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光伏发电技术 ★ 5.0

并网型风光储电解铝系统容量优化

Capacity Optimization of Grid-Connected Solar-Wind-Storage-Electrolytic Aluminum System

作者 Qunhai Huo · Xiaoqian Li · Qiran Liu · Huawei Deng · Wenyong Wang · Feng Xu
期刊 IEEE Transactions on Industry Applications
出版日期 2024年12月
技术分类 光伏发电技术
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 电解铝生产 可再生能源 双层优化模型 NSGA - II算法 节能减排
语言:

中文摘要

摘要:能源密集型产业消耗大量能源并排放大量二氧化碳,给环境保护带来了沉重负担。然而,这些产业向绿色低碳运营转型可能不足以应对全球气候变化和实现碳中和目标。为应对这一挑战,本文聚焦负荷型电解铝生产过程,构建了一个双层优化模型。其目标是优化光伏(PV)、风力发电机(WT)和储能系统的配置,以最大限度地提高铝生产中可再生能源的利用率。双层优化模型的外层旨在实现最大经济效益,内层则设定为确定最小储能配置容量。采用非支配排序遗传算法 II(NSGA-II)进行优化分析。此外,该模型考虑了电解铝的灵活可调性,将其视为可调节功率的负荷,以使生产过程的电力需求与可再生能源发电能力有效匹配。结果表明,所提出的优化模型不仅实现了可再生能源的高效就地消纳,还通过将电解铝作为可调节资源降低了投资成本,增强了系统应对可再生能源发电波动性的能力。这对电解铝生产过程中高比例利用可再生能源具有重要的实际意义。

English Abstract

Energy-intensive industries consume a considerable amount of energy and emit high levels of carbon dioxide, which places a significant burden on environmental protection. However, there is a possibility that the transformation of these industries into green and low-carbon operations may prove inadequate for addressing global climate change and achieving carbon neutrality goals. In order to address this challenge, this paper focuses on the load electrolytic aluminum production process and constructs a bi-level optimization model. The objective is to optimize the configuration of photovoltaic (PV), wind turbines (WT), and energy storage systems in order to maximize the utilization of renewable energy sources in aluminum production. The outer layer of the bi-level optimization model is designed to achieve maximum economic benefits, while the inner layer is set to identify the minimum energy storage configuration capacity. The Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm II (NSGA-II) is employed for the purpose of optimization analysis. Moreover, the model takes into account the flexible adjustability of electrolytic aluminum, treating it as a power-adjustable load in order to efficiently match the electricity demand of the production process with the generation capacity of renewable energy sources. The results demonstrate that the proposed optimization model not only achieves efficient local consumption of renewable energy but also reduces the investment cost and strengthens the capability of system to cope with the volatility of renewable energy generation by utilizing electrolytic aluminum as an adjustable resource. This has significant practical implications for the utilization of a high proportion of renewable energy in the electrolytic aluminum production process.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,该论文提出的"光伏-风电-储能-电解铝"系统容量优化模型具有重要的战略价值和实践意义。

首先,该研究为阳光电源拓展高耗能工业领域的新能源解决方案提供了理论支撑。电解铝行业作为典型的能源密集型产业,其负荷特性与新能源波动性的匹配一直是行业痛点。论文中将电解铝负荷视为可调节资源的创新思路,与阳光电源在源网荷储一体化方面的技术积累高度契合。这为公司开发面向工业负荷的智能调度系统和柔性控制策略提供了新方向,可有效降低储能系统的配置容量,提升整体经济性。

从产品层面分析,该模型采用的双层优化架构对阳光电源的储能系统集成能力提出了更高要求。外层追求经济效益最大化,内层寻求储能容量最小化,这需要更精准的能量管理系统(EMS)和先进的功率预测算法。阳光电源可基于此研究成果,优化其PowerTitan等储能产品的控制策略,提升系统在复杂工业场景下的适应性。

技术挑战方面,电解铝生产工艺对电能质量要求极高,新能源高比例接入可能引发电压波动和谐波污染问题,这对光伏逆变器的电能质量控制能力提出严格要求。同时,NSGA-II算法在大规模系统中的实时性和收敛性仍需工程验证。

市场机遇上,随着"双碳"目标推进,该技术方案可复制至电解氢、数据中心等其他高载能行业,为阳光电源开辟千亿级工业绿色转型市场,形成差异化竞争优势。