矿井绿色环保论文提纲

2022-11-15

论文题目：基于伴生能源利用的矿区综合能源系统建模与运行优化

摘要：煤炭在我国一次能源消费中占有重要比重,由于地质条件的影响煤炭在开采过程中伴随着煤矿瓦斯（CSG,coal seam gas）和矿井涌水（GW,gushing water.）的产生。为了井下安全生产,需要持续进行通风,从巷道中抽出来的含有瓦斯的空气被称为乏风（VAM,ventilation air methane）。瓦斯、乏风、涌水被统称为煤矿伴生能源。每年全国矿区中直接排放的瓦斯、乏风中蕴含的甲烷总量相当可观,涌水常年温度稳定,是良好的热源。但以往矿区对煤炭资源的开采,往往只专注于提升煤炭开采效率,对伴生能源只是简单排放,并未进行有效的回收利用或无害化处理,会带来严重的温室效应以及水资源浪费。随着科技水平的提高和环保意识的增强,原来矿区对煤炭资源的粗放开采方式已经不能符合当下能源绿色环保发展的要求。同时,现阶段用能形式也发生了较大变化,原有的单一能量网络已经不能满足日益多样化、个性化的用能需求,综合能源系统应运而生,综合能源系统能够耦合电、气、热、冷等异质能源,丰富了用能形式,提升了用能效率。而矿区能源产出形式多样,能源需求复杂,具有建设综合能源的优势,矿区综合能源系统急需开展深入研究。随着可再生能源渗透率的不断提高以及负荷侧用能灵活性的增强,如何在考虑源荷侧不确定性的条件下对综合能源系统进行运行优化,得到既满足系统运行安全要求又兼顾经济性与环保要求的调度策略是综合能源运行优化的关键。鲁棒优化方法考虑了在不确定性导致的“最恶劣”条件下系统的运行策略,因而得最优解具有较强的鲁棒性,特别是两阶段鲁棒优化是解决含有不确定性的优化问题的可行方法。本文首先分析了煤矿瓦斯、乏风、涌水等矿区伴生能源的赋存特点、抽排方式以及现阶段利用现状,并分析了矿区综合能源系统典型设备如瓦斯燃气轮机、乏风蓄热氧化装置、水源热泵、余热锅炉、吸收式制冷机等的运行特点同时对上述设备进行数学建模。其次,研究基于伴生能源利用的矿区综合能源系统拓扑结构,从异质能源的产出、传输、利用等环节出发,探究系统中发生的能量转移转化特点,介绍在系统中发生的物质流动和能量流动环节,在保证系统安全运行的基础上以系统从外部购买能源费用最小为优化目标进行运行优化,优化结果用以指导实际生产。最后,在考虑可再生能源出力波动、伴生能源产出不确定性以及负荷响应的基础上采用两阶段鲁棒优化对系统进行运行优化,建立min-max-min的优化模型,将优化问题分解为主问题和子问题,并采用列和约束生成算法对模型进行迭代求解。考虑系统在“最恶劣”情况下的运行情况,从而给出更为可靠的运行策略,并将运行策略与前述方案进行对比,结果表明所提运行策略具有良好的鲁棒性,能够最大限度的消纳由煤矿伴生能源,保证矿区综合能源系统安全、经济、绿色运行。

关键词：伴生能源;矿区综合能源系统;不确定性;两阶段鲁棒优化;列和约束生成算法

学科专业：电气工程（专业学位）

致谢

摘要

abstract

变量注释表

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外综合能源研究现状

1.3 国内外矿区伴生能源利用的研究现状

1.4 论文研究内容及意义

1.5 论文结构安排