CN114298730B - 一种双碳目标下分散式热泵聚合方法及系统 - Google Patents
一种双碳目标下分散式热泵聚合方法及系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114298730B CN114298730B CN202111359195.5A CN202111359195A CN114298730B CN 114298730 B CN114298730 B CN 114298730B CN 202111359195 A CN202111359195 A CN 202111359195A CN 114298730 B CN114298730 B CN 114298730B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- aggregator
- user
- heat pump
- energy
- net present
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 30
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 title claims description 14
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 230000000379 polymerizing effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 claims description 29
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 claims description 26
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 8
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 5
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims description 5
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 2
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 claims 1
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 claims 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 abstract description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 abstract description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 17
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 17
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 8
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 3
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000001932 seasonal effect Effects 0.000 description 2
- 238000000342 Monte Carlo simulation Methods 0.000 description 1
- 230000004931 aggregating effect Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 1
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/70—Smart grids as climate change mitigation technology in the energy generation sector
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
- Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
- Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
- Y04S10/50—Systems or methods supporting the power network operation or management, involving a certain degree of interaction with the load-side end user applications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
- Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
- Y04S50/00—Market activities related to the operation of systems integrating technologies related to power network operation or related to communication or information technologies
- Y04S50/14—Marketing, i.e. market research and analysis, surveying, promotions, advertising, buyer profiling, customer management or rewards
Landscapes
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
Abstract
本发明提出了一种双碳目标下分散式热泵聚合方法及系统，涉及电力需求响应的技术领域。包括建立能量交易协议；根据交易协议，建立热泵的经济模型；在能量交易协议的框架下，根据经济模型判断聚合商和用户的期望净现值是否符合经济模型中的预设内容；根据经济模型的预设内容，建立热泵输出冷热能量的定价模型。其能够加速替代化石燃料或低效的供能设备，直接减少碳排放，通过帮助电力系统运营商消纳更多的可再生能源，间接减少碳排放。
Description
技术领域
本发明涉及电力需求响应的技术领域，具体而言，涉及一种双碳目标下分散式热泵聚合方法及系统。
背景技术
近年来，无论是在效率方面还是在寒冷天气制热能力方面，热泵技术有了长足的进步，与此同时，在能源转换和发电厂效率提高的推动下，世界各地电力温室气体强度逐步下降。随着技术的进步，在供冷或供热过程中，热泵有潜力减少一半或更多的碳排放。尽管热泵在许多情况下都能减少碳排放，但该项技术的广泛应用仍面临着一些障碍。热泵的全寿命周期成本并不总能与现有技术竞争，如天然气锅炉和中央空调，即使热泵的全寿命周期成本具有竞争力，但采购，安装的初始非能量成本给用户带来了沉重的经济压力。
如今，大多数热泵的交易都相对简单。在这种模式下，热泵商家从制造商那里购买热泵，并将其安装在用户所在的建筑中。用户向热泵商家支付初始费用，包括热泵、安装部件、人工、以及热泵商家的日常管理费和利润等非能量成本。在热泵的全寿命周期里，用户拥有热泵的所有权，并根据需求自主调控热泵，同时支付任何必要的维护费用并以电力零售价格购买热泵消耗的电力。双碳目标下，增强热泵的经济性，促进热泵技术的推广应用，降低碳排放。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双碳目标下分散式热泵聚合方法，其能够加速替代化石燃料或低效的供能设备，直接减少碳排放，通过帮助电力系统运营商消纳更多的可再生能源，间接减少碳排放。
本发明的实施例是这样实现的：
第一方面，本申请实施例提供一种双碳目标下分散式热泵聚合方法，其包括建立能量交易协议；根据交易协议，建立热泵的经济模型；在能量交易协议的框架下，根据经济模型判断聚合商和用户的期望净现值是否符合经济模型中的预设内容；根据经济模型的预设内容，建立热泵输出冷热能量的定价模型。
在本发明的一些实施例中，能量交易协议包括：若用户未投资用能设备，用能设备由聚合商投资并由聚合商托管，约定第一合同期限，在用能设备安装后，在第一合同期限内，用户向聚合商支付第一预设费用；若用户、聚合商共同进行用能设备的投资，并由聚合商托管，约定第二合同期限，在用能设备安装后，在第二合同期限内，用户向聚合商支付第二预设费用；当能量购买协议约定的第一合同期限或第二合同期限结束时，用能设备的所有权转移给用户。
在本发明的一些实施例中，经济模型包括：
传统净现值成本Y：
聚合净现值成本W：
其中k为热泵生命周期的每个时段，k为热泵生命周期时段总数，πh(k)为从聚合商购买热量的价格，πc(k)为从聚合商购买冷量的价格，su是用户所获得的补贴；cu指用户支付的热泵初始费用，ρ是用户对未来现金流的折现率，vk为周期K后热泵的残值；Qh(k)为用户的热负荷；Qc(k)为用户的冷负荷；ηh(k)为热泵供暖COP值，ηc(k)为热泵供冷COP值，c为传统模式下用户初始投资成本，s为传统模式下用户所获得的补贴，m(k)为传统模式下用户支付的维护费用，π(k)为传统模式下热泵消耗电力的价格；
用户实际净现值vu：
其中，热量价格πh＝(πh(1),...,πh(K))∈RK；冷量价格πc＝(πc(1),...,πc(K))∈RK；
聚合商实际净现值va：
其中ca为聚合商的初始投资成本，πa(k)为聚合商购买热泵消耗电力的价格；ma(k)为聚合商支付的维修费用；r(k)为辅助服务市场获得的收入；sa是聚合商获得的初始补贴，ρa是聚合商对未来现金流的折现率；
用户和聚合商期望净现值为：
其中x＝(πh,πc,cu)∈R2K+1；Evu(x)为用户期望净现值；Eva(x)为聚合商期望净现值；表示相应参数的期望值，具体如下：
上限U∈R和下限L∈U分别为：
系数向量au∈R2K+1以及aa∈R2K+1分别为：
在本发明的一些实施例中，在能量交易协议的框架下，根据经济模型判断聚合商和用户的期望净现值是否符合经济模型中的预设内容的步骤包括：
如果Evu(x)≥0,Eva(x)≥0；则用户和聚合商符合预期；
在本发明的一些实施例中，还包括建立用户和聚合商的总净现值模型；
用户和聚合商的总净现值为v：
在本发明的一些实施例中，总净现值模型包括最初购置成本、运维费用、购买电力费用和辅助服务收入带来的效益；
最初购置成本效益v1为：v1＝c-s-(ca-su-sa)；
运维费用效益v2为：
购买电力费用效益v3为：
辅助服务收入效益v4为：
在本发明的一些实施例中，建立热泵输出冷热能量的定价模型的步骤包括：
如果ρ＝ρa；则用户和聚合商符合预期。
定价模型方程组为：
其中，θ为用户分享总收益的比例；β为相邻时段价格增涨速率，γ为冷/热能量价格比例系数；
输入:cu∈R，θ∈[0,1]，β≥0，γ≥0
若则用户和聚合商符合预期；通过求解定价模型方程组获得冷/热能量价格。
若则用户和聚合商不符合预期，该聚合方法不适用。
第二方面，本申请实施例提供一种双碳目标下分散式热泵聚合系统，其包括协议建立模块，用于建立能量交易协议；预处理模型建立模块，用于根据交易协议，建立热泵的经济模型；判断模块，用于在能量交易协议的框架下，根据经济模型判断聚合商和用户的期望净现值是否符合经济模型中的预设内容；定价模块，用于根据经济模型的预设内容，建立热泵输出冷热能量的定价模型。
第三方面，本申请实施例提供一种电子设备，其包括至少一个处理器、至少一个存储器和数据总线；其中：处理器与存储器通过数据总线完成相互间的通信；存储器存储有可被处理器执行的程序指令，处理器调用程序指令以执行上述方法。
第四方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项的方法。
相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：
本发明公开了一种双碳目标下分散式热泵聚合方法，在碳达峰碳中和背景下，本发明可加速替代化石燃料或低效的供能设备，直接减少碳排放，通过帮助电力系统运营商消纳更多的可再生能源，间接减少碳排放。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明中一种双碳目标下分散式热泵聚合方法的流程示意图；
图2为本发明中聚合方法下收益示意图；
图3为本发明中聚合方法收益的分解示意图；
图4为本发明中热泵用户现金流的示意图；
图5为本发明中热泵聚合商现金流的示意图；
图6为本发明中冷/热能量价格示意图；
图7为本发明中一种双碳目标下分散式热泵聚合系统的流程示意图；
图8为本发明中一种电子设备的结构示意图。
图标：1、协议建立模块；2、预处理模型建立模块；3、判断模块；4、定价模块；5、处理器；6、存储器；7、数据总线。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的各个实施例及实施例中的各个特征可以相互组合。
实施例1
请参阅图1，为本申请实施例提供的一种双碳目标下分散式热泵聚合方法，包括
S101：建立能量交易协议；
对于协议的建立明确用户和聚合商户之间的合同关系以及拥有的权利；
S102：根据交易协议，建立热泵的经济模型；
为了方便进行与热泵传统商业模式的比较，建立经济模型从而计算差值；
S103：在能量交易协议的框架下，根据经济模型判断聚合商和用户的期望净现值是否符合经济模型中的预设内容；
利用建立的模型计算收益，从而符合用户以及聚合商共同利益；
S104：根据经济模型的预设内容，建立热泵输出冷热能量的定价模型。
由共同利益的判断结果通过定价模型确定定价。
在本发明的一些实施例中，能量交易协议包括：若用户未投资用能设备，用能设备由聚合商投资并由聚合商托管，约定第一合同期限，在用能设备安装后，在第一合同期限内，用户向聚合商支付第一预设费用；若用户、聚合商共同进行用能设备的投资，并由聚合商托管，约定第二合同期限，在用能设备安装后，在第二合同期限内，用户向聚合商支付第二预设费用；当能量购买协议约定的第一合同期限或第二合同期限结束时，用能设备的所有权转移给用户。
在本发明的一些实施例中，本申请以用户和聚合商之间的能量购买协议为中心。在聚合方法下，主要分为用户是否参与热泵用能设备的投资从而进行设定。其中无论用户是否参与投资，均由聚合商进行托管，其目的在于方便进行能量交易的统一规划，在能量购买协议的合同期限内，用户根据需求获取相应的能量，并向聚合商支付相应费用，而聚合商通过调控用能设备运行来满足其能量需求。聚合商购买用能设备消耗的电力，并支付任何必要的维护费用，聚合商还在电力系统辅助服务市场销售其聚合负荷的灵活性，当能量购买协议合同期限结束时，用能设备的所有权转移给用户。
在本发明的一些实施例中，根据交易协议，建立热泵的经济模型的步骤包括：
在传统商业模式中，用户需要支付热泵的设备费用，安装费用，维护费用以及热泵消耗的电力费用，另外假设用户还可以获得一些节能设备初始补贴。传统商业模式的热泵商业模式为与聚合商业模式的对比提供了一个参考基准。
传统净现值成本Y：
其中k为热泵生命周期的每个时段，K为热泵生命周期时段总数，πh(k)为从聚合商购买热量的价格，πc(k)为从聚合商购买冷量的价格，su是用户所获得的补贴；cu指用户支付的热泵初始费用，ρ是用户对未来现金流的折现率，vk为周期K后热泵的残值；Qh(k)为用户的热负荷；Qc(k)为用户的冷负荷；ηh(k)为热泵供暖COP值，ηc(k)为热泵供冷COP值，c为传统模式下用户初始投资成本，s为传统模式下用户所获得的补贴，m(k)为传统模式下用户支付的维护费用，π(k)为传统模式下热泵消耗电力的价格；
在聚合方法下，用户可以向聚合商支付热泵的部分初始投资成本cu，或不进行热泵的初始投入，在热泵生命周期的每个时段k，用户分别以πh(k)和πc(k)的价格从聚合商购买热量和冷量。考虑到用户的初始成本降低，聚合方法下的热量和冷量价格通常会高于传统商业模式下的热量和冷量价格。
聚合净现值成本W：
对用户来说，聚合方法下的净现值是用户在传统商业模式下的净现值成本与在聚合下的净现值成本之间的差额，可以表示为用户实际净现值vu：
其中，热量价格πh＝(πh(1),...,πh(K))∈RK；冷量价格πc＝(πc(1),...,πc(K))∈RK；
从聚合商的角度来看，热泵的初始投入包括购置和安装热泵的初始费用ca以及从用户那里获得的初始支付cu。在热泵生命周期的每个时段k，聚合商以πa(k)的价格购买热泵消耗的电力，以πh(k)和πc(k)的价格将热量和冷量销售给用户，支付维修费用ma(k)，并在辅助服务市场获得收入r(k)，由此聚合商实际净现值va为：
其中ca为聚合商的初始投资成本，πa(k)为聚合商购买热泵消耗电力的价格；ma(k)为聚合商支付的维修费用；r(k)为辅助服务市场获得的收入；sa是聚合商获得的初始补贴，ρa是聚合商对未来现金流的折现率；
并且用户和聚合商在聚合下的净现值可以写成更简洁的形式为：
其中，x＝(πh,πc,cu)∈R2K+1，上限U∈R和下限L∈R分别为：+
系数向量au∈R2K+1以及aa∈R2K+1分别为：
一般来说，冷/热负荷及电价等输入变量并不是事先确切知道的，为了反映输入数据的不确定性，本发明将U和L视为随机变量，au和aa视为随机向量，分别表示它们的期望值。因此，用户和聚合商在聚合下的期望净现值可以表示为：
用户和聚合商期望净现值为：
其中E表示期望算子。
在本发明的一些实施例中，在所述能量交易协议的框架下，根据所述经济模型判断聚合商和用户的期望净现值是否符合所述经济模型中的预设内容的步骤包括：
如果Evu(x)≥0,Eva(x)≥0；则用户和聚合商符合预期；
如果ρ＝ρa；则用户和聚合商符合预期。
其中对于用户和商户的预期计算旨在让双方达成互利互惠交易。
假设用户和聚合商以相同的利率折现未来的现金流：ρ＝ρa。
那么当且仅当x满足以下条件时，(1)(2)/> 用户和聚合商是互利互惠的；
此时，用户和聚合商的期望净现值分别为：
证明：
如果ρ＝ρa，则根据Evu(x)≥0,Eva(x)≥0；可进行如下公式推导：
以上证明了条件(1)和(2)的必要性，同时
即证明了条件(1)和(2)的充分性。另外可得，
表明聚合下用户和聚合商的总期望净现值为在θ＝1的极限场景下，用户获得所有的收益值，即/>Eva(x)＝0；在θ＝0的极限场景下，聚合商获得所有的收益值，即/>Evu(x)＝0；当θ∈(0,1)时，用户获得总期望净现值的100θ％，剩余的为聚合商的收益。因此，参数θ∈[0,1]可以解释为用户在总期望净现值中所占的份额。
在本发明的一些实施例中，还包括建立用户和聚合商的总净现值模型；用户和聚合商的总净现值为v：
其中所述总净现值模型包括最初购置成本、运维费用、购买电力费用和辅助服务收入带来的效益；
所述最初购置成本效益v1为：v1＝c-s-(ca-su-sa)；
所述运维费用效益v2为：
所述购买电力费用效益v3为：
所述辅助服务收入效益v4为：
用户和聚合商的总净现值可以看作是聚合下，集合用户和聚合商的总收益，可以在用户和聚合商之间分享。重要的是，总收益包括了传统商业模式下购置热泵以及热泵安装、运维中商家的利润，即，在传统商业模式下，用户支付的热泵初始费用c，不仅包括设备费用和安装费用，还包括商家的利润，而聚合下，聚合商购置和安装热泵的初始费用ca，不包括聚合商的任何利润。同样，用户的运维费用m(k)包含了运维商家的利润，而聚合商的运维费用ma(k)不包含任何利润。因此，传统商业模式下购置热泵以及热泵安装和运维方面的利润越高，聚合下用户和聚合商的总收益越大。聚合商可以通过规模经济增加更多的价值，通过批量购置热泵或专门生产热泵来减少ca，从而增加第一个和第二个组成部分。
第三和第四个组成部分代表了聚合固有的聚合机制所创造的真正的新价值。这种价值来自于聚合商通过聚合热泵能够进入电力批发市场和辅助服务市场。通过以批发价格而不是零售价格购买电能，聚合商可以显著降低电力成本。类似地，聚合商通过进入辅助服务市场提供了新的收入来源，而没有聚合商的单个热泵无法获得这种收入来源。
在本发明的一些实施例中，建立热泵输出冷热能量的定价模型的步骤包括：
如果ρ＝ρa；则用户和聚合商符合预期。
定价模型方程组为：
其中，θ为用户分享总收益的比例；β为相邻时段价格增涨速率，γ为冷/热能量价格比例系数；
输入: cu∈R，θ∈[0,1]，β≥0，γ≥0；其中，β为相邻时段价格增涨速率，γ为冷/热能量价格比例系数。
若则用户和聚合商符合预期；通过求解定价模型方程组获得冷/热能量价格。
若则用户和聚合商不符合预期，该聚合方法不适用。
其中依然以Εvu(x)≥0,Eva(x)≥0，用户和聚合商以相同的利率折现未来的现金流：ρ＝ρa；通过求解得到冷热能量价格。
这是一个线性方程有2K+1个未知变量，所以它有无穷多个解。将cu视为固定参数，然后确定冷热能量价格还需要2K-1个独立方程。本发明将相邻时段的价格通过价格增涨速率β相关联，代表通货膨胀等因素，可得到2K-2个独立方程。
πh(k+1)＝(1+β)πh(k),k＝1,…K-1
πc(k+1)＝(1+β)πc(k),k＝1,…K-1
确定冷热能量价格还需要一个独立的等式。最后本发明将冷/热能量价格通过比例系数γ关联起来，可得到下式所示K个方程。
πh(k)＝γπc(k),k＝1,…K
显然，这K个方程中的任意K-1个与上述2K-2个方程是线性相关的，所以任选其一就能满足方程组求解条件。因此，一个完全确定的冷热能量定价方程组为：
输入：cu∈R,θ∈[0,1],β≥0,γ≥0；
若通过求解定价模型方程组获得冷/热能量价格。
在本发明的一些实施例中，以一个典型家庭用户为例，进行多次蒙特卡洛分析，研究时段为12年，时间步长为1年。该家庭住房面积约为80平方米，年冷/热能量需求量分别为3600kWh和3450kWh，其中热泵季节供暖COP值波动范围为[2.6,2.9]，季节供冷COP值波动范围为[3.7,4.3]，传统商业模式下，热泵初始投资成本波动范围为[24000,27000]元，初始补贴为500元，热泵全寿命周期的第4和第8年需要进行运行维护，每次运维费用波动范围为[1500,2100]元，其中初始投资成本和运维费用利润率波动范围为[15％,20％]。初始时段电力零售市场价格为0.84元/kWh，批发市场价格波动范围为[0.52,0.71]元/kWh，年通货膨胀率为1％，年辅助服务收入波动范围为[150,450]元，另外设置聚合下用户初始投入费用cu＝0，冷/热能量价格比例γ＝1，年通货膨胀率为1％，用户和聚合商折现未来现金流的利率ρ＝ρa＝10％。
请参照图2，图2给出了多次蒙特卡洛模拟后总收益的直方图。在模拟场景中，总收益都在7750元以上，证明了聚合使得用户和聚合商是互惠互利的。
请参照图3，图3将图2中样本平均总收益分解为三个部分，其中传统商业模式下商家利润为初始购置成本和运维费用之和，即将初始购置成本和运维费用完全视为商家在传统商业模式下通过销售、安装和运维所获得的利润。现实中，聚合商可能会通过规模经济或其他方式降低热泵初始成本和运维费用，但本发明不考虑这些影响因素。
另外在图3中，传统商业模式下的商家利润、购电费用的削减和辅助服务收入分别占平均总收益的47％、33％和20％。如图3所示，聚合增加的新价值大于传统商业模式下的商家利润，大约60％的新价值来自于通过电力批发市场购买电力费用的削减和辅助服务收入。这一结果可能会引起热泵商家的兴趣，因为聚合可进一步挖掘热泵的价值，创造新的利润增长点。
请参考图4和图5；显示了用户和聚合商在不同时段样本平均折现现金流(橙色条)，以及现金流的累计总和(蓝色曲线)。蓝色曲线的最终值是用户和聚合商在聚合下的净现值；在本案例研究中，设置用户的净现值为零，而聚合商获得了全部总收益，即θ＝0，其中，对于用户来说，初始时段的现金流是相对于传统商业模式避免的热泵初始费用(包括设备费用和安装费用)，在本案例研究中约为21390元，而聚合商的初始投资约为16190元，用于采购和安装热泵，聚合商通过出售冷/热能量和辅助服务大约在六年之后实现了收支平衡，并最终获得全部收益。
用户和聚合商如何分享总收益取决于冷/热能量的定价方式，图6给出了不同时段的冷/热能量价格。
实施例2
请参照图7，为本发明提供的一种双碳目标下分散式热泵聚合系统，包括协议建立模块1，用于建立能量交易协议；预处理模型建立模块2，用于根据交易协议，建立热泵的经济模型；判断模块3，用于在能量交易协议的框架下，根据经济模型判断聚合商和用户的期望净现值是否符合经济模型中的预设内容；定价模块4，用于根据经济模型的预设内容，建立热泵输出冷热能量的定价模型。
实施例3
请参照图8，为本发明提供的一种电子设备，包括至少一个处理器5、至少一个存储器6和数据总线7；其中：所述处理器5与所述存储器6通过所述数据总线7完成相互间的通信；所述存储器6存储有可被所述处理器5执行的程序指令，所述处理器5调用所述程序指令以执行一种双碳目标下分散式热泵聚合方法。例如实现：
建立能量交易协议；根据交易协议，建立热泵的经济模型；在能量交易协议的框架下，根据经济模型判断聚合商和用户的期望净现值是否符合经济模型中的预设内容；根据经济模型的预设内容，建立热泵输出冷热能量的定价模型。
实施例4
为本发明提供的一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器5执行时实现一种双碳目标下分散式热泵聚合方法。例如实现：
建立能量交易协议；根据交易协议，建立热泵的经济模型；在能量交易协议的框架下，根据经济模型判断聚合商和用户的期望净现值是否符合经济模型中的预设内容；根据经济模型的预设内容，建立热泵输出冷热能量的定价模型。
其中，存储器6可以是但不限于，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-OnlyMemory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)等。
处理器5可以是一种集成电路芯片，具有信号处理能力。该处理器5可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (9)
1.一种双碳目标下分散式热泵聚合方法，其特征在于，包括：
建立能量交易协议；
根据所述交易协议，建立热泵的经济模型；
在所述能量交易协议的框架下，根据所述经济模型判断聚合商和用户的期望净现值是否符合所述经济模型中的预设内容；
根据所述经济模型的预设内容，建立热泵输出冷热能量的定价模型；
所述经济模型包括：
传统净现值成本Y：
聚合净现值成本W：
其中k为热泵生命周期的每个时段，K为热泵生命周期时段总数，πh(k)为从聚合商购买热量的价格，πc(k)为从聚合商购买冷量的价格，su是用户所获得的补贴；cu指用户支付的热泵初始费用，ρ是用户对未来现金流的折现率，vK为周期K后热泵的残值；Qh(k)为用户的热负荷；Qc(k)为用户的冷负荷；ηh(k)为热泵供暖COP值，ηc(k)为热泵供冷COP值，c为传统模式下用户初始投资成本，s为传统模式下用户所获得的补贴，m(k)为传统模式下用户支付的维护费用，π(k)为传统模式下热泵消耗电力的价格；
用户实际净现值vu：
其中，热量价格πh＝(πh(1),...,πh(K))∈RK；冷量价格πc＝(πc(1),...,πc(K))∈RK；
聚合商实际净现值va：
其中ca为聚合商的初始投资成本，πa(k)为聚合商购买热泵消耗电力的价格；ma(k)为聚合商支付的维修费用；r(k)为辅助服务市场获得的收入；sa是聚合商获得的初始补贴，ρx是聚合商对未来现金流的折现率；
将上述公式进行整理并化简可得，用户和聚合商期望净现值为：
其中x＝(πh,πc,cu)∈R2K+1；Evu(x)为用户期望净现值；Eva(x)为聚合商期望净现值；表示相应参数的期望值，具体如下：
上限U∈R和下限L∈R分别为：
系数向量au∈R2K+1以及aa∈R2K+1分别为：
2.如权利要求1所述的一种双碳目标下分散式热泵聚合方法，其特征在于，所述能量交易协议包括：
若用户不参与用能设备投资，所述用能设备由聚合商投资并由所述聚合商托管，所述用户向所述聚合商购买所需能量，约定第一合同期限，在所述用能设备安装后，在所述第一合同期限内，所述用户向所述聚合商支付第一预设费用；
若用户、聚合商共同进行用能设备的投资，并由所述聚合商托管，用户向所述聚合商购买所需能量，约定第二合同期限，在所述用能设备安装后，在所述第二合同期限内，所述用户向所述聚合商支付第二预设费用；
当能量交易协议约定的第一合同期限或第二合同期限结束时，所述用能设备的所有权转移给用户。
3.如权利要求1所述的一种双碳目标下分散式热泵聚合方法，其特征在于，在所述能量交易协议的框架下，根据所述经济模型判断聚合商和用户的期望净现值是否符合所述经济模型中的预设内容的步骤包括：
如果Evu(x)≥0,Eva(x)≥0；则用户和聚合商符合预期。
4.如权利要求1所述的一种双碳目标下分散式热泵聚合方法，其特征在于，还包括建立用户和聚合商的总净现值模型；
用户和聚合商的总净现值为v：
5.如权利要求4所述的一种双碳目标下分散式热泵聚合方法，其特征在于，所述总净现值模型包括最初购置成本效益v1、运维费用效益v2、购买电力费用效益v3和辅助服务收入效益v4；
最初购置成本效益v1为：v1＝c-s-(ca-su-sa)；
运维费用效益v2为：
购买电力费用效益v3为：
辅助服务收入效益v4为：
6.如权利要求5所述的一种双碳目标下分散式热泵聚合方法，其特征在于，建立热泵输出冷热能量的定价模型的步骤包括：
如果ρ＝ρa；则用户和聚合商符合预期；
定价模型方程组为：
其中，θ为用户分享总收益的比例；β为相邻时段价格增涨速率，γ为冷/热能量价格比例系数；
输入:cu∈R，θ∈[0,1]，β≥0，γ≥0
若则用户和聚合商符合预期；通过求解定价模型方程组获得冷/热能量价格；
若则用户和聚合商不符合预期。
7.一种双碳目标下分散式热泵聚合系统，其特征在于，包括：
协议建立模块，用于建立能量交易协议；
预处理模型建立模块，用于根据所述交易协议，建立热泵的经济模型；所述经济模型包括：传统净现值成本Y： 聚合净现值成本W：/>其中k为热泵生命周期的每个时段，K为热泵生命周期时段总数，πh(k)为从聚合商购买热量的价格，πc(k)为从聚合商购买冷量的价格，su是用户所获得的补贴；cu指用户支付的热泵初始费用，ρ是用户对未来现金流的折现率，vK为周期K后热泵的残值；Qh(k)为用户的热负荷；Qc(k)为用户的冷负荷；ηh(k)为热泵供暖COP值，ηc(k)为热泵供冷COP值，c为传统模式下用户初始投资成本，s为传统模式下用户所获得的补贴，m(k)为传统模式下用户支付的维护费用，π(k)为传统模式下热泵消耗电力的价格；用户实际净现值vu：
其中，热量价格πh＝(πh(1),...,πh(K))∈RK；冷量价格πc＝(πc(1),...,πc(K))∈RK；聚合商实际净现值va：/> 其中ca为聚合商的初始投资成本，πa(k)为聚合商购买热泵消耗电力的价格；ma(k)为聚合商支付的维修费用；r(k)为辅助服务市场获得的收入；sa是聚合商获得的初始补贴，ρa是聚合商对未来现金流的折现率；将上述公式进行整理并化简可得，用户和聚合商期望净现值为：其中x＝(πh,πc,cu)∈R2K+1；Evu(x)为用户期望净现值；Eva(x)为聚合商期望净现值；/>表示相应参数的期望值，具体如下：上限U∈R和下限L∈R分别为：/> 系数向量au∈R2K+1以及aa∈R2K+1分别为：/>
判断模块，用于在所述能量交易协议的框架下，根据所述经济模型判断聚合商和用户的期望净现值是否符合所述经济模型中的预设内容；
定价模块，用于根据所述经济模型的预设内容，建立热泵输出冷热能量的定价模型。
8.一种电子设备，其特征在于，包括至少一个处理器、至少一个存储器和数据总线；其中：所述处理器与所述存储器通过所述数据总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令以执行如权利要求1-6任一所述的方法。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-6中任一项所述的方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111359195.5A CN114298730B (zh) | 2021-11-17 | 2021-11-17 | 一种双碳目标下分散式热泵聚合方法及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111359195.5A CN114298730B (zh) | 2021-11-17 | 2021-11-17 | 一种双碳目标下分散式热泵聚合方法及系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114298730A CN114298730A (zh) | 2022-04-08 |
| CN114298730B true CN114298730B (zh) | 2024-04-26 |
Family
ID=80965034
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111359195.5A Active CN114298730B (zh) | 2021-11-17 | 2021-11-17 | 一种双碳目标下分散式热泵聚合方法及系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114298730B (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111951122A (zh) * | 2020-07-31 | 2020-11-17 | 国网安徽综合能源服务有限公司 | 一种基于蓄热式电采暖负荷参与的市场化交易方法及系统 |
| CN112116150A (zh) * | 2020-09-17 | 2020-12-22 | 河北工业大学 | 一种负荷聚合商参与蓄热式电采暖电力市场调节方法 |
| CN112180741A (zh) * | 2020-10-30 | 2021-01-05 | 合肥工业大学 | 一种负荷聚合商参与的综合需求响应方法及系统 |
| CN112488829A (zh) * | 2020-11-06 | 2021-03-12 | 北京科东电力控制系统有限责任公司 | 一种基于电力交易平台的电动汽车聚合交易价值评估方法 |
| CN113222465A (zh) * | 2021-06-01 | 2021-08-06 | 昆明理工大学 | 一种计及碳-绿色证书交易机制的综合能源系统优化运行方法 |
| CN113592200A (zh) * | 2021-08-30 | 2021-11-02 | 东北大学 | 一种含水源热泵的区域综合能源系统低碳优化运行方法 |
-
2021
- 2021-11-17 CN CN202111359195.5A patent/CN114298730B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111951122A (zh) * | 2020-07-31 | 2020-11-17 | 国网安徽综合能源服务有限公司 | 一种基于蓄热式电采暖负荷参与的市场化交易方法及系统 |
| CN112116150A (zh) * | 2020-09-17 | 2020-12-22 | 河北工业大学 | 一种负荷聚合商参与蓄热式电采暖电力市场调节方法 |
| CN112180741A (zh) * | 2020-10-30 | 2021-01-05 | 合肥工业大学 | 一种负荷聚合商参与的综合需求响应方法及系统 |
| CN112488829A (zh) * | 2020-11-06 | 2021-03-12 | 北京科东电力控制系统有限责任公司 | 一种基于电力交易平台的电动汽车聚合交易价值评估方法 |
| CN113222465A (zh) * | 2021-06-01 | 2021-08-06 | 昆明理工大学 | 一种计及碳-绿色证书交易机制的综合能源系统优化运行方法 |
| CN113592200A (zh) * | 2021-08-30 | 2021-11-02 | 东北大学 | 一种含水源热泵的区域综合能源系统低碳优化运行方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 电力辅助服务市场下电采暖促进风电消纳的经济性分析;严干贵;杨玉龙;;全球能源互联网;20190523(03);全文 * |
| 电热泵负荷等值热力学建模及控制策略评估;范孟华;王丹;张家安;戚野白;刘宁;卫文婷;;电力系统及其自动化学报(04);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114298730A (zh) | 2022-04-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Davatgaran et al. | Smart distribution system management considering electrical and thermal demand response of energy hubs | |
| Neves et al. | Peer-to-peer energy trading potential: An assessment for the residential sector under different technology and tariff availabilities | |
| Wang et al. | Integrated demand response in district electricity-heating network considering double auction retail energy market based on demand-side energy stations | |
| Casalicchio et al. | From investment optimization to fair benefit distribution in renewable energy community modelling | |
| US8315912B2 (en) | Integrated solar agent business model | |
| US9134353B2 (en) | Comfort-driven optimization of electric grid utilization | |
| Luo et al. | Distributed peer-to-peer energy trading based on game theory in a community microgrid considering ownership complexity of distributed energy resources | |
| US20100217642A1 (en) | System and method for single-action energy resource scheduling and participation in energy-related securities | |
| US20080195561A1 (en) | Systems and methods for providing renewable power systems by aggregate cost and usage | |
| US20120323635A1 (en) | Methods of Processing Information in Solar Energy System | |
| US20120150707A1 (en) | Systems and methods for providing energy efficient building equipment and services | |
| Chen et al. | Electricity demand response schemes in China: Pilot study and future outlook | |
| US20090132360A1 (en) | Platform / method for evaluating, aggregating and placing of renewable energy generating assets | |
| Harb et al. | MIP approach for designing heating systems in residential buildings and neighbourhoods | |
| Somasundaram et al. | Reference guide for a transaction-based building controls framework | |
| Görgülü et al. | Peer-to-peer energy trading among smart homes considering responsive demand and interactive visual interface for monitoring | |
| Heo et al. | Development of operator-oriented peer-to-peer energy trading model for integration into the existing distribution system | |
| JP2015158750A (ja) | 電源運用計画策定装置、方法及びプログラム | |
| CN112132309B (zh) | 可再生能源发电配额制下售电公司购售电优化方法和系统 | |
| Nykyri et al. | Blockchain-based balance settlement ledger for energy communities in open electricity markets | |
| Syu et al. | Call auction-based energy management system with adaptive subsidy and dynamic operating reserve | |
| Frick et al. | Time-sensitive value of efficiency: use cases in electricity sector planning and programs | |
| CN114298730B (zh) | 一种双碳目标下分散式热泵聚合方法及系统 | |
| Petek | Assessing California’s Climate Policies—Electricity Generation | |
| CN112288242B (zh) | 一种基于闲置量聚合的分布式能源共享服务资源匹配方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |