<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="2.3" xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Energy Res.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Energy Research</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Energy Res.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2296-598X</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">745457</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fenrg.2021.745457</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Energy Research</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Optimized Regulation of Hybrid Adiabatic Compressed Air Energy Storage System for Zero-Carbon-Emission Micro-Energy Network</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Jia et&#x20;al.</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">Zero-Carbon-Emission Micro-Energy Network</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Jia</surname>
<given-names>Qiwei</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1412893/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>Tingxiang</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff3">
<sup>3</sup>
</xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>Xiaotao</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>Laijun</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Si</surname>
<given-names>Yang</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff4">
<sup>4</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1427046/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Mei</surname>
<given-names>Shengwei</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff4">
<sup>4</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1107674/overview"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1">
<label>
<sup>1</sup>
</label>Qinghai Key Lab of Efficient Utilization of Clean Energy (New Energy Photovoltaic Industry Research Center), Qinghai University, <addr-line>Xining</addr-line>, <country>China</country>
</aff>
<aff id="aff2">
<label>
<sup>2</sup>
</label>Economics and Technological Research Institute of State Grid Qinghai Electric Power Company, <addr-line>Xining</addr-line>, <country>China</country>
</aff>
<aff id="aff3">
<label>
<sup>3</sup>
</label>Clean Energy Development Research Institute of State Grid Qinghai Electric Power Company, <addr-line>Xining</addr-line>, <country>China</country>
</aff>
<aff id="aff4">
<label>
<sup>4</sup>
</label>State Key Laboratory of Power System and Generation Equipment, Department of Electrical Engineering, Tsinghua University, <addr-line>Beijing</addr-line>, <country>China</country>
</aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Edited by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1072416/overview">Aldo Bischi</ext-link>, Skolkovo Institute of Science and Technology, Russia</p>
</fn>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Reviewed by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/802059/overview">Yusuf Bicer</ext-link>, Hamad bin Khalifa University, Qatar</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1048177/overview">Wei He</ext-link>, University of Warwick, United&#x20;Kingdom</p>
</fn>
<corresp id="c001">&#x2a;Correspondence: Xiaotao Chen, <email>chenxiao_qhu@foxmail.com</email>
</corresp>
<fn fn-type="other">
<p>This article was submitted to Process and Energy Systems Engineering, a section of the journal Frontiers in Energy Research</p>
</fn>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>09</day>
<month>12</month>
<year>2021</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2021</year>
</pub-date>
<volume>9</volume>
<elocation-id>745457</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>22</day>
<month>07</month>
<year>2021</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>16</day>
<month>11</month>
<year>2021</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#xa9; 2021 Jia, Liu, Chen, Chen, Si and Mei.</copyright-statement>
<copyright-year>2021</copyright-year>
<copyright-holder>Jia, Liu, Chen, Chen, Si and Mei</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these&#x20;terms.</p>
</license>
</permissions>
<abstract>
<p>Improving electricity and heat utilization can speed up China&#x2019;s decarbonization process in the northwest villages on the Qinghai-Tibet Plateau. In this paper, we proposed an architecture with zero-carbon-emission micro-energy network (ZCE-MEN) to increase the reliability and flexibility of heat and electricity. The advanced adiabatic compressed air energy storage system (AA-CAES) hybrid with solar thermal collector (STC) is defined as hybrid adiabatic compressed air energy storage system (HA-CAES). The ZCE-MEN adopts HA-CAES as the energy hub, which is integrated with power distribution network (PDN) and district heating network (DHN). The STC can greatly improve the efficiency of HA-CAES. Furthermore, it can provide various grades of thermal energy for the residents. The design scheme of HA-CAES firstly considers the thermal dynamics and pressure behavior to assess its heating and power capacities. The optimal operating strategy of ZCE-MEN is modeled as mixed-integer nonlinear programming (MINLP) and converts this problem into a mixed-integer linear programming problem (MILP) that can be solved by CPLEX. The simulation results show that the energy hub based on HA-CAES proposed in this paper can significantly improve ZCE-MEN efficiency and reduce its operation costs. Compared with conventional AA-CAES, the electric to electric (E-E) energy conversion efficiency of the proposed system is increased to 65.61%, and the round trip efficiency of the system is increased to 70.18%. Besides, operating costs have been reduced by 4.78% in comparison with traditional micro-energy network (MEN).</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>zero carbon emission micro-energy network</kwd>
<kwd>hybrid compressed air energy storage system</kwd>
<kwd>solar thermal collection module</kwd>
<kwd>power distribution network</kwd>
<kwd>district heating network</kwd>
<kwd>mixed integer linear programming</kwd>
</kwd-group>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<title>Introduction</title>
<p>In recent years, many nature reserves have been established in the Qinghai-Tibet Plateau due to increasing emphasis on environmental protection and sustainable development in China. The heating season of villages lasts as long as 10&#x20;months per year in the northwestern part of the Qinghai-Tibet Plateau. Moreover, constrained by the high costs of system maintenance and the fragile environment, the contradiction between energy supply and demand is prominent in northwest villages (<xref ref-type="bibr" rid="B25">Liu et&#x20;al., 2005</xref>). Fortunately, northwest villages are abundant in wind, solar, and other renewable resources to address the above problem. In addition, since China has pledged to peak its carbon dioxide emissions by 2030 and achieve carbon neutrality by 2060&#x20;<xref ref-type="bibr" rid="B42">Xiao et&#x20;al. (2021)</xref>, it has vigorously developed the efficient use of renewable energy (<xref ref-type="bibr" rid="B47">Zhou et&#x20;al., 2019</xref>). However, these renewable energies have strong intermittency and fluctuation (<xref ref-type="bibr" rid="B7">Bitaraf and Rahman, 2018</xref>). Therefore, the strategy of ensuring the safe and efficient utilization of renewable energy has become the key to solve this problem (<xref ref-type="bibr" rid="B45">Yuan et&#x20;al., 2013</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B37">Sun et&#x20;al., 2018</xref>).</p>
<p>Currently, energy storage technology is considered to be one of the best solutions for the integration and peak-shaving of renewable energy sources (<xref ref-type="bibr" rid="B27">LUO et&#x20;al., 2015</xref>). At present, electrochemical energy storage and physical energy storage are widely used. Nevertheless, the efficiency of battery energy storage (BES) is greatly reduced in high-altitude and cold regions, and the discarded batteries will also cause pollution to the environment (<xref ref-type="bibr" rid="B44">Yang et&#x20;al., 2018</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B28">MADDUKURI et&#x20;al., 2020</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B15">FLY et&#x20;al., 2021</xref>). Pumped hydro energy storage (PHES) requires strict geographical conditions and other natural resources as support (<xref ref-type="bibr" rid="B21">Jin et&#x20;al., 2005</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B31">Rehman et&#x20;al., 2015</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B11">Cheng et&#x20;al., 2019</xref>).</p>
<p>Apart from BES and PHES, another promising solution is AA-CAES, which has significant advantages in storing electric energy safely and efficiently without supplementary fired natural gas (<xref ref-type="bibr" rid="B19">Jakiel et&#x20;al., 2007</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B43">Xue et&#x20;al., 2016</xref>). The technology can achieve zero-carbon-emission in the entire process by recycling the heat of compression. However, AA-CAES is completely dependent on compression heat, which limited its heat supply capability. Owing to abundant solar energy in northwestern villages, the STC module is applied as the external heat source of the AA-CAES, which is defined as HA-CAES in this article. Moreover, the excess heat can be used to satisfy the heating and cooling needs of inhabitants (<xref ref-type="bibr" rid="B19">Jakiel et&#x20;al., 2007</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B38">Wang et&#x20;al., 2017</xref>), which will further improve the economic benefits and operational flexibility of the HA-CAES.</p>
<p>In the study of expansion compressed air energy storage (CAES) technologies, a novel system integrating CAES and anaerobic digester has been proposed in <xref ref-type="bibr" rid="B26">Llamas et&#x20;al. (2020)</xref>. Since the performance can be enhanced by increasing the inlet temperature of the turbine. A CAES that integrates solar and hydrogen production modules was analyzed in <xref ref-type="bibr" rid="B2">Alirahmi et&#x20;al. (2021a)</xref>. In the turbine power generation stage, this new system burns hydrogen to heat the high-pressure air, which greatly improves efficiency and eliminates the generation of harmful gases such as carbon monoxide. A scheme combining CAES with water pumping and energy storage was described, and its related performance was analyzed in <xref ref-type="bibr" rid="B22">Kim et&#x20;al. (2011)</xref>. A subcooled CAES was proposed, and the performance of its combined heat and power generation was analyzed in <xref ref-type="bibr" rid="B3">Arabkoohsar et&#x20;al. (2017)</xref>. In <xref ref-type="bibr" rid="B32">Roushenas et&#x20;al. (2020)</xref>, a combined system combining solid oxide fuel cell, CAES and turbocharger was established, and a thermodynamic analysis was performed for the first&#x20;time.</p>
<p>Although there are many research articles concerning the integrated CAES and their characteristics, the recent articles focus on them in low-altitude areas. The air mass flow into the CAES is decreased due to the high-altitude, which influenced the efficiency of the system. In addition, the plateau low pressure will also affect the performance of the air storage tank. Consequently, the study of the characteristics of CAES in high-altitude areas should be highly valued.</p>
<p>To improve the efficiency of CAES, many researchers and scholars are focus on finding efficient thermal sources and storage materials, which can directly enhance the efficiency of the entire system. <xref ref-type="bibr" rid="B29">Mei et&#x20;al. (2015)</xref> described the design and engineering implementation of the demonstration project TICC-500, and analyzed its related efficiency. In <xref ref-type="bibr" rid="B36">Semprini et&#x20;al. (2016)</xref>, a high-energy efficiency design scheme for optimizing a hybrid system of micro-turbines, solar collectors, and CAES was described. To effectively solve the problem that compressed air heavily depended on fuel, the waste gas with high temperature emitted by the gas turbine would be used for heating compressed air stored in CAES in <xref ref-type="bibr" rid="B34">Salvini (2017)</xref>. <xref ref-type="bibr" rid="B33">Sadeghi and Askari (2019)</xref> studied the use of photovoltaic (PV) panels to generate electricity, the use of a hybrid system containing molten carbonate fuel cells and CAES to store electricity, and conducted the economic analysis. A CAES system coupled with a seawater desalination plant was established, and its exergy and energy efficiency economic analysis was carried out in <xref ref-type="bibr" rid="B1">Alirahmi et&#x20;al. (2021b)</xref>. A CAES for recovery and utilization of compressed heat was proposed, and the heat storage material of compressed heat was studied in <xref ref-type="bibr" rid="B35">Saputro and Farid (2018)</xref>, and phase Change Material was selected for heat storage.</p>
<p>All the studies above worked on the efficient thermal sources and storage materials and obtained satisfying results, which mainly focused on the thermodynamic and thermal economic analysis for large scale of CAES and combined cooling heating and power. However, the concerns are seldom concentrated on small scale. To bridge this gap, this paper develops an optimization model for the proposed ZCE-MEN and presents a comparative economic cost analysis on the comprehensive MEN of small villages in the plateau region.</p>
<p>In this research, we intend to use HA-CAES with STC as an energy hub to decrease operating costs and solar curtailment in the northwestern villages. The major contributions of this article are: 1) A HA-CAES with STC module for small villages in plateau areas is proposed and analyzed, which can achieve zero-carbon-emission; 2) The coupling of the STC module with external heat source improves the inlet temperature of the turbine which improves the system efficiency; 3) Compared with traditional MEN, the operation of ZCE-MEN is optimized to reduce solar curtailment and operating&#x20;costs.</p>
<p>The rest of this article is organized as follows. The overall design scheme of ZEC-MEN and the mathematical model of HA-CASES are elaborated in <italic>Zero-Carbon-Emission Micro-energy Network</italic>. <italic>Operation of Green Pollution-Free Micro Energy Network</italic> introduces the regulation and optimization method of ZCE-MEN. <italic>Results and discussion</italic> verifies the effectiveness of the proposed system through a ZCE-MEN consisting of a HA-CAES hub, a 9-node PDN, and an 8-node DHN, followed by the conclusions in <italic>Conclusion</italic>.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>Zero-Carbon-Emission Micro-Energy Network</title>
<sec id="s2-1">
<title>Micro Energy Network</title>
<p>Micro energy network is composed of the distributed power generation system, energy storage system, load, intelligent control device, and power grid (<xref ref-type="bibr" rid="B17">Hwang et&#x20;al., 2012</xref>). MEN can operate independently or be coupled in a public network. For example, urban and rural residential areas, large office spaces, industrial and agricultural parks, and skyscrapers are all typical application scenarios of MEN. The Energy Efficiency Initiative aims to achieve the comprehensive optimization and scheduling of multiple energy sources through the conversion and storage of different energy carriers to save costs and reduce emissions.</p>
<p>The typical MEN composition is shown in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref>. Energy conversion and energy storage equipment are connected to each other through electricity, heat, cold and natural gas networks.</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>FIGURE 1</label>
<caption>
<p>The framework of a micro Energy Internet.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-09-745457-g001.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s2-2">
<title>HA-CAES System Composition</title>
<p>First of all, the distributed AA-CAES relies heavily on the compression heat recovered during charging process. However, the distributed CAES is seriously insufficient in compression heat. Fortunately, the high-altitude regions of the northwest have abundant solar energy resources. Therefore, we adopt the AA-CAES integrated with STC module that is defined as HA-CAES. And use it as the energy hub of ZEC-MEN. Secondly, it should be noted that the pressure ratio of each stage compressor is different. The number of compression stages is determined by the maximum pressure of the steel pipeline tank (SPT) and the type of compressor. The SPT in this paper can withstand a pressure of up to 10&#xa0;MPa. Consequently, this article chooses a three-stage compressor to meet the requirements of design. The structure of the HA-CAES which has three-stage compression and three-stage expansion is shown in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure&#x20;2</xref>. This system consists of four subsystems, including the compression subsystem, the STC subsystem, the turbine subsystem, and the air storage subsystem.</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>FIGURE 2</label>
<caption>
<p>The design scheme of HA-CAES.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-09-745457-g002.tif"/>
</fig>
<p>The compression subsystem includes a three-stage compressor and heat exchangers, a low-temperature water tank, and a high-temperature water tank. The STC subsystem includes a trough collector (TC), a cold heat reservoir (HR), and a hot HR. The cold HR and hot HR are called thermal energy storage system (TES). The turbine subsystem includes a three-stage turbine, a throttle valve, a heat regenerator, and three-stage heat exchangers as well. The air storage subsystem includes a&#x20;SPT.</p>
<p>Compared with other energy storage technologies such as PHES and BES, HA-CAES is not only a zero-carbon-emission system and pollution-free energy storage method, but it also has the capability of multi-energy storage and supply. Therefore, HA-CAES can be used for cooling, heating, and power. While exerting the synergistic effect of multi-energy complementarity, it can enhance the flexibility of the power system and become an effective way to improve renewable energy accommodation.</p>
<p>The design scheme of HA-CAES is shown in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure&#x20;3</xref>. In addition, photovoltaic (PV) power and off-peak electricity are used as inputs to the HA-CAES hub. In addition, the HA-CAES hub can provide users with power during on-peak&#x20;time.</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>FIGURE 3</label>
<caption>
<p>Interface of HA-CAES energy&#x20;hub.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-09-745457-g003.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s2-3">
<title>Basic Assumptions</title>
<p>The modeling of HA-CAES satisfies the following assumptions.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>1) The air is assumed to be an ideal&#x20;gas.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>2) The air storage tank adopts an isothermal constant volume model (<xref ref-type="bibr" rid="B39">Wang et&#x20;al., 2016</xref>).</p>
</list-item>
<list-item>
<p>3) Compressor and turbine adopt an adiabatic&#x20;model.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>4) The heat storage tank adopts an adiabatic&#x20;model.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>5) Ignore the pressure loss of compressed air and water in the heat exchanger.</p>
</list-item>
</list>
</p>
</sec>
<sec id="s2-4">
<title>HA-CAES Modeling</title>
<sec id="s2-4-1">
<title>Compressor</title>
<p>According to (<xref ref-type="bibr" rid="B12">Dielmann and van der Velden, 2003</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B17">Hwang et&#x20;al., 2012</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B29">Mei et&#x20;al., 2015</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B9">Chen et&#x20;al., 2017</xref>), electricity consumption of <inline-formula id="inf1">
<mml:math id="m1">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> stage compressor during charging is given by:<disp-formula id="e1">
<mml:math id="m2">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(1)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf2">
<mml:math id="m3">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the electricity demand of <inline-formula id="inf3">
<mml:math id="m4">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> stage compressor at time <inline-formula id="inf4">
<mml:math id="m5">
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> ; <inline-formula id="inf5">
<mml:math id="m6">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the adiabatic efficiency of <inline-formula id="inf6">
<mml:math id="m7">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> stage compressor; <inline-formula id="inf7">
<mml:math id="m8">
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> is the adiabatic exponent of air; <inline-formula id="inf8">
<mml:math id="m9">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the gas constant; <inline-formula id="inf9">
<mml:math id="m10">
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the mass flow rate of air of compressor <inline-formula id="inf10">
<mml:math id="m11">
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> at the time <inline-formula id="inf11">
<mml:math id="m12">
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> ; <inline-formula id="inf12">
<mml:math id="m13">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the input temperature of <inline-formula id="inf13">
<mml:math id="m14">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> stage compressor at period <inline-formula id="inf14">
<mml:math id="m15">
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> ; <inline-formula id="inf15">
<mml:math id="m16">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> , and <inline-formula id="inf16">
<mml:math id="m17">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the input and output air pressure of <inline-formula id="inf17">
<mml:math id="m18">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> stage compressor at period <inline-formula id="inf18">
<mml:math id="m19">
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>&#x20;.</p>
<p>The electricity consumption of each stage of compressor should be kept within the lower and upper bound as follows:<disp-formula id="e2">
<mml:math id="m20">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(2)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf19">
<mml:math id="m21">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the binary variable; one means the compressor is working, and 0 means the compressor is stopped; <inline-formula id="inf20">
<mml:math id="m22">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf21">
<mml:math id="m23">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the limits of the electricity demand of the <inline-formula id="inf22">
<mml:math id="m24">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> stage compressor.</p>
<p>The aggregate electricity demand of the compressor is given by:<disp-formula id="e3">
<mml:math id="m25">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munderover>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(3)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf23">
<mml:math id="m26">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the number of the compressor stage; <inline-formula id="inf24">
<mml:math id="m27">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the aggregate electricity consumption of the compressor.</p>
<p>The air mass flow rate of each stage compressor should be kept within the lower and upper bound as follows:<disp-formula id="e4">
<mml:math id="m28">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(4)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf25">
<mml:math id="m29">
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf26">
<mml:math id="m30">
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the limits of the mass flow rate of air of compressor <inline-formula id="inf27">
<mml:math id="m31">
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>The relationship between air temperature of input and output of <inline-formula id="inf28">
<mml:math id="m32">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> stage compressor is depicted in (<xref ref-type="bibr" rid="B3">Arabkoohsar et&#x20;al., 2017</xref>):<disp-formula id="e5">
<mml:math id="m33">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(5)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf29">
<mml:math id="m34">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the output temperature of the <inline-formula id="inf30">
<mml:math id="m35">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> stage compressor at period <inline-formula id="inf31">
<mml:math id="m36">
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>&#x20;.</p>
<p>Air pressure of each stage compressor is constrained as follows:<disp-formula id="e6">
<mml:math id="m37">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(6)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e7">
<mml:math id="m38">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(7)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e8">
<mml:math id="m39">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(8)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e9">
<mml:math id="m40">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(9)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e10">
<mml:math id="m41">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(10)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e11">
<mml:math id="m42">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(11)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e12">
<mml:math id="m43">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(12)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf32">
<mml:math id="m44">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the input air pressure of the first stage at period <inline-formula id="inf33">
<mml:math id="m45">
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> ; <inline-formula id="inf34">
<mml:math id="m46">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the input air pressure of the <inline-formula id="inf35">
<mml:math id="m47">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> stage compressor at period <inline-formula id="inf36">
<mml:math id="m48">
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> ; <inline-formula id="inf37">
<mml:math id="m49">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the environment pressure; <inline-formula id="inf38">
<mml:math id="m50">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf39">
<mml:math id="m51">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are limits of input air pressure of <inline-formula id="inf40">
<mml:math id="m52">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> stage compressor; <inline-formula id="inf41">
<mml:math id="m53">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf42">
<mml:math id="m54">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the output air pressure of <inline-formula id="inf43">
<mml:math id="m55">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> stage compressor; <inline-formula id="inf44">
<mml:math id="m56">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf45">
<mml:math id="m57">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the limits of output air pressure of <inline-formula id="inf46">
<mml:math id="m58">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> stage compressor; <inline-formula id="inf47">
<mml:math id="m59">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the compression ratio of <inline-formula id="inf48">
<mml:math id="m60">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> stage compressor.</p>
</sec>
<sec id="s2-4-2">
<title>Turbine</title>
<p>For HA-CAES, electricity generated by <inline-formula id="inf49">
<mml:math id="m61">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> stage turbine can be calculated by<disp-formula id="e13">
<mml:math id="m62">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(13)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf50">
<mml:math id="m63">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the electricity generation of <inline-formula id="inf51">
<mml:math id="m64">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> stage turbine at the time <inline-formula id="inf52">
<mml:math id="m65">
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> ; <inline-formula id="inf53">
<mml:math id="m66">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the adiabatic efficiency of <inline-formula id="inf54">
<mml:math id="m67">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> stage turbine; <inline-formula id="inf55">
<mml:math id="m68">
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the mass flow rate of air of <inline-formula id="inf56">
<mml:math id="m69">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> stage turbine; <inline-formula id="inf57">
<mml:math id="m70">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the input temperature of the <inline-formula id="inf58">
<mml:math id="m71">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> stage turbine; <inline-formula id="inf59">
<mml:math id="m72">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> , and <inline-formula id="inf60">
<mml:math id="m73">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the input and output air pressure of <inline-formula id="inf61">
<mml:math id="m74">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> stage turbine.</p>
<p>Electricity generated by each stage of the turbine should stay within these bounds:<disp-formula id="e14">
<mml:math id="m75">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(14)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf62">
<mml:math id="m76">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the binary variable; one means the turbine is working, and 0 means the turbine is stopped; <inline-formula id="inf63">
<mml:math id="m77">
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf64">
<mml:math id="m78">
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the limits of electricity generation by <inline-formula id="inf65">
<mml:math id="m79">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> stage turbine.</p>
<p>Accordingly, we can get the aggregate electricity generation as follow:<disp-formula id="e15">
<mml:math id="m80">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munderover>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(15)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf66">
<mml:math id="m81">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the number of turbine stages; <inline-formula id="inf67">
<mml:math id="m82">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the aggregate electricity generation by the turbine of HA-CAES.</p>
<p>The air mass flow rate of each stage turbine should be kept within this limit:<disp-formula id="e16">
<mml:math id="m83">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(16)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf68">
<mml:math id="m84">
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf69">
<mml:math id="m85">
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the limits of the mass flow rate of air of <inline-formula id="inf70">
<mml:math id="m86">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> stage turbine.</p>
<p>The connection between the input and output air temperature of the <inline-formula id="inf71">
<mml:math id="m87">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> stage turbine at period <inline-formula id="inf72">
<mml:math id="m88">
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> can be modeled as<disp-formula id="e17">
<mml:math id="m89">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(17)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf73">
<mml:math id="m90">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the output temperature of the <inline-formula id="inf74">
<mml:math id="m91">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> stage turbine at period <inline-formula id="inf75">
<mml:math id="m92">
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>&#x20;.</p>
<p>Air pressure of each stage turbine is restricted as follows:<disp-formula id="e18">
<mml:math id="m93">
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(18)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e19">
<mml:math id="m94">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(19)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e20">
<mml:math id="m95">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(20)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e21">
<mml:math id="m96">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(21)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e22">
<mml:math id="m97">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(22)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e23">
<mml:math id="m98">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(23)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e24">
<mml:math id="m99">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(24)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf76">
<mml:math id="m100">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf77">
<mml:math id="m101">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are input air pressure the first stage and <inline-formula id="inf78">
<mml:math id="m102">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> stage turbine at period <inline-formula id="inf79">
<mml:math id="m103">
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> ; <inline-formula id="inf80">
<mml:math id="m104">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the rated pressure of air storage tank; <inline-formula id="inf81">
<mml:math id="m105">
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf82">
<mml:math id="m106">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are limits of input air pressure of <inline-formula id="inf83">
<mml:math id="m107">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> stage turbine; <inline-formula id="inf84">
<mml:math id="m108">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf85">
<mml:math id="m109">
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are output air pressure of <inline-formula id="inf86">
<mml:math id="m110">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf87">
<mml:math id="m111">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> stage turbine; <inline-formula id="inf88">
<mml:math id="m112">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf89">
<mml:math id="m113">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the limits of output air pressure of <inline-formula id="inf90">
<mml:math id="m114">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> stage turbine; <inline-formula id="inf91">
<mml:math id="m115">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the expansion ratio of <inline-formula id="inf92">
<mml:math id="m116">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> stage turbine.</p>
</sec>
<sec id="s2-4-3">
<title>Air Storage Tank</title>
<p>The pressure of compressed air in the air storage tank at period <inline-formula id="inf93">
<mml:math id="m117">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be modeled as follow:<disp-formula id="e25">
<mml:math id="m118">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(25)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf94">
<mml:math id="m119">
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the pressure of the air storage tank at period <inline-formula id="inf95">
<mml:math id="m120">
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> ; <inline-formula id="inf96">
<mml:math id="m121">
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> is the volume of the air storage tank; <inline-formula id="inf97">
<mml:math id="m122">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the temperature of the air storage&#x20;tank.</p>
<p>The air pressure in the air storage tank should be kept in the lower and upper bound:<disp-formula id="e26">
<mml:math id="m123">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(26)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf98">
<mml:math id="m124">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf99">
<mml:math id="m125">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the limits of the pressure of the air storage&#x20;tank.</p>
</sec>
<sec id="s2-4-4">
<title>Solar Thermal Collection Module</title>
<p>STC module converts solar energy into heat energy that can be directly used through devices such as mirrors, receivers, and heat exchangers:<disp-formula id="e27">
<mml:math id="m126">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(27)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf100">
<mml:math id="m127">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the heat collected by the STC module at period t; <inline-formula id="inf101">
<mml:math id="m128">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the mirror field area of the photothermal thermal collecting module; <inline-formula id="inf102">
<mml:math id="m129">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the direct normal radiation intensity of sunlight at period <inline-formula id="inf103">
<mml:math id="m130">
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> ; <inline-formula id="inf104">
<mml:math id="m131">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the reference optical efficiency, which mainly depends on the mirror reflectance, the refractive index of the glass tube, the absorption rate of selective coating of receiving tube, and other factors; <inline-formula id="inf105">
<mml:math id="m132">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the terminal loss optical efficiency, which is used to represent the influence of the adjustment of receiver Angle on the actual illuminated area; <inline-formula id="inf106">
<mml:math id="m133">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the cleanliness coefficient of the reflecting mirror and glass tube surface; <inline-formula id="inf107">
<mml:math id="m134">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> is the heat transfer coefficient of the solar cooling heat exchanger.</p>
</sec>
<sec id="s2-4-5">
<title>Compressed Heat Recovery System</title>
<p>In the charging process, the compression heat generated by <inline-formula id="inf108">
<mml:math id="m135">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> stage compressor is recovered by cooler and can be expressed as (<xref ref-type="bibr" rid="B12">Dielmann and van der Velden, 2003</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B17">Hwang et&#x20;al., 2012</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B8">Budt et&#x20;al., 2016</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B9">Chen et&#x20;al., 2017</xref>):<disp-formula id="e28">
<mml:math id="m136">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(28)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e29">
<mml:math id="m137">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(29)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf109">
<mml:math id="m138">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf110">
<mml:math id="m139">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the thermal collected by <inline-formula id="inf111">
<mml:math id="m140">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> stage cooler; <inline-formula id="inf112">
<mml:math id="m141">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the constant pressure-specific heat of air; <inline-formula id="inf113">
<mml:math id="m142">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the environment temperature.</p>
<p>Therefore, the aggregate thermal energy collected during charging process is the sum of that of each cooler,<disp-formula id="e30">
<mml:math id="m143">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munderover>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msubsup>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(30)</label>
</disp-formula>Also, heat energy consumed by <inline-formula id="inf114">
<mml:math id="m144">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> stage turbine during discharging can be depicted by<disp-formula id="e31">
<mml:math id="m145">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(31)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e32">
<mml:math id="m146">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(32)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf115">
<mml:math id="m147">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf116">
<mml:math id="m148">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the consumed thermal by the first and <inline-formula id="inf117">
<mml:math id="m149">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> stage turbine.</p>
<p>Similarly, we can get the aggregate thermal energy consumed as follow<disp-formula id="e33">
<mml:math id="m150">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munderover>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msubsup>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(33)</label>
</disp-formula>The state of charge (SOC) of the TES of HA-CAES can be depicted as<disp-formula id="e34">
<mml:math id="m151">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(34)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e35">
<mml:math id="m152">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(35)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf118">
<mml:math id="m153">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the heat recovered by the system at period <inline-formula id="inf119">
<mml:math id="m154">
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> ; <inline-formula id="inf120">
<mml:math id="m155">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf121">
<mml:math id="m156">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are limits of thermal that can be stored in the system.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s2-5">
<title>Operation of Green Pollution-Free Micro Energy Network</title>
<sec id="s2-5-1">
<title>Objective Function</title>
<p>This article assumes that the HA-CAES hub, the heat collected by STC, and the heat pump are the thermal sources in the proposed ZCE-MEN, and the heat pump is the standby thermal source. At the same time, we think that the heat pump buys electricity from the grid. We aim to reduce MEN scheduling costs throughout the scheduling period:<disp-formula id="e36">
<mml:math id="m157">
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:munderover>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(36)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf122">
<mml:math id="m158">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf123">
<mml:math id="m159">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the electricity price and power bought from the grid at period <inline-formula id="inf124">
<mml:math id="m160">
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> ; <inline-formula id="inf125">
<mml:math id="m161">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the power demand of heat pump, <inline-formula id="inf126">
<mml:math id="m162">
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> is the conversion factor that converts the required heat energy into electrical energy; <inline-formula id="inf127">
<mml:math id="m163">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the number of the equipped heat&#x20;pumps.</p>
<p>The objective function 36) is subjected to the following constraints.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s2-6">
<title>Constraints</title>
<sec id="s2-6-1">
<title>Heat Pump and Circulating Water Pump</title>
<p>The aggregate thermal energy generated by the HA-CAES hub and heat pump equipped at node <inline-formula id="inf128">
<mml:math id="m164">
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> can be depicted by:<disp-formula id="e37">
<mml:math id="m165">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(37)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf129">
<mml:math id="m166">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf130">
<mml:math id="m167">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the heat generated by the heat pump and HA-CAES hub at period <inline-formula id="inf131">
<mml:math id="m168">
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> ; <inline-formula id="inf132">
<mml:math id="m169">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the constant pressure specific heat of recycling water; <inline-formula id="inf133">
<mml:math id="m170">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the mass flow rate of recycled water at the node <inline-formula id="inf134">
<mml:math id="m171">
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> ; <inline-formula id="inf135">
<mml:math id="m172">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> , and <inline-formula id="inf136">
<mml:math id="m173">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the temperature of the supply water system and return water system at node <inline-formula id="inf137">
<mml:math id="m174">
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>&#x20;.</p>
<p>The temperature of the water at each heat pump should be in the lower and upper bound as follow:<disp-formula id="e38">
<mml:math id="m175">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(38)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf138">
<mml:math id="m176">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf139">
<mml:math id="m177">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the limits of the temperature of supply water at node <inline-formula id="inf140">
<mml:math id="m178">
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>&#x20;.</p>
<p>Electricity consumed by circulating water pump equipped at the node <italic>i</italic> is given by:<disp-formula id="e39">
<mml:math id="m179">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(39)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf141">
<mml:math id="m180">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf142">
<mml:math id="m181">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are pressure in the supply water and return water of node <inline-formula id="inf143">
<mml:math id="m182">
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> at period <inline-formula id="inf144">
<mml:math id="m183">
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> ; <inline-formula id="inf145">
<mml:math id="m184">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the electricity demand of circulating water pump at the node <inline-formula id="inf146">
<mml:math id="m185">
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> ; <inline-formula id="inf147">
<mml:math id="m186">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> is the density of recycled water; <inline-formula id="inf148">
<mml:math id="m187">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the efficiency of the circulating water&#x20;pump.</p>
<p>The power consumption of heat pump and circulating water should be in the lower and upper bound as follows:<disp-formula id="e40">
<mml:math id="m188">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(40)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf149">
<mml:math id="m189">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> , <inline-formula id="inf150">
<mml:math id="m190">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf151">
<mml:math id="m191">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> , <inline-formula id="inf152">
<mml:math id="m192">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the limits of power consumption of heat pump and circulating water pump equipped at the node <inline-formula id="inf153">
<mml:math id="m193">
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>&#x20;.</p>
</sec>
<sec id="s2-6-2">
<title>Heat Load</title>
<p>Heat load at node <inline-formula id="inf154">
<mml:math id="m194">
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> of DHN in MEN can be modeled as (<xref ref-type="bibr" rid="B8">Budt et&#x20;al., 2016</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B24">Liu et&#x20;al., 2016</xref>):<disp-formula id="e41">
<mml:math id="m195">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(41)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf155">
<mml:math id="m196">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the mass flow rate of recycled water of head load at the node <inline-formula id="inf156">
<mml:math id="m197">
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> at period <inline-formula id="inf157">
<mml:math id="m198">
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> ; <inline-formula id="inf158">
<mml:math id="m199">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is heat load demand.</p>
<p>Each HA-CAES connected to the node <inline-formula id="inf159">
<mml:math id="m200">
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> has the minimum water supply pressure and return water pressure of a circulating water pump:<disp-formula id="e42">
<mml:math id="m201">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(42)</label>
</disp-formula>Therefore, the temperature of return water at heat load <inline-formula id="inf160">
<mml:math id="m202">
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> is limited by:<disp-formula id="e43">
<mml:math id="m203">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(43)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf161">
<mml:math id="m204">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf162">
<mml:math id="m205">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the constraints of the temperature of return&#x20;water.</p>
</sec>
<sec id="s2-6-3">
<title>District Heat Network</title>
<p>Since the liquid flows continuously (<xref ref-type="bibr" rid="B8">Budt et&#x20;al., 2016</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B24">Liu et&#x20;al., 2016</xref>), for each node <inline-formula id="inf163">
<mml:math id="m206">
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> <inline-formula id="inf164">
<mml:math id="m207">
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula> <italic>H(N)</italic>, satisfy the following equation:<disp-formula id="e44">
<mml:math id="m208">
<mml:mrow>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(44)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e45">
<mml:math id="m209">
<mml:mrow>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(45)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf165">
<mml:math id="m210">
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf166">
<mml:math id="m211">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the set of pipes with the node <inline-formula id="inf167">
<mml:math id="m212">
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> as &#x2018;from&#x2019; or &#x2018;to&#x2019; node; <inline-formula id="inf168">
<mml:math id="m213">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf169">
<mml:math id="m214">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the mass flow rate of recycled water of supply and return water system of pipe <inline-formula id="inf170">
<mml:math id="m215">
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> at the time <inline-formula id="inf171">
<mml:math id="m216">
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> ; <inline-formula id="inf172">
<mml:math id="m217">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf173">
<mml:math id="m218">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the mass flow rate of recycled water of heat generation unit and heat load at node <inline-formula id="inf174">
<mml:math id="m219">
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>&#x20;.</p>
<p>The relationship between the temperature of node <inline-formula id="inf175">
<mml:math id="m220">
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> <inline-formula id="inf176">
<mml:math id="m221">
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula> <italic>H(N),</italic> and temperature of pipe <inline-formula id="inf177">
<mml:math id="m222">
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <italic>H(P),</italic> can be modeled as:<disp-formula id="e46">
<mml:math id="m223">
<mml:mrow>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(46)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e47">
<mml:math id="m224">
<mml:mrow>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(47)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf178">
<mml:math id="m225">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the output temperature of pipe <inline-formula id="inf179">
<mml:math id="m226">
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> of the supply system, and <inline-formula id="inf180">
<mml:math id="m227">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the output temperature of return system, both are at time <inline-formula id="inf181">
<mml:math id="m228">
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>&#x20;.</p>
<p>The relationship between node temperature and temperature of the pipe is depicted as:<disp-formula id="e48">
<mml:math id="m229">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(48)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf182">
<mml:math id="m230">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the input temperature of pipe <inline-formula id="inf183">
<mml:math id="m231">
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> of the supply system, and <inline-formula id="inf184">
<mml:math id="m232">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the input temperature of return system, both are at time <inline-formula id="inf185">
<mml:math id="m233">
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>&#x20;.</p>
<p>Mass flow of each pipe <inline-formula id="inf186">
<mml:math id="m234">
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> of the supply network and return network should be restricted based on the physical characteristics of the pipeline,<disp-formula id="e49">
<mml:math id="m235">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(49)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf187">
<mml:math id="m236">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf188">
<mml:math id="m237">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the constraints of the mass flow rate of recycled water through the pipe <inline-formula id="inf189">
<mml:math id="m238">
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>The pressure between input and output of pipe <inline-formula id="inf190">
<mml:math id="m239">
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> can be depicted as (<xref ref-type="bibr" rid="B12">Dielmann and van der Velden, 2003</xref>):<disp-formula id="e50">
<mml:math id="m240">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(50)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e51">
<mml:math id="m241">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(51)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf191">
<mml:math id="m242">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the pressure loss coefficient of the&#x20;pipe.</p>
<p>During the circulation of water in the pipeline, the temperature drops exponentially.<disp-formula id="e52">
<mml:math id="m243">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(52)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e53">
<mml:math id="m244">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(53)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf192">
<mml:math id="m245">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is temperature loss coefficient of pipe; <inline-formula id="inf193">
<mml:math id="m246">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the length of pipe <inline-formula id="inf194">
<mml:math id="m247">
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> ; <inline-formula id="inf195">
<mml:math id="m248">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the ambient temperature.</p>
</sec>
<sec id="s2-6-4">
<title>Power Distribution Network</title>
<p>It is supposed that the DistFlow model is used to represent the PDN of proposed ZCE-MEN. The improved DistFlow model includes renewable energy, continuous and discrete reactive power compensators. Thus, the PDN of ZCE-MEN can be expressed as (<xref ref-type="bibr" rid="B6">Baran and Wu, 1989</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B14">Farivar and Low, 2013</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B20">Ji et&#x20;al., 2013</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B23">Liu et&#x20;al., 2015</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B40">Wang et&#x20;al., 2015</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B41">Wei et&#x20;al., 2017</xref>):<disp-formula id="e54">
<mml:math id="m249">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(54)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e55">
<mml:math id="m250">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(55)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e56">
<mml:math id="m251">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(56)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e57">
<mml:math id="m252">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(57)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e58">
<mml:math id="m253">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(58)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e59">
<mml:math id="m254">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(59)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e60">
<mml:math id="m255">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>, <label>(60)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e61">
<mml:math id="m256">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(61)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e62">
<mml:math id="m257">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(62)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e63">
<mml:math id="m258">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(63)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e64">
<mml:math id="m259">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(64)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e65">
<mml:math id="m260">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(65)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e66">
<mml:math id="m261">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(66)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e67">
<mml:math id="m262">
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(67)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf196">
<mml:math id="m263">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf197">
<mml:math id="m264">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the active power and reactive power flow of line <inline-formula id="inf198">
<mml:math id="m265">
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> ; <inline-formula id="inf199">
<mml:math id="m266">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf200">
<mml:math id="m267">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the active power and reactive power generation of generation unit at the bus <inline-formula id="inf201">
<mml:math id="m268">
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> ; <inline-formula id="inf202">
<mml:math id="m269">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf203">
<mml:math id="m270">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the active power and reactive power demand of load at the bus <inline-formula id="inf204">
<mml:math id="m271">
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> ; <inline-formula id="inf205">
<mml:math id="m272">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is square of the current through-line <inline-formula id="inf206">
<mml:math id="m273">
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> , while <inline-formula id="inf207">
<mml:math id="m274">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in the upper bound; <inline-formula id="inf208">
<mml:math id="m275">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf209">
<mml:math id="m276">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the resistance and reactance of line <inline-formula id="inf210">
<mml:math id="m277">
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> , while <inline-formula id="inf211">
<mml:math id="m278">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the impedance of line <inline-formula id="inf212">
<mml:math id="m279">
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> ; <inline-formula id="inf213">
<mml:math id="m280">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the square of the voltage amplitude of bus <inline-formula id="inf214">
<mml:math id="m281">
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> ; <inline-formula id="inf215">
<mml:math id="m282">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the voltage of slack bus; <inline-formula id="inf216">
<mml:math id="m283">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf217">
<mml:math id="m284">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the limits of the active power output of the generation unit; <inline-formula id="inf218">
<mml:math id="m285">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf219">
<mml:math id="m286">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the limits of the reactive power output of the generation unit, <inline-formula id="inf220">
<mml:math id="m287">
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the power output of PV at period <inline-formula id="inf221">
<mml:math id="m288">
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> ; <inline-formula id="inf222">
<mml:math id="m289">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the value of shunt capacitors/reactors; <inline-formula id="inf223">
<mml:math id="m290">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the supplemented reactive power of continuous compensator; <inline-formula id="inf224">
<mml:math id="m291">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the tap ratio of on-load tap changer (OLTC) on the line <inline-formula id="inf225">
<mml:math id="m292">
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> ; <inline-formula id="inf226">
<mml:math id="m293">
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf227">
<mml:math id="m294">
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the limits of available output of&#x20;PV.</p>
<p>
<xref ref-type="disp-formula" rid="e54">Eq. 54</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="e55">Eq. 55</xref> depict the balance of the active power and reactive power of PDN, respectively. <xref ref-type="disp-formula" rid="e56">Eq. 56</xref> describes the voltage drops along the distribution line <inline-formula id="inf228">
<mml:math id="m295">
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The connection between power and the square of the voltage and the current is modeled in Eq. 57. The limits of the square of the current and voltage are shown in <xref ref-type="disp-formula" rid="e58">Eq. 58</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="e59">Eq. 59</xref>, respectively. <xref ref-type="disp-formula" rid="e60">Eq. 60</xref> shows the lower and upper bound of active power and reactive&#x20;power.</p>
<p>The active power distribution of line <inline-formula id="inf229">
<mml:math id="m296">
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is formulated as (61). <xref ref-type="disp-formula" rid="e62">Eq. 62</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="e63">Eq. 63</xref> depict the reactive power distribution for line <inline-formula id="inf230">
<mml:math id="m297">
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with and without reactive power compensator equipped on bus <inline-formula id="inf231">
<mml:math id="m298">
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> , respectively. <xref ref-type="disp-formula" rid="e64">Eq. 64</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="e65">Eq. 65</xref> denote the voltage of bus <inline-formula id="inf232">
<mml:math id="m299">
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> for line <inline-formula id="inf233">
<mml:math id="m300">
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with or without OLTC. The available solar power is constrained by <xref ref-type="disp-formula" rid="e67">Eq.&#x20;67</xref>.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s2-7">
<title>Model Simplifications</title>
<p>The dispatch model proposed above is a large-scale MINLP problem, which is difficult to solve by various existing solvers. In this section, the various parts of the models are linearized to obtain a MILP problem that is easy to solve with CPLEX.</p>
<sec id="s2-7-1">
<title>CP-CT Operation Model Simplification</title>
<p>Due to the complexity of hydrothermal dynamics, it is difficult to adjust air pressure <inline-formula id="inf234">
<mml:math id="m301">
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> , temperature <inline-formula id="inf235">
<mml:math id="m302">
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, and mass flow rate <inline-formula id="inf236">
<mml:math id="m303">
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in HA-CAES at the same time. Fortunately, HA-CAES hub in actual operation usually operates in a constant pressure and constant temperature (CP&#x2013;CT) mode (<xref ref-type="bibr" rid="B12">Dielmann and van der Velden, 2003</xref>). Therefore, 1) and 13) reduces to<disp-formula id="e68">
<mml:math id="m304">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(68)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e69">
<mml:math id="m305">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(69)</label>
</disp-formula>
</p>
</sec>
<sec id="s2-7-2">
<title>Big <italic>M</italic> Method Simplification</title>
<p>The following part takes the OLTC branch <inline-formula id="inf237">
<mml:math id="m306">
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as an example to explain the conversion idea of the Big <italic>M</italic> method. The left side of <xref ref-type="disp-formula" rid="e64">Eq. 64</xref> can be expanded to (70) and linearized as (71)&#x2013;73) (<xref ref-type="bibr" rid="B23">Liu et&#x20;al., 2015</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B40">Wang et&#x20;al., 2015</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B13">Ding et&#x20;al., 2016</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B5">Bai et&#x20;al., 2020</xref>):<disp-formula id="e70">
<mml:math id="m307">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(70)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e71">
<mml:math id="m308">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munderover>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(71)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e72">
<mml:math id="m309">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(72)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e73">
<mml:math id="m310">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(73)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf238">
<mml:math id="m311">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> , <inline-formula id="inf239">
<mml:math id="m312">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> , <inline-formula id="inf240">
<mml:math id="m313">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the available value of tap of OLTC; <inline-formula id="inf241">
<mml:math id="m314">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the quantity of workable OLTC tap values, <inline-formula id="inf242">
<mml:math id="m315">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> , <inline-formula id="inf243">
<mml:math id="m316">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> , and <inline-formula id="inf244">
<mml:math id="m317">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are binary variables, with <inline-formula id="inf245">
<mml:math id="m318">
<mml:mrow>
<mml:munderover>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf246">
<mml:math id="m319">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a dummy variable.</p>
<p>Similarly, the other nonlinear constraint problems in PDN can be transformed into linearization problems by using the Big <italic>M</italic> method, which simplifies the solving process and will not be described&#x20;here.</p>
<p>The original MINLP has been simplified and transformed into a MILP problem that can be solved efficiently with CPLEX.</p>
</sec>
</sec>
</sec>
<sec sec-type="results|discussion" id="s3">
<title>Results and Discussion</title>
<sec id="s3-1">
<title>System Settings</title>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F4">Figure&#x20;4</xref> shows the configuration of ZCE-MEN. This ZCE-MEN consists of a 9-bus PDN, an eight- node DHN, a HA-CAES hub, a STC, and a heat pump. A HA-CAES hub coupled with STC is installed at bus 2. PV is installed at bus 4, 8, respectively. Equipped with a heat pump at node N1. Because the heat pump purchases electricity directly from the grid. Therefore, DHN and PDN can only be connected through a HA-CAES hub. The relevant parameters of the eight nodes DHN are shown in <xref ref-type="app" rid="app1">Appendix Table&#x20;A1</xref>.</p>
<fig id="F4" position="float">
<label>FIGURE 4</label>
<caption>
<p>Configuration of the ZCE-MEN.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-09-745457-g004.tif"/>
</fig>
<p>For the Chinese sustainable development policy, the location of this ZCE-MEN used to be an industrial area, which was relocated due to severe pollution and high energy consumption. Although it is now an agricultural park, the electricity price is still the same as the previous one. The time-of-use power price in the Qinghai power grid is shown in <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure&#x20;5</xref>. The data was from Qinghai Development and Reform Commission (<xref ref-type="bibr" rid="B46">Zhang, 2020</xref>).</p>
<fig id="F5" position="float">
<label>FIGURE 5</label>
<caption>
<p>Time-of-use power&#x20;price.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-09-745457-g005.tif"/>
</fig>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F6">Figure&#x20;6</xref> shows the demand of the ZCE-MEN for power and heat and the available solar&#x20;power.</p>
<fig id="F6" position="float">
<label>FIGURE 6</label>
<caption>
<p>Power and heat demand and solar&#x20;power.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-09-745457-g006.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s3-2">
<title>Simulation of HA-CAES</title>
<p>To verify the model, the modeling and operation are based on the 100kW HA-CAES system located in Qinghai University, Xining City, Qinghai Province (<xref ref-type="bibr" rid="B10">Chen et&#x20;al., 2018</xref>). It is mainly assumed that air is an ideal gas, and the specific heat capacity of air, heat transfer medium, and heat storage medium is constant. Because northwest villages need more heat than electricity. This paper selects the Major Cold solar term (January 20, 2021) as a typical day. The solar irradiance data used is from the measured data in Huzhu County, Haidong City, Qinghai Province. The longitude is 101.956,734 and the latitude is 34.83994. The main parameters of the system are detailed in <xref ref-type="table" rid="T1">Table&#x20;1</xref>:</p>
<table-wrap id="T1" position="float">
<label>TABLE 1</label>
<caption>
<p>The rated parameters of the HA-CAES system.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="left">Parameters</th>
<th align="center">Value</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">Air mass flow of compressor kg/s</td>
<td align="center">0.64</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Air mass flow of turbine kg/s</td>
<td align="center">2.46</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Adiabatic exponent of air</td>
<td align="center">1.4</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Gas constant J/mol <inline-formula id="inf247">
<mml:math id="m320">
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula> K</td>
<td align="center">0.297</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Air storage tank volume <inline-formula id="inf248">
<mml:math id="m321">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">1000</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Specific heat capacity of air at constant pressure kJ/kg <inline-formula id="inf249">
<mml:math id="m322">
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula> K</td>
<td align="center">1.007</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Specific heat capacity of water kJ/kg <inline-formula id="inf250">
<mml:math id="m323">
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula> K</td>
<td align="center">4.2</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Air constant J/kg <inline-formula id="inf251">
<mml:math id="m324">
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula> K</td>
<td align="center">287</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Ambient temperature K</td>
<td align="center">293</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Environment pressure MPa</td>
<td align="center">0.1</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">The temperature of the hot heat reservoir &#xb0;C</td>
<td align="center">300</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">The temperature of the cold heat reservoir &#xb0;C</td>
<td align="center">120</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">The inlet temperature of air turbine &#xb0;C</td>
<td align="center">280</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">The area of the STC field <inline-formula id="inf252">
<mml:math id="m325">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">2000</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Solar irradiance W/ <inline-formula id="inf253">
<mml:math id="m326">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">800</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Minimum solar irradiation required for STC operation W/ <inline-formula id="inf254">
<mml:math id="m327">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">550</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">STC heat storage duration h</td>
<td align="center">6</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Efficiency of STC</td>
<td align="center">67%</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Charging time h</td>
<td align="center">4</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Discharging time h</td>
<td align="center">4</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Solar hours/day h</td>
<td align="center">12/20 (20 January)</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>The simulation parameters of HA-CAES are mainly referred to (<xref ref-type="bibr" rid="B18">Jafarkazemi et&#x20;al., 2016</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B5">Bai et&#x20;al., 2020</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B4">Bai et&#x20;al., 2021</xref>), and we have refined the parameters to be more reasonable according to the actual situation. <xref ref-type="table" rid="T2">Table&#x20;2</xref> and <xref ref-type="table" rid="T3">Table&#x20;3</xref> illustrate the rated parameters of the selected three-stage compressor and three-stage turbine.</p>
<table-wrap id="T2" position="float">
<label>TABLE 2</label>
<caption>
<p>Rated parameters of the compressor.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="left">Compressor</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf255">
<mml:math id="m328">
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (MPa)</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf256">
<mml:math id="m329">
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (MPa)</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf257">
<mml:math id="m330">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf258">
<mml:math id="m331">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<italic>P</italic> (kW)</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf259">
<mml:math id="m332">
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">1-stage</td>
<td align="char" char=".">0.1</td>
<td align="char" char=".">0.86</td>
<td align="char" char=".">20</td>
<td align="char" char=".">176</td>
<td align="char" char=".">125</td>
<td align="char" char=".">0.80</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">2-stage</td>
<td align="char" char=".">0.86</td>
<td align="char" char=".">2.83</td>
<td align="char" char=".">45</td>
<td align="char" char=".">182</td>
<td align="char" char=".">60</td>
<td align="char" char=".">0.75</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">3-stage</td>
<td align="char" char=".">2.83</td>
<td align="char" char=".">9.83</td>
<td align="char" char=".">45</td>
<td align="char" char=".">157</td>
<td align="char" char=".">55</td>
<td align="char" char=".">0.85</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<table-wrap id="T3" position="float">
<label>TABLE 3</label>
<caption>
<p>Rated parameters of the turbine.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="left">Turbine</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf260">
<mml:math id="m333">
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (MPa)</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf261">
<mml:math id="m334">
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (MPa)</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf262">
<mml:math id="m335">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf263">
<mml:math id="m336">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<italic>P</italic> (kW)</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf264">
<mml:math id="m337">
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">1-stage</td>
<td align="char" char=".">8.4</td>
<td align="char" char=".">2.15</td>
<td align="center">280</td>
<td align="center">109</td>
<td align="center">70</td>
<td align="char" char=".">0.86</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">2-stage</td>
<td align="char" char=".">2.15</td>
<td align="char" char=".">0.53</td>
<td align="center">280</td>
<td align="center">102</td>
<td align="center">60</td>
<td align="char" char=".">0.86</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">3-stage</td>
<td align="char" char=".">0.53</td>
<td align="char" char=".">0.01</td>
<td align="center">280</td>
<td align="center">100</td>
<td align="center">70</td>
<td align="char" char=".">0.87</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>The energy flow in the whole process of the designed HA-CAES hub is illustrated in <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure&#x20;7</xref>. The E-E conversion efficiency is the ratio of the energy generated by the turbine to the energy consumed by compressor. The round trip efficiency refers to the ratio of the energy output to the input system in a cycle of energy storage-standstill-release energy (<xref ref-type="bibr" rid="B29">Mei et&#x20;al., 2015</xref>). For the system proposed in this paper, the E-E energy conversion efficiency <inline-formula id="inf265">
<mml:math id="m338">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> &#x3d; 1.24/1.89 &#x3d; 65.61%, the round trip efficiency <inline-formula id="inf266">
<mml:math id="m339">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> &#x3d; (1.24 &#x2b; 0.76)/(1.89 &#x2b; 0.96) &#x3d; 70.18%. Due to the addition of the STC module, the efficiency has been greatly improved compared with 41.03% in (<xref ref-type="bibr" rid="B29">Mei et&#x20;al., 2015</xref>).</p>
<fig id="F7" position="float">
<label>FIGURE 7</label>
<caption>
<p>The energy flow of 100kW HA-CAES.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-09-745457-g007.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s3-3">
<title>Simulation Result</title>
<sec id="s3-3-1">
<title>Operation of HA-CAES</title>
<p>The SOC of HA-CAES and that of TES of the HA-CAES hub are indicated in <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure&#x20;8</xref>. From this figure, we can see that HA-CAES, during the period of low electricity price, for example, from t &#x3d; 9, t &#x3d; 11 to t &#x3d; 13 and t &#x3d; 17 to t &#x3d; 18, uses free solar power and cheap electricity to fill air into the SPT to store energy in two forms, namely, the thermal energy and the molecular potential energy. In the case of consuming a certain amount of thermal energy in TES, the latter one can be used to drive the turbine to generate electricity at the on-peak time, for example, periods t &#x3d; 20. At the same time, it can directly provide residents with heat to reduce consumption.</p>
<fig id="F8" position="float">
<label>FIGURE 8</label>
<caption>
<p>SOC of HA-CAES hub and TES.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-09-745457-g008.tif"/>
</fig>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F9">Figure&#x20;9</xref> shows the heat power output of the STC module, HA-CAES hub, and the heat pump. Villages in the northwest rely almost as much on heat as electricity. Although part of the heat load of DHN is provided by the heat pump. Due to the coupling of the STC module, the heat generated by it can heat the compressed air, and can also be directly used to provide thermal for the residents. It can be illustrated from <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure&#x20;9</xref> that the load of the heat pump has been greatly reduced. Most of the heat is provided by STC module. Consequently, the cost is greatly&#x20;saved.</p>
<fig id="F9" position="float">
<label>FIGURE 9</label>
<caption>
<p>Heat output of STC module, HA-CAES, and heat&#x20;pump.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-09-745457-g009.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s3-3-2">
<title>Operation Costs</title>
<p>
<xref ref-type="table" rid="T4">Table&#x20;4</xref> illustrates the operation costs under different operation modes. This table compares the operating costs of the ZCE-MEN and the separate operations of PDN and DHN. Through the joint optimization of the PDN and DHN for the HA-CAES hub, there has been a conspicuous reduction. The operating cost of the proposed ZCE-MEN is reduced by 4.78% compared with the single optimization of DHN and PDN. The comparison results show that the introduction of STC module enriches the heat source of the system. This enables the HA-CAES hub to provide more heat demand while ensuring the power supply load. It reduces the need for heat pumps to purchase electricity from the grid, thereby improving the operating economy of the system. And the level of solar output level has a great influence on the operation&#x20;costs.</p>
<table-wrap id="T4" position="float">
<label>TABLE 4</label>
<caption>
<p>Operation costs under ZCE-MEN and traditional MEN.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="left">Mode</th>
<th align="center">PDN ($)</th>
<th align="center">DHN ($)</th>
<th align="center">SUM ($)</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">ZCE-MEN</td>
<td align="char" char=".">2282.2</td>
<td align="char" char=".">4690.2</td>
<td align="char" char=".">6972.4</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">MEN</td>
<td align="char" char=".">2688.5</td>
<td align="char" char=".">4616.9</td>
<td align="char" char=".">7305.4</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
</sec>
<sec id="s3-3-3">
<title>Solar Power Curtailment</title>
<p>The electricity purchased from the power grid, PV power plants,&#x20;and curtailment power of solar in different operation modes with and without HA-CAES are compared in <xref ref-type="fig" rid="F10">Figure&#x20;10</xref> and <xref ref-type="fig" rid="F11">Figure&#x20;11</xref>.</p>
<fig id="F10" position="float">
<label>FIGURE 10</label>
<caption>
<p>The power balance of ZCE-MEN.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-09-745457-g010.tif"/>
</fig>
<fig id="F11" position="float">
<label>FIGURE 11</label>
<caption>
<p>The power balance of traditional MEN.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-09-745457-g011.tif"/>
</fig>
<p>We can compare <xref ref-type="fig" rid="F10">Figure&#x20;10</xref> and <xref ref-type="fig" rid="F11">Figure&#x20;11</xref> to know that by using the HA-CAES hub in the proposed ZCE-MEN to store the free solar energy during off-peak hours, and use the stored energy to provide power or heat demand during on-peak hours, such as t &#x3d; 20 to t &#x3d; 23. The green shades in <xref ref-type="fig" rid="F10">Figure&#x20;10</xref> and <xref ref-type="fig" rid="F11">Figure&#x20;11</xref> show that compared with traditional MEN, the solar curtailment rate of ZCE-MEN has been greatly reduced. Consequently, the need to purchase electricity from the grid can be reduced, thereby reducing system operating&#x20;costs.</p>
</sec>
<sec id="s3-3-4">
<title>Optimal Temperature Distribution</title>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F12">Figure&#x20;12</xref> and <xref ref-type="fig" rid="F13">Figure&#x20;13</xref> present the optimal temperature distribution of HA-CAES at the on-peak heat load period and off-peak heat load period. Comparing these two figures, the temperatures of the supply system are much higher than the return system. Meanwhile, the temperatures of the return system at the off-peak time are much lower than the on-peak time, so it can be seen that the recycling water system is responsible for a large part of the heating demand. It provides effective protection for residents&#x2019; domestic&#x20;water.</p>
<fig id="F12" position="float">
<label>FIGURE 12</label>
<caption>
<p>The temperature of supply and return system at on-peak&#x20;time.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-09-745457-g012.tif"/>
</fig>
<fig id="F13" position="float">
<label>FIGURE 13</label>
<caption>
<p>The temperature of supply and return system at off-peak&#x20;time.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-09-745457-g013.tif"/>
</fig>
</sec>
</sec>
<sec id="s3-4">
<title>The Effect of Irradiance on the Overall Performance</title>
<p>The STC heats the heat-conducting oil in the hot HR to 300&#xb0;C by focusing and collecting heat, and then exchanges heat with the air through the heat exchange system to heat the compressed air. The heat-conducting oil after heat exchange enters the cold HR and is used to supply heat to residents. After that, it is transported to the STC to be heated again. <xref ref-type="fig" rid="F14">Figure&#x20;14</xref> shows the measured solar irradiation intensity on sunny and cloudy days. On a typical sunny day, the design temperature can usually be reached within one cycle. However, due to insufficient solar on typical cloudy days, it is difficult for the heat-conducting oil in the hot HR to reach the design temperature after one cycle. At this point, it will continue to circulate heating. From <xref ref-type="fig" rid="F14">Figure&#x20;14</xref>, we can see that the solar irradiation intensity is about 70% of that on sunny&#x20;days.</p>
<fig id="F14" position="float">
<label>FIGURE 14</label>
<caption>
<p>The measured solar irradiation.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-09-745457-g014.tif"/>
</fig>
<p>The heating is designed according to the requirements of national standards. The heating temperature of the room was kept between 16&#xa0;C and 24&#xb0;C, the qualified heating temperature was above 16&#xb0;C, and the standard room temperature was above 18&#xa0;C (<xref ref-type="bibr" rid="B16">Health Legal System and S, 2003</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B30">Ministry of HousingUrban-, 2012</xref>). <xref ref-type="table" rid="T5">Table&#x20;5</xref> shows the rated heating parameters of the ZCE-MEN.</p>
<table-wrap id="T5" position="float">
<label>TABLE 5</label>
<caption>
<p>The rated heating parameters of the ZCE-MEN.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="left">Parameters</th>
<th align="center">Value</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">Heating area in the MEN <inline-formula id="inf267">
<mml:math id="m340">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">1500</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Heating time h</td>
<td align="center">24</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Heating heat index W/ <inline-formula id="inf268">
<mml:math id="m341">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">61</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Heating efficiency</td>
<td align="center">65%</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>
<xref ref-type="table" rid="T6">Table&#x20;6</xref> demonstrates the situation of power supply and heating on different typical days. To analyze the impact of solar irradiance on the system more clearly, only HA-CAES is considered. No heat pump is used for heating. It can be seen from the figure that under the premise of ensuring stable electricity consumption for residents, the heating area on sunny days is 34% larger than that on cloudy days. Under the premise of ensuring stable heating for residents, the power supply time on a sunny day is 43% longer than in the cloudy scenario. This has largely solved the problem of heating difficulties in northwestern villages. The use of HA-CAES as a clean energy hub has solved environmental pollution. Thereby effectively protecting the fragile ecological environment of the Qinghai-Tibet Plateau.</p>
<table-wrap id="T6" position="float">
<label>TABLE 6</label>
<caption>
<p>The situation of power supply and heating on different typical&#x20;days.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th colspan="2" align="left">Typical day weather</th>
<th align="center">Sunny day</th>
<th align="center">Cloudy day</th>
</tr>
<tr>
<th rowspan="2" align="left">Ensure the heating</th>
<th align="center">Heating area <inline-formula id="inf269">
<mml:math id="m342">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">1500</th>
<th align="center">1500</th>
</tr>
<tr>
<th align="center">Heating time h</th>
<th align="center">4</th>
<th align="center">2.27</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td rowspan="2" align="left">Ensure the power supply</td>
<td align="center">Heating area <inline-formula id="inf270">
<mml:math id="m343">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">1500</td>
<td align="center">1119.18</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">Heating time h</td>
<td align="center">4</td>
<td align="center">4</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>Although cloudy weather has a greater impact on the system, the Qinghai-Tibet Plateau has abundant solar energy resources. The annual heating season is not the rainy season. Therefore, there is less cloudy weather, and most of the time the solar irradiance is at a satisfactory level. Therefore, HA-CAES is still very helpful to satisfy residents&#x2019; electricity and heat demands.</p>
</sec>
</sec>
<sec sec-type="conclusion" id="s4">
<title>Conclusion</title>
<p>In this paper, a ZCE-MEN using HA-CAES with STC as an energy hub is proposed and analyzed. HA-CAES uses the compression heat and the solar thermal energy collected by STC to heat the compressed air during the discharging process to enhance the system efficiency. In addition, the excess heat energy can also provide heating for residents to reduce operating costs. A mathematical model including energy and cost analysis was developed. Through simulation verification, HA-CAES still has high efficiency in the regions of low air pressure and low air mass flow rate on the plateau. The E-E energy conversion and round trip efficiency can reach 65.61 and 70.18%. The introduction of STC significantly improves the system efficiency by increasing the turbine input temperature. Compared with the independent MEN system, the proposed ZCE-MEN with HA-CAES has economic benefits. The average daily operating cost of the entire system has been reduced by 4.78%. Furthermore, the proposed system also improves solar power curtailment. Although the solar irradiance will affect the efficiency of the system. Due to the abundant solar resource in the northwestern villages, there is less cloudy weather. Therefore, the system can still protect residents&#x2019; electricity and heat to a large extent. Therefore, HA-CAES can become an energy hub of villages and cities. It is of great significance to promote the deep decarbonization of the energy system.</p>
<p>Please note that the system parameters in this article are assumed to be definite, and uncertainty is not considered. And solar power is the daily average. Therefore, this method cannot adapt to the uncertain situation in the actual system. Our further work will optimize the regulation of uncertain MEN, and use robust optimization methods to deal with such problems. In addition, due to the large temperature changes in the northwest villages, parameters such as the specific heat capacity will affect the system. We also focus on the study of these thermal parameters on the overall performance of the system in future research.</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec id="s5">
<title>Data Availability Statement</title>
<p>The raw data supporting the conclusions of this article will be made available by the authors, without undue reservation.</p>
</sec>
<sec id="s6">
<title>Author Contributions</title>
<p>QJ: conceptualization, writing-original draft preparation, software. TL: practical engineering guidance, project administration, interpretation of data for the work. XC: funding acquisition, writing review and editing, supervision. LC: validation, methodology. YS: validation. SM: supervision. All authors have read and agreed to the published version of the manuscript.</p>
</sec>
<sec id="s7">
<title>Funding</title>
<p>This study was supported by Qinghai Province Key Laboratory of Photovoltaic grid connected power generation technology (Grant No. 106000004816) and the Scientific and Technological Project of Qinghai Province (Grant No. 2018-GX-A6).</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="s8">
<title>Conflict of Interest</title>
<p>Author TL was employed by Economics and Technological Research Institute of State Grid Qinghai Electric Power Company and Clean Energy Development Research Institute of State Grid Qinghai Electric Power Company.</p>
<p>The remaining authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
<sec sec-type="disclaimer" id="s9">
<title>Publisher&#x2019;s Note</title>
<p>All claims expressed in this article are solely those of the authors and do not necessarily represent those of their affiliated organizations, or those of the publisher, the editors and the reviewers. Any product that may be evaluated in this article, or claim that may be made by its manufacturer, is not guaranteed or endorsed by the publisher.</p>
</sec>
<sec id="s10">
<title>Abbreviations</title>
<p>ZCE-MEN, Zero-carbon micro-energy network; AA-CAES, Advanced adiabatic compressed air energy storage; STC, Solar thermal collector; HA-CAES, Hybrid adiabatic compressed air energy storage; PDN, Power distribution network; DHN, District heating network; MINLP, Mixed-integer nonlinear programming; MILP, Mixed-integer linear programming problem; E-E, Electric to electric; MEN, Micro energy network; BES, Battery energy storage; PHES, Pumped hydro energy storage; CAES, Compressed air energy storage; SPT, Steel pipeline tank; TC, Trough collector; HR, Heat reservoir; TES, Thermal energy storage; PV, Photovoltaic; SOC, State of charge; OLTC, On load tap changer, CP-CT; Constant pressure and constant temperature.</p>
</sec>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Alirahmi</surname>
<given-names>S. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bashiri Mousavi</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Razmi</surname>
<given-names>A. R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ahmadi</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>A Comprehensive Techno-Economic Analysis and Multi-Criteria Optimization of a Compressed Air Energy Storage (CAES) Hybridized with Solar and Desalination Units</article-title>. <source>Energ. Convers. Management</source> <volume>236</volume>, <fpage>114053</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.enconman.2021.114053</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B2">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Alirahmi</surname>
<given-names>S. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Razmi</surname>
<given-names>A. R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Arabkoohsar</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Comprehensive Assessment and Multi-Objective Optimization of a green Concept Based on a Combination of Hydrogen and Compressed Air Energy Storage (CAES) Systems</article-title>. <source>Renew. Sustainable Energ. Rev.</source> <volume>142</volume>, <fpage>110850</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.rser.2021.110850</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B3">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Arabkoohsar</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dremark-Larsen</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lorentzen</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Andresen</surname>
<given-names>G. B.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Subcooled Compressed Air Energy Storage System for Coproduction of Heat, Cooling and Electricity</article-title>. <source>Appl. Energ.</source> <volume>205</volume>, <fpage>602</fpage>&#x2013;<lpage>614</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.apenergy.2017.08.006</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B4">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bai</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xue</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wei</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Modelling and Control of Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage under Power Tracking Mode Considering Off-Design Generating Conditions</article-title>. <source>Energy</source> <volume>218</volume>, <fpage>119525</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.energy.2020.119525</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B5">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bai</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wei</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mei</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Modeling and Dispatch of Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage under Wide Operating Range in Distribution Systems with Renewable Generation</article-title>. <source>Energy</source> <volume>206</volume>, <fpage>118051</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.energy.2020.118051</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B6">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Baran</surname>
<given-names>M. E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wu</surname>
<given-names>F. F.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1989</year>). <article-title>Network Reconfiguration in Distribution Systems for Loss Reduction and Load Balancing</article-title>. <source>IEEE Power Eng. Rev.</source> <volume>9</volume> (<issue>4</issue>), <fpage>101</fpage>&#x2013;<lpage>102</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/mper.1989.4310642</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B7">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bitaraf</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rahman</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Reducing Curtailed Wind Energy through Energy Storage and Demand Response</article-title>. <source>IEEE Trans. Sustain. Energ.</source> <volume>9</volume> (<issue>1</issue>), <fpage>228</fpage>&#x2013;<lpage>236</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TSTE.2017.2724546</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B8">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Budt</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wolf</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Span</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yan</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>A Review on Compressed Air Energy Storage: Basic Principles, Past Milestones and Recent Developments</article-title>. <source>Appl. Energ.</source> <volume>170</volume>, <fpage>250</fpage>&#x2013;<lpage>268</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.apenergy.2016.02.108</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B9">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jiang</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ren</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Preliminary Investigation on the Feasibility of a Clean CAES System Coupled with Wind and Solar Energy in China</article-title>. <source>Energy</source> <volume>127</volume>, <fpage>462</fpage>&#x2013;<lpage>478</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.energy.2017.03.088</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B10">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xue</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>Q.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mei</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>A Solar-Thermal-Assisted Adiabatic Compressed Air Energy Storage System and its Efficiency Analysis</article-title>. <source>Appl. Sci.</source> <volume>8</volume> (<issue>8</issue>), <fpage>1390</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/app8081390</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B11">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Cheng</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Blakers</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Stocks</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lu</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Pumped Hydro Energy Storage and 100% Renewable Electricity for East Asia</article-title>. <source>Glob. Energ. Interconnection</source> <volume>2</volume> (<issue>5</issue>), <fpage>386</fpage>&#x2013;<lpage>392</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.gloei.2019.11.013</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B12">
<citation citation-type="confproc">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Dielmann</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>van der Velden</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2003</year>). &#x201c;<article-title>Virtual Power Plants (VPP) - a New Perspective for Energy Generation?</article-title> <conf-name>Proceedings of the 9th International Scientific and Practical Conference of Students, Post-graduates Modern Techniques and Technologies</conf-name>, <conf-loc>Tomsk, Russia</conf-loc>, <conf-date>7-11 April 2003</conf-date> (<publisher-loc>Piscataway, New Jersey, United&#x20;States</publisher-loc>: <publisher-name>IEEE</publisher-name>), <fpage>18</fpage>&#x2013;<lpage>20</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/SPCMTT.2003.1438108</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B13">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ding</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yuan</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bie</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zeng</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>A Two-Stage Robust Reactive Power Optimization Considering Uncertain Wind Power Integration in Active Distribution Networks</article-title>. <source>IEEE Trans. Sustain. Energ.</source> <volume>7</volume> (<issue>1</issue>), <fpage>301</fpage>&#x2013;<lpage>311</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TSTE.2015.2494587</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B14">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Farivar</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Low</surname>
<given-names>S. H.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Branch Flow Model: Relaxations and Convexification-Part I</article-title>. <source>IEEE Trans. Power Syst.</source> <volume>28</volume> (<issue>3</issue>), <fpage>2554</fpage>&#x2013;<lpage>2564</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TPWRS.2013.2255317</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B15">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Fly</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kirkpatrick</surname>
<given-names>I.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Low Temperature Performance Evaluation of Electrochemical Energy Storage Technologies</article-title>. <source>Appl. Therm. Eng.</source> <volume>189</volume>, <fpage>116750</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.applthermaleng.2021.116750</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B16">
<citation citation-type="book">
<collab>Health Legal System and Supervision Bureau of the Ministry of Health</collab> (<year>2003</year>). <source>Indoor Air Quality Standard" Implementation Guide</source>. <publisher-loc>Beijing</publisher-loc>: <publisher-name>China Standard Press</publisher-name>. </citation>
</ref>
<ref id="B17">
<citation citation-type="confproc">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hwang</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Choi</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kang</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lee</surname>
<given-names>I.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2012</year>). &#x201c;<article-title>Design of Application-Level Reference Models for Micro Energy Grid in IT Perspective</article-title>,&#x201d; in <conf-name>Proceedings of the 2012&#x20;8th International Conference on Computing and Networking Technology (INC, ICCIS and ICMIC)</conf-name>, <conf-loc>Gyeongju, Korea</conf-loc>, <conf-date>27-29 Aug. 2012</conf-date> (<publisher-loc>Piscataway, New Jersey, United&#x20;States</publisher-loc>: <publisher-name>IEEE</publisher-name>), <fpage>180</fpage>&#x2013;<lpage>183</lpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B18">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Jafarkazemi</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ahmadifard</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Abdi</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Energy and Exergy Efficiency of Heat Pipe Evacuated Tube Solar Collectors</article-title>. <source>Therm. Sci.</source> <volume>20</volume> (<issue>1</issue>), <fpage>327</fpage>&#x2013;<lpage>335</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.2298/TSCI130227150J</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B19">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Jakiel</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zunft</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nowi</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2007</year>). <article-title>Adiabatic Compressed Air Energy Storage Plants for Efficient Peak Load Power Supply from Wind Energy: the European Project AA-CAES</article-title>. <source>Ijetp</source> <volume>5</volume> (<issue>3</issue>), <fpage>296</fpage>&#x2013;<lpage>306</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1504/IJETP.2007.014736</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B20">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ji</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kang</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>Q.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xia</surname>
<given-names>Q.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jiang</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Low-carbon Power System Dispatch Incorporating Carbon Capture Power Plants</article-title>. <source>IEEE Trans. Power Syst.</source> <volume>28</volume> (<issue>4</issue>), <fpage>4615</fpage>&#x2013;<lpage>4623</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TPWRS.2013.2274176</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B21">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Jin</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hong</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Han</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lin</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2005</year>). <article-title>A New Principle of Synthetic cascade Utilization of Chemical Energy and Physical Energy</article-title>. <source>Sci. China Ser. E</source> <volume>48</volume> (<issue>2</issue>), <fpage>163</fpage>&#x2013;<lpage>179</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1360/04ye0234</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B22">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kim</surname>
<given-names>Y. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shin</surname>
<given-names>D. G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Favrat</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2011</year>). <article-title>Operating Characteristics of Constant-Pressure Compressed Air Energy Storage (CAES) System Combined with Pumped Hydro Storage Based on Energy and Exergy Analysis</article-title>. <source>Energy</source> <volume>36</volume> (<issue>10</issue>), <fpage>6220</fpage>&#x2013;<lpage>6233</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.energy.2011.07.040</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B23">
<citation citation-type="confproc">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mei</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2015</year>). &#x201c;<article-title>AC-constrained Economic Dispatch in Radial Power Networks Considering Both Continuous and Discrete Controllable Devices</article-title>,&#x201d; in <conf-name>Proceedings of the The 27th Chinese Control and Decision Conference (2015 CCDC)</conf-name>, <conf-loc>Qingdao, China</conf-loc>, <conf-date>23-25 May 2015</conf-date> (<publisher-loc>Piscataway, New Jersey, United&#x20;States</publisher-loc>: <publisher-name>IEEE</publisher-name>), <fpage>6249</fpage>&#x2013;<lpage>6254</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/CCDC.2015.7161937</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B24">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wu</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jenkins</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bagdanavicius</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Combined Analysis of Electricity and Heat Networks</article-title>. <source>Appl. Energ.</source> <volume>162</volume>, <fpage>1238</fpage>&#x2013;<lpage>1250</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.apenergy.2015.01.102</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B25">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>Y.-h.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dong</surname>
<given-names>G.-r.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dong</surname>
<given-names>Y.-x.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2005</year>). <article-title>Status, Causes and Combating Suggestions of sandy Desertification in Qinghai-Tibet Plateau</article-title>. <source>Chin. Geograph.Sc.</source> <volume>15</volume> (<issue>4</issue>), <fpage>289</fpage>&#x2013;<lpage>296</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11769-005-0015-9</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B26">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Llamas</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ortega</surname>
<given-names>M. F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Barthelemy</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>de Godos</surname>
<given-names>I.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Aci&#xe9;n</surname>
<given-names>F. G.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Development of an Efficient and Sustainable Energy Storage System by Hybridization of Compressed Air and Biogas Technologies (BIO-CAES)</article-title>. <source>Energ. Convers. Management</source> <volume>210</volume>, <fpage>112695</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.enconman.2020.112695</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B27">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Luo</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dooner</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Clarke</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Overview of Current Development in Electrical Energy Storage Technologies and the Application Potential in Power System Operation</article-title>. <source>Appl. Energ.</source> <volume>137</volume>, <fpage>511</fpage>&#x2013;<lpage>536</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.apenergy.2014.09.081</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B28">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Maddukuri</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Malka</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chae</surname>
<given-names>M. S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Elias</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Luski</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Aurbach</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>On the challenge of Large Energy Storage by Electrochemical Devices</article-title>. <source>Electrochimica Acta</source> <volume>354</volume>, <fpage>136771</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.electacta.2020.136771</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B29">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mei</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tian</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xue</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lu</surname>
<given-names>Q.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Design and Engineering Implementation of Non-supplementary Fired Compressed Air Energy Storage System: TICC-500</article-title>. <source>Sci. China Technol. Sci.</source> <volume>58</volume> (<issue>4</issue>), <fpage>600</fpage>&#x2013;<lpage>611</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11431-015-5789-0</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B30">
<citation citation-type="book">
<collab>Ministry of HousingUrban-Rural Development</collab> (<year>2012</year>). <source>Etc. GB50736-2012 "Code for Design of Heating, Ventilation and Air Conditioning of Civil Buildings</source>. <publisher-loc>Beijing</publisher-loc>: <publisher-name>China Construction Industry Press</publisher-name>. </citation>
</ref>
<ref id="B31">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Rehman</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Al-Hadhrami</surname>
<given-names>L. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Alam</surname>
<given-names>M. M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Pumped Hydro Energy Storage System: A Technological Review</article-title>. <source>Renew. Sustainable Energ. Rev.</source> <volume>44</volume>, <fpage>586</fpage>&#x2013;<lpage>598</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.rser.2014.12.040</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B32">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Roushenas</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Razmi</surname>
<given-names>A. R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Soltani</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Torabi</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dusseault</surname>
<given-names>M. B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nathwani</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Thermo-environmental Analysis of a Novel Cogeneration System Based on Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) and Compressed Air Energy Storage (CAES) Coupled with Turbocharger</article-title>. <source>Appl. Therm. Eng.</source> <volume>181</volume>, <fpage>115978</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.applthermaleng.2020.115978</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B33">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sadeghi</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Askari</surname>
<given-names>I. B.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Prefeasibility Techno-Economic Assessment of a Hybrid Power Plant with Photovoltaic, Fuel Cell and Compressed Air Energy Storage (CAES)</article-title>. <source>Energy</source> <volume>168</volume>, <fpage>409</fpage>&#x2013;<lpage>424</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.energy.2018.11.108</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B34">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Salvini</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Performance Assessment of a CAES System Integrated into a Gas-Steam Combined Plant</article-title>. <source>Energ. Proced.</source> <volume>136</volume>, <fpage>264</fpage>&#x2013;<lpage>269</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.egypro.2017.10.280</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B35">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Saputro</surname>
<given-names>E. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Farid</surname>
<given-names>M. M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>A Novel Approach of Heat Recovery System in Compressed Air Energy Storage (CAES)</article-title>. <source>Energ. Convers. Manag.</source> <volume>178</volume>, <fpage>217</fpage>&#x2013;<lpage>225</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.enconman.2018.10.024</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B36">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Semprini</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>S&#xe1;nchez</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>De Pascale</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Performance Analysis of a Micro Gas Turbine and Solar Dish Integrated System under Different Solar-Only and Hybrid Operating Conditions</article-title>. <source>Solar Energy</source> <volume>132</volume>, <fpage>279</fpage>&#x2013;<lpage>293</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.solener.2016.03.012</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B37">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Measuring Emission-Reduction and Energy-Conservation Efficiency of Chinese Cities Considering Management and Technology Heterogeneity</article-title>. <source>J.&#x20;Clean. Prod.</source> <volume>175</volume>, <fpage>561</fpage>&#x2013;<lpage>571</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jclepro.2017.12.042</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B38">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lu</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ma</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dooner</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Miao</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Overview of Compressed Air Energy Storage and Technology Development</article-title>. <source>Energies</source> <volume>10</volume> (<issue>7</issue>), <fpage>991</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/en10070991</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B39">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhou</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Experimental Study of Compressed Air Energy Storage System with thermal Energy Storage</article-title>. <source>Energy</source> <volume>103</volume>, <fpage>182</fpage>&#x2013;<lpage>191</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.energy.2016.02.125</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B40">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Begovic</surname>
<given-names>M. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Coordinated Energy Management of Networked Microgrids in Distribution Systems</article-title>. <source>IEEE Trans. Smart Grid</source> <volume>6</volume> (<issue>1</issue>), <fpage>45</fpage>&#x2013;<lpage>53</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TSG.2014.2329846</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B41">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wei</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mei</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wu</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fang</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Robust Operation of Distribution Networks Coupled with Urban Transportation Infrastructures</article-title>. <source>IEEE Trans. Power Syst.</source> <volume>32</volume> (<issue>3</issue>), <fpage>2118</fpage>&#x2013;<lpage>2130</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TPWRS.2016.2595523</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B42">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Xiao</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xie</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yu</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Decarbonizing China&#x27;s Power Sector by 2030 with Consideration of Technological Progress and Cross-Regional Power Transmission</article-title>. <source>Energy Policy</source> <volume>150</volume>, <fpage>112150</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.apenergy.2019.01.15410.1016/j.enpol.2021.112150</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B43">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Xue</surname>
<given-names>X. D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mei</surname>
<given-names>S. W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lin</surname>
<given-names>Q. Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Energy Internet Oriented Non-supplementary Fired Compressed Air Energy Storage and Prospective of Application</article-title>. <source>Power Syst. Technol.</source> <volume>40</volume> (<issue>1</issue>), <fpage>164</fpage>&#x2013;<lpage>171</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.13335/j.1000-3673.pst.2016.01.022</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B44">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bremner</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Menictas</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kay</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Battery Energy Storage System Size Determination in Renewable Energy Systems: A Review</article-title>. <source>Renew. Sustainable Energ. Rev.</source> <volume>91</volume>, <fpage>109</fpage>&#x2013;<lpage>125</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.rser.2018.03.047</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B45">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Yuan</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cheng</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wen</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Prospects Analysis of Energy Storage Application in Grid Integration of Large-Scale Wind Power</article-title>. <source>Dianli Xitong Zidonghua(Automation Electric Power Systems)</source> <volume>37</volume> (<issue>1</issue>), <fpage>14</fpage>&#x2013;<lpage>18</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.7500/AEPS201210050</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B46">
<citation citation-type="web">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Qinghai Development and Reform Commission</article-title>. <comment>Available at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://fgw.qinghai.gov.cn/zfxxgk/sdzdgknr/fgwwj/202012/t20201218_76157.html">http://fgw.qinghai.gov.cn/zfxxgk/sdzdgknr/fgwwj/202012/t20201218_76157.html</ext-link> (Accessed December 18, 2020)</comment>. </citation>
</ref>
<ref id="B47">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhou</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Price</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yande</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Creyts</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Khanna</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fridley</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>A Roadmap for China to Peak Carbon Dioxide Emissions and Achieve a 20% Share of Non-fossil Fuels in Primary Energy by 2030</article-title>. <source>Appl. Energ.</source> <volume>239</volume>, <fpage>793</fpage>&#x2013;<lpage>819</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.apenergy.2019.01.154</pub-id> </citation>
</ref>
</ref-list>
<app-group>
<app id="app1">
<title>Appendix&#x20;A1</title>
<table-wrap id="T7" position="float">
<label>Table&#x20;A1</label>
<caption>
<p>The relevant parameters of DHN.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="left">No</th>
<th align="center">Heat deamnd (kWh)</th>
<th align="center">Lower pressure limit of the water supply and return system (MPa)</th>
<th align="center">Upper temperature limit of the supply water system (<inline-formula id="inf271">
<mml:math id="m344">
<mml:mi mathvariant="bold">&#x2103;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>)</th>
<th align="center">Lower temperature limit of the supply water system (<inline-formula id="inf272">
<mml:math id="m345">
<mml:mi mathvariant="bold">&#x2103;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>)</th>
<th align="center">Upper temperature limit of the return water system (<inline-formula id="inf273">
<mml:math id="m346">
<mml:mi mathvariant="bold">&#x2103;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>)</th>
<th align="center">Lower temperature limit of the return water system (<inline-formula id="inf274">
<mml:math id="m347">
<mml:mi mathvariant="bold">&#x2103;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>)</th>
<th align="center">Mass flow (kg/s)</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">1</td>
<td align="center">0</td>
<td align="center">0.5</td>
<td align="center">120</td>
<td align="center">90</td>
<td align="center">80</td>
<td align="center">60</td>
<td align="center">0</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">2</td>
<td align="center">0</td>
<td align="center">0.5</td>
<td align="center">120</td>
<td align="center">90</td>
<td align="center">80</td>
<td align="center">60</td>
<td align="center">0</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">3</td>
<td align="center">0</td>
<td align="center">0.5</td>
<td align="center">120</td>
<td align="center">90</td>
<td align="center">80</td>
<td align="center">60</td>
<td align="center">0</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">4</td>
<td align="center">0</td>
<td align="center">0.5</td>
<td align="center">120</td>
<td align="center">90</td>
<td align="center">80</td>
<td align="center">60</td>
<td align="center">0</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">5</td>
<td align="center">250</td>
<td align="center">0.5</td>
<td align="center">120</td>
<td align="center">90</td>
<td align="center">80</td>
<td align="center">60</td>
<td align="center">2</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">6</td>
<td align="center">250</td>
<td align="center">0.5</td>
<td align="center">120</td>
<td align="center">90</td>
<td align="center">80</td>
<td align="center">60</td>
<td align="center">2</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">7</td>
<td align="center">250</td>
<td align="center">0.5</td>
<td align="center">120</td>
<td align="center">90</td>
<td align="center">80</td>
<td align="center">60</td>
<td align="center">2</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">8</td>
<td align="center">500</td>
<td align="center">0.5</td>
<td align="center">120</td>
<td align="center">90</td>
<td align="center">80</td>
<td align="center">60</td>
<td align="center">4</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
</app>
</app-group>
</back>
</article>