并網(wǎng)型能源微網(wǎng)的優(yōu)化模型及應(yīng)用

2017-10-19 17:22:16 北極星電力網(wǎng) 　點(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

摘要：為科學(xué)規(guī)劃設(shè)計(jì)并網(wǎng)型能源微網(wǎng)的總體方案，掌控項(xiàng)目的全生命周期過程，提出了一種簡單實(shí)用的定性與定量相結(jié)合的綜合分析方法，構(gòu)建了并網(wǎng)型能源微網(wǎng)的優(yōu)化配置模型，建立了天然氣多聯(lián)供系統(tǒng)的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型

摘要：為科學(xué)規(guī)劃設(shè)計(jì)并網(wǎng)型能源微網(wǎng)的總體方案，掌控項(xiàng)目的全生命周期過程，提出了一種簡單實(shí)用的定性與定量相結(jié)合的綜合分析方法，構(gòu)建了并網(wǎng)型能源微網(wǎng)的優(yōu)化配置模型，建立了天然氣多聯(lián)供系統(tǒng)的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，得到了燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的最佳匹配容量范圍，所有初始參數(shù)容易獲取，適用于各種負(fù)荷特征的并網(wǎng)能源微網(wǎng)，對(duì)項(xiàng)目規(guī)劃、建設(shè)與實(shí)施具有重要的指導(dǎo)意義。

并網(wǎng)型能源微網(wǎng)(grid-connected energy microgrid, GCMG)是能源互聯(lián)網(wǎng)的細(xì)胞，是終端一體化集成供能系統(tǒng)的核心，是現(xiàn)代能源系統(tǒng)的重要組成部分。它就近建設(shè)在用戶端的負(fù)荷中心，采用多能互補(bǔ)和分布式多聯(lián)供的方式，運(yùn)用智能調(diào)控手段，通過微小的局域能源配網(wǎng)，將多種能源整體供給用戶，實(shí)現(xiàn)能源就地消納。它是由分布式能源、用能負(fù)荷、能源配網(wǎng)、智能調(diào)控平臺(tái)等組成的小型發(fā)配售用一體化供能系統(tǒng)，如圖1所示。

并網(wǎng)型能源微網(wǎng)具有量體裁衣的特點(diǎn)，每個(gè)項(xiàng)目都是獨(dú)一無二的，是根據(jù)具體用戶的需求和資源，提供整套的、定制的發(fā)配售用一體化綜合能源服務(wù)。常見的用戶端分布式能源包括天然氣分布式能源(natural gas distributed energy, NGDE)、光伏發(fā)電、環(huán)境源熱泵。光伏發(fā)電的容量依據(jù)用戶空閑屋頂面積和平抑白天高峰電負(fù)荷匹配。環(huán)境源熱泵根據(jù)用戶環(huán)境資源和基本冷熱負(fù)荷配置，消納一部分能源微網(wǎng)所發(fā)電力，對(duì)冷熱進(jìn)行電能替代。對(duì)于具體的項(xiàng)目，光伏和熱泵的容量均可基本確定。NGDE不僅是主力能源，還是帶動(dòng)可再生能源高比例發(fā)展的重要橋梁。常見的NGDE包括燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組及其余熱利用系統(tǒng)(combined cooling, heating and power, CCHP)、調(diào)峰電制冷機(jī)、調(diào)峰燃?xì)忮仩t等，核心是確定燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組容量且最大化利用余熱。

并網(wǎng)型能源微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性的四大影響因素是燃?xì)鈨r(jià)格、供能價(jià)格(冷熱電)、初投資、CCHP全年滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間。對(duì)于具體的項(xiàng)目，當(dāng)?shù)厝細(xì)鈨r(jià)格、供能價(jià)格是已知的，因此初投資和CCHP全年滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間就是核心的影響因素，兩者都與燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組容量密切相關(guān)?？梢?，并網(wǎng)型能源微網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的首要核心是：確定燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組容量且最大化利用余熱。當(dāng)前國家及行業(yè)規(guī)范上規(guī)定：燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組容量應(yīng)按基本電及冷熱負(fù)荷配置。然而，許多項(xiàng)目難以合理預(yù)測負(fù)荷及確定基本負(fù)荷。已有報(bào)道中[1-5]，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組容量優(yōu)化模型相當(dāng)復(fù)雜，適用范圍較小，未能有效推廣。目前，我國多數(shù)項(xiàng)目的燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組配置不合理，難以保證CCHP足夠的滿負(fù)荷高效運(yùn)行時(shí)間，能源效率低，經(jīng)濟(jì)效益差，直接導(dǎo)致了項(xiàng)目的失敗。鑒于此，本文提出了一種簡單通用的定性與定量相結(jié)合的綜合分析方法，構(gòu)建燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組容量優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，為并網(wǎng)型能源微網(wǎng)的規(guī)劃與實(shí)施提供參考。

1 系統(tǒng)簡介

根據(jù)用戶各種負(fù)荷的時(shí)空變化特征，因地制宜，天然氣、太陽能、環(huán)境熱能等多能互補(bǔ)，按照“科學(xué)用能、系統(tǒng)優(yōu)化、溫度對(duì)口、梯級(jí)利用”的思想，高效集成、優(yōu)化配置，能源就地平衡，遵循電能自發(fā)自用、余熱利用最大化的原則，以CCHP滿足較連續(xù)穩(wěn)定的基本負(fù)荷，通過調(diào)峰設(shè)備滿足最大負(fù)荷需求，最大限度發(fā)揮CCHP滿負(fù)荷高效運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)潛力，冷熱電全部在經(jīng)濟(jì)合理的范圍內(nèi)就地直供，全面優(yōu)化一次能源轉(zhuǎn)換傳遞全過程，提高能源的梯級(jí)利用和轉(zhuǎn)換效率，有序構(gòu)建綠色、低碳、安全、高效、經(jīng)濟(jì)的并網(wǎng)型能源微網(wǎng)。

本文設(shè)計(jì)的并網(wǎng)型能源微網(wǎng)如圖2所示，主要包含燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)及其余熱利用系統(tǒng)、燃?xì)忮仩t、電制冷機(jī)、光伏發(fā)電、熱泵、能源配網(wǎng)、智能調(diào)控平臺(tái)等單元。

圖1 并網(wǎng)型能源微網(wǎng)的基本組成

Fig. 1 The basic composition of grid-connected energy microgrid

圖2 并網(wǎng)型能源微網(wǎng)能量流程圖

Fig. 2 Energy flow t of grid-connected energy microgrid

2 運(yùn)行模式

1)首先，光伏發(fā)電應(yīng)適當(dāng)消平白天的高峰用電負(fù)荷，就地全部消納。

2)其次，熱泵應(yīng)優(yōu)先利用光伏、燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組所發(fā)電力，進(jìn)行冷熱的電能替代，促進(jìn)冷熱電平衡，增強(qiáng)系統(tǒng)靈活性，提高CCHP的滿負(fù)荷高效運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)潛力。

3)當(dāng)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)，必須優(yōu)先最大化利用余熱，余熱利用率應(yīng)在80%以上。

4)在并網(wǎng)型能源微網(wǎng)里，當(dāng)安全要求高且經(jīng)濟(jì)合理時(shí)，宜設(shè)置儲(chǔ)能，且儲(chǔ)能占比不應(yīng)超過小時(shí)負(fù)荷和日用能量的30%。本文重點(diǎn)是確定CCHP規(guī)模且使余熱全部實(shí)時(shí)利用，因此不考慮儲(chǔ)能。

5)最后，不足的冷熱負(fù)荷由燃?xì)忮仩t和電制冷機(jī)等調(diào)峰機(jī)組提供。

3 數(shù)學(xué)模型

3.1 目標(biāo)函數(shù)

1、判別式Ⅰ

《燃?xì)饫錈犭娐?lián)供工程技術(shù)規(guī)范》GB 51131-2016中規(guī)定：當(dāng)采用并網(wǎng)不上網(wǎng)運(yùn)行方式時(shí)，發(fā)電機(jī)組容量應(yīng)根據(jù)基本電負(fù)荷和冷、熱負(fù)荷需求確定。除數(shù)據(jù)中心等全年全天24小時(shí)具有穩(wěn)定冷(熱)電負(fù)荷的用戶外，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取設(shè)計(jì)負(fù)荷的30%作為基本負(fù)荷，且按冷、熱、電基本負(fù)荷的最小值配置發(fā)電機(jī)組容量，可得判別式Ⅰ。

(1)

式中，Pe為燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組容量;p0、h0、q0分別為設(shè)計(jì)電、熱、冷負(fù)荷。

2、判別式Ⅱ

并網(wǎng)型能源微網(wǎng)所發(fā)電量應(yīng)不小于微網(wǎng)內(nèi)部自用電量，可得：

(2)

根據(jù)能量守恒可得：

(3)

責(zé)任編輯：lixin

免責(zé)聲明：本文僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn)，與本站無關(guān)。其原創(chuàng)性以及文中陳述文字和內(nèi)容未經(jīng)本站證實(shí)，對(duì)本文以及其中全部或者部分內(nèi)容、文字的真實(shí)性、完整性、及時(shí)性本站不作任何保證或承諾，請(qǐng)讀者僅作參考，并請(qǐng)自行核實(shí)相關(guān)內(nèi)容。

我要收藏

個(gè)贊