GAMS用戶案例：基于云端的能源供需網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化及投資決策

時(shí)間：2024-09-10作者：北京天演融智軟件有限公司瀏覽：207

GAMS用戶案例：基于云端的能源供需網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和投資決策



背景




在不斷變化的環(huán)境中，電力供應(yīng)商在匹配供需時(shí)面臨著多重挑戰(zhàn)。除了利用現(xiàn)有的需求預(yù)測來優(yōu)化當(dāng)前電廠的運(yùn)營和能源交易，以確保可以提供適量的電力和熱力之外，還存在其他挑戰(zhàn)。其中包括政治和生態(tài)發(fā)展，要求從化石初級能源轉(zhuǎn)向可再生的綠色能源，如風(fēng)能、太陽能、氫能等。此外，儲能在平衡幾種綠色能源的既定供應(yīng)變化方面也發(fā)揮著越來越重要的作用。

為了規(guī)劃現(xiàn)有供電網(wǎng)絡(luò)的較佳運(yùn)行模式，以及評估涉及新設(shè)施的方案，考慮到所有相關(guān)約束和參數(shù)就變得至關(guān)重要。一般來說，這些方面主要是技術(shù)、工程、金融和政治的。這樣的規(guī)劃場景需要對所有相關(guān)因素進(jìn)行詳細(xì)建模，這就要求一個(gè)全面的數(shù)學(xué)優(yōu)化模型。

解決方案

基于其創(chuàng)始人在多個(gè)成功項(xiàng)目中積累的長期經(jīng)驗(yàn)，ENOSYS建立了EIP能源投資規(guī)劃方案，幫助電力供應(yīng)商等能源供應(yīng)商優(yōu)化流程和資源，從而在滿足約束的同時(shí)實(shí)現(xiàn)利潤較大化。這是通過應(yīng)用較**的數(shù)學(xué)建模和優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)的，從而做出與戰(zhàn)術(shù)規(guī)劃和戰(zhàn)略投資有關(guān)的明智決策。

EIP能源投資規(guī)劃是基于靈活的數(shù)學(xué)優(yōu)化模型，它是通過GAMS軟件來運(yùn)行的。

它可以根據(jù)用戶輸入的數(shù)據(jù)，生成線性(linear program, LP)或混合整數(shù)線性(mixed-integer linear program, MILP)數(shù)學(xué)優(yōu)化模型并求解，目標(biāo)是在給定的收入和成本結(jié)構(gòu)下，在整個(gè)規(guī)劃范圍內(nèi)使總利潤較大化。它在考慮CO2排放限制、設(shè)施年啟動(dòng)或運(yùn)行小時(shí)數(shù)、較低供熱量、一次和二次能源價(jià)格、新設(shè)施的投資成本和補(bǔ)貼等現(xiàn)有約束條件的情況下，生成的GAMS模型以動(dòng)態(tài)適應(yīng)所提供的數(shù)據(jù)，使模型復(fù)雜度達(dá)到合適的水平。


圖1：EIP能源投資規(guī)劃圖形用戶界面




用戶界面

在上面的視頻中，圖形化、交互式、基于web的用戶界面中，用戶可以通過直觀地在畫布上放置和連接組件來定義各自能源網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，然后填寫具有所需參數(shù)的表格，而*深入研究數(shù)學(xué)公式的細(xì)節(jié)。

優(yōu)化結(jié)果會以圖形和表格的形式呈現(xiàn)，而且可以方便地導(dǎo)出以進(jìn)行進(jìn)一步處理和報(bào)告(圖2和3)。此外，在解決方案視圖中，可以在交互式GUI中對各種場景進(jìn)行比較，以便輕松進(jìn)行假設(shè)分析(圖4)。需要注意的是，雖然目前更多的語言版本正在開發(fā)中，但用戶界面目前僅提供德語版本。



圖2：年熱電聯(lián)產(chǎn)及使用情況(示例)



圖3：發(fā)電量及用電量報(bào)告(示例)



圖4：比較三種場景的成本和收入(示例)

優(yōu)化模型復(fù)雜性

作為能源行業(yè)各種規(guī)劃應(yīng)用的工具，EIP能源投資規(guī)劃師需要做好準(zhǔn)備，適應(yīng)各種模型大小和復(fù)雜性。這就包括規(guī)劃一個(gè)相對簡單的抽水蓄能水電站，這里僅需要調(diào)用兩種資源運(yùn)行四個(gè)進(jìn)程，到具有多種發(fā)電選擇的電力和熱網(wǎng)，排放控制等。后者可以很*地處理十幾個(gè)進(jìn)程和5種及以上的資源，當(dāng)面對建模較復(fù)雜的約束(如綠色能源配額、h2 -電解等)時(shí)，還可以進(jìn)一步增加進(jìn)程。

某些技術(shù)或業(yè)務(wù)約束將直接影響模型的復(fù)雜性: 例如，運(yùn)行較大啟動(dòng)次數(shù)將需要求解混合整數(shù)線性規(guī)劃模型(MILP)，這比求解純連續(xù)線性規(guī)劃模型(LP)要花費(fèi)更多的時(shí)間。在測試階段，可以適當(dāng)放寬所創(chuàng)建模型的這些“完整性屬性”，以便較快地進(jìn)行模型開發(fā)和原型制作。

最后，規(guī)劃范圍和時(shí)間粒度對模型的大小有強(qiáng)烈的影響，從而影響求解模型所需的時(shí)間和計(jì)算能力。根據(jù)應(yīng)用場景的不同，時(shí)間范圍可以從一年到幾十年不等，而典型的個(gè)人時(shí)間間隔從15分鐘到一天不等。通常，這會導(dǎo)致數(shù)萬個(gè)時(shí)間段。

架構(gòu)

EIP能源投資計(jì)劃是一款SaaS產(chǎn)品。雖然GUI和項(xiàng)目的數(shù)據(jù)庫托管在歐盟(德國)的服務(wù)器上運(yùn)行，但其優(yōu)化過程通常通過是GAMS Engine SaaS執(zhí)行，該SaaS提供了幾乎無限的橫向擴(kuò)展，因?yàn)樗梢愿鶕?jù)需要啟動(dòng)盡可能多的并行作業(yè)。為了滿足特定的客戶需求，EIP可以選擇使用托管在歐盟的**優(yōu)化服務(wù)器。



圖5：EIP能源投資計(jì)劃架構(gòu)

作為一款SaaS產(chǎn)品，EIP能源投資規(guī)劃軟件是按年授權(quán)的。許可證通常包括計(jì)算時(shí)間配額，并提供開始優(yōu)化所需的一切。并且不需要單獨(dú)授權(quán)GAMS或優(yōu)化引擎。它實(shí)現(xiàn)了EIP適用的廣泛規(guī)劃任務(wù)，可隨時(shí)升級license。

關(guān)于 ENOSYS

ENOSYS能源優(yōu)化系統(tǒng)有限公司致力于為公司、客戶和環(huán)境創(chuàng)造**，在*客戶掌握數(shù)學(xué)公式細(xì)節(jié)的情況下，在許可的基礎(chǔ)上為能源生產(chǎn)商和項(xiàng)目開發(fā)商提供創(chuàng)新的數(shù)學(xué)模型。

我們的SaaS產(chǎn)品——EIP能源投資規(guī)劃軟件，能夠在能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵方面做出較好的決策，包括戰(zhàn)略投資規(guī)劃和戰(zhàn)術(shù)規(guī)劃。它減少了建模和/或決策的成本和時(shí)間，提高了回報(bào)，并確保公司的生存能力。





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