SpArta方法：基于空间聚合与分解的区域解析能源系统严格优化
最优化与控制
2023-02-13 v1 系统与控制
系统与控制
摘要
高比例可再生能源的能源系统具有局部波动性与电网限制的特征。因此，此类能源系统的综合需要具有高空间分辨率的模型。然而，高空间分辨率会增加计算量。在此，我们提出 SpArta 方法，通过空间聚合与分解对区域解析能源系统进行严格优化。SpArta 在保持部门耦合能源系统完整空间分辨率的同时，显著减少了计算量。SpArta 首先利用聚类对能源系统进行空间聚合以缩减问题规模。随后对聚合问题进行松弛与限制，得到下界与上界。迭代提升空间分辨率，直至上下界之差满足预设最优性间隙。最后，以全分辨率重新设计聚合问题的各个簇。为此，SpArta 将原始综合问题分解为各簇的子问题。组合重新设计的簇解，可在预设最优性间隙内得到全规模问题的最优可行解。因此，SpArta 能以显著减少的计算量严格优化大规模能源系统。我们将 SpArta 应用于部门耦合的德国能源系统案例研究，与全空间分辨率下同一问题的优化相比，计算时间缩短为 1/7.5。由于 SpArta 的计算时间随问题规模线性增长，其能够计算更大规模问题，从而以更高精度解析能源系统设计。
引用
@article{arxiv.2302.05222,
title = {This is SpArta: Rigorous Optimization of Regionally Resolved Energy Systems by Spatial Aggregation and Decomposition},
author = {Christiane Reinert and Benedikt Nilges and Nils Baumgärtner and André Bardow},
journal= {arXiv preprint arXiv:2302.05222},
year = {2023}
}