. Диспетчеризация экономической нагрузки (ELD) в настоящее время подразделяется на статическую ELD и динамическую диспетчеризацию выбросов энергии (DEED); последний учитывает как затраты, так и цели по выбросам. Кроме того, существует еще одна проблема высокоэффективной комплексной диспетчеризации выбросов энергии (CPEED), которая интегрирует производство возобновляемой энергии в DEED. CPEED учитывает как возобновляемые источники энергии (такие как ветер или солнечная энергия), так и многоцелевую экономическую функцию выбросов традиционных тепловых электростанций. Кроме того, сложные ограничения, связанные с проблемой оптимизации CPEED, сложнее решить из-за их сложной и многомерной природы. При решении проблемы CPEED крайне важно учитывать ограничения, налагаемые тепловыми электростанциями, такие как ограничение спроса на сетевую нагрузку, ограничения рабочей мощности генератора, ограничение скорости изменения мощности генерирующих блоков и запрещенные рабочие зоны (FOR), в дополнение к тем, которые наложены. за счет возобновляемых источников энергии. В результате CPEED представляет собой очень сложную задачу оптимизации, преследующую множество целей. Многие эксперты в настоящее время занимаются изучением проблемы CPEED исключительно через призму ветровой и фотоэлектрической генерации5,6.

Чтобы изучить влияние производства возобновляемой энергии на энергосистемы, исследование в7 рассматривает производство ветровой и фотоэлектрической возобновляемой энергии в целевой функции CPEED. Кроме того, была исследована реализация нового решения, основанного на современном вычислительном подходе ABWO, для оптимального решения вопросов стоимости топлива и выбросов в атмосферу с учетом возобновляемых источников энергии. Численный метод и алгоритм искусственного интеллекта — это два типа методов, которые были разработаны на данный момент для решения нелинейных целевых функций EELD и DEED соответственно. Численные методы, как правило, представляют собой итеративные методы, такие как алгоритм градиентной итеративной оптимизации8, подход с итерацией лямбда-инкрементных затрат9, линейное программирование10, квадратичное программирование11 и схема Ньютона-Рафсона12 для решения задач выпуклого распределения энергетической нагрузки (CELD). Различные методы искусственного интеллекта и эволюционного программирования, такие как оптимизация роя частиц13, расширенный подход парусника (ESFA)14, генетический алгоритм15,16, оптимизация химических реакций в реальном коде17, оптимизация на основе биогеографии18 и гибридная стохастическая оптимизация (HSO)19,20 был разработан для решения сложных и многоцелевых реальных инженерных задач.