不同建筑負(fù)荷下分布式能源系統(tǒng)優(yōu)化與政策激勵(lì)研究

　　摘要：探索優(yōu)化運(yùn)行策略和激勵(lì)機(jī)制對(duì)分布式供能系統(tǒng)的影響是加快其應(yīng)用推廣，保障其充分發(fā)揮效能的重要內(nèi)容之一。該文首先針對(duì)北方某地區(qū)辦公型建筑和賓館型建筑夏季負(fù)荷需求，構(gòu)建了一套冷熱電三聯(lián)供(combiningcooling，eatingandpower，CCHP)分布式能源系統(tǒng)三維和二維模型，考慮系統(tǒng)碳排放并引進(jìn)碳稅和電力回購(gòu)(電力反向賣回電網(wǎng))，構(gòu)建了以運(yùn)行費(fèi)用為目標(biāo)的分布式能源系統(tǒng)和常規(guī)系統(tǒng)分析模型，分析了三維模型和二維模型的差異；并討論了蓄能系統(tǒng)對(duì)分布式能源系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的影響，得出該系統(tǒng)為賓館型建筑和辦公型建筑供能的最優(yōu)策略；最后對(duì)影響分布式能源系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的相關(guān)政策和激勵(lì)進(jìn)行分析，得出了分別針對(duì)辦公型建筑和賓館型建筑的分布式能源系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的氣價(jià)和碳稅激勵(lì)控制域。

　　關(guān)鍵詞：能源互聯(lián)網(wǎng)；分布式能源系統(tǒng)；建筑節(jié)能；電力回購(gòu)；政策激勵(lì)

　　0引言

　　20世紀(jì)以來(lái)，全球氣候變暖的總體趨勢(shì)已得到證實(shí)，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和人居環(huán)境造成的影響也備受矚目。作為最大的發(fā)展中國(guó)家和主要的溫室氣體排放國(guó)，中國(guó)承受著巨大的溫室氣體排放控制壓力。長(zhǎng)期形成的高碳發(fā)展模式導(dǎo)致中國(guó)推進(jìn)現(xiàn)代化進(jìn)程中面臨資源約束趨緊、環(huán)境污染嚴(yán)重、生態(tài)系統(tǒng)退化的嚴(yán)峻形勢(shì)，經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展面臨巨大挑戰(zhàn)。

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　　1系統(tǒng)模型介紹

　　1.1系統(tǒng)構(gòu)建

　　本文針對(duì)北方某地區(qū)辦公型建筑和賓館型建筑，構(gòu)建了一套天燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)CCHP系統(tǒng)與蓄能、電熱泵結(jié)合的分布式供能系統(tǒng)，如圖1所示。圖中R,Q,W分別代表冷熱電負(fù)荷需求。

　　1.2設(shè)備二維模型

　　本文研究系統(tǒng)采用的燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組，當(dāng)設(shè)備部分負(fù)載運(yùn)行時(shí)，電效率ηe、熱效率ηh分別和部分負(fù)載率fGE的性能曲線(400~2500kW)如下[16-17]：32ee0GEGEGE(0.48122.47262.98010.0113)fffηη=?++(1)33hh0GEGEGE(1.34762.88702.12471.5853)fffηη=?+?+(2)

　　3736中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)第35卷式中ηe0和ηh0分別為內(nèi)燃機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的電效率和熱效率，分別取43%。

　　2政策激勵(lì)措施

　　天然氣主要成分為甲烷，因此燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)每立方米天然氣輸入約產(chǎn)生CO21.96kg，即當(dāng)內(nèi)燃機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，每發(fā)1kW?h電約產(chǎn)生CO20.46kg。傳統(tǒng)燃煤電廠單位千瓦時(shí)發(fā)電煤耗為ccc3600Qqη=×(9)式中：ηc為燃煤電廠發(fā)電效率，取40%；qc為每kg標(biāo)準(zhǔn)煤低位發(fā)熱值，即每kg標(biāo)準(zhǔn)煤所含熱量，取29300kJ/kg。傳統(tǒng)燃煤電廠每單位千瓦時(shí)發(fā)電約產(chǎn)生CO2(kg)[24]為

　　3優(yōu)化與運(yùn)行策略

　　3.1優(yōu)化目標(biāo)與約束條件

　　本文建立了以系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用為目標(biāo)函數(shù)的系統(tǒng)優(yōu)化模型，其中分布式能源系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用由購(gòu)氣費(fèi)用、購(gòu)電費(fèi)用(包括回購(gòu)收益)和繳納碳稅費(fèi)用組成：2EiiiCOEimax{,0}0.3/2min{,0}ffPWPFFQPW=?+?+??+?(12)式中Wi購(gòu)電為正，電力回購(gòu)賣回電網(wǎng)為負(fù)。

　　3.2不同運(yùn)行策略

　　針對(duì)所建分布式能源系統(tǒng)，以經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。無(wú)蓄能模式，即系統(tǒng)由燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)，電熱泵，吸收式制冷組成；含蓄能模式即在無(wú)蓄能模式基礎(chǔ)之上加上蓄能系統(tǒng)。

　　4結(jié)果與討論

　　4.1用能側(cè)經(jīng)濟(jì)性分析

　　本文首先通過將無(wú)蓄能系統(tǒng)模式最優(yōu)策略與建筑所需負(fù)荷全部由電網(wǎng)購(gòu)電消耗費(fèi)用對(duì)比，分析三維模型二維模型的差異，圖4、5分別表示辦公型建筑和賓館型建筑在二維模型和三維模型下，無(wú)蓄能系統(tǒng)最優(yōu)策略和全部由電網(wǎng)購(gòu)電費(fèi)用消耗情況?？梢钥闯鰺o(wú)論是辦公型建筑還是賓館型建筑，使用分布式能源系統(tǒng)無(wú)蓄能模式為該建筑供能比全部采用電網(wǎng)購(gòu)電為該建筑供能更節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用。并且該賓館型建筑全部電網(wǎng)購(gòu)電二維模型和三維模型日運(yùn)行費(fèi)用相差2136元，無(wú)蓄能最優(yōu)模式日運(yùn)行費(fèi)用相差5780元，辦公型建筑則分別相差為7929元和3598元。可見二維模型和三維模型結(jié)果差異較大，尤其是在負(fù)荷需求較大的時(shí)刻，辦公型建筑主要為上午9:00到下午6:00，賓館型建筑主要為下午5:00到晚上11:00。因此采用三維模型可更準(zhǔn)確地反映分布式能源系統(tǒng)的真實(shí)情況，采用分布式能源系統(tǒng)為建筑供能比全部購(gòu)電供能經(jīng)濟(jì)性更好。

　　4.2供能側(cè)經(jīng)濟(jì)性分析

　　綜上分析，采用含蓄能的分布供能系統(tǒng)最優(yōu)策略為該辦公型建筑和賓館型建筑供能經(jīng)濟(jì)性最好。但是以上僅僅是在用能側(cè)進(jìn)行的經(jīng)濟(jì)性分析，即從用戶角度的用能成本分析。接下來(lái)在供能側(cè)將該分布式能源系統(tǒng)與常規(guī)供能模式中燃煤電廠的經(jīng)濟(jì)性做對(duì)比，也就是供能成本的分析，結(jié)果如圖7所示，常規(guī)供能模式燃煤電廠為兩種建筑供能的日供能成本如表2所示。可以看出在碳稅0.3元/kg，氣價(jià)3.15元/m3時(shí)，無(wú)論是辦公型建筑還是賓館型建筑，常規(guī)供能模式中燃煤電廠的成本較分布式能源系統(tǒng)經(jīng)成本更低，即常規(guī)模式經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)。

　　參考文獻(xiàn)

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　　王惠，趙軍，安青松，康利改

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