區(qū)域型分布式供能系統(tǒng)優(yōu)化配置研究取得成果

按照應用對象的不同，分布式供能系統(tǒng)可分為樓宇型和區(qū)域型兩種。樓宇型系統(tǒng)是指向一棟樓宇或一個單位供能的系統(tǒng)，供能對象包括賓館、醫(yī)院、商場、辦公樓等。區(qū)域型系統(tǒng)一般規(guī)模比較大，是指向一個區(qū)域內多個單位供能的系統(tǒng)，供能對象包括工業(yè)園區(qū)、商住區(qū)等。目前，我國正處于工業(yè)化和城市化同步快速發(fā)展的進程中，各種工業(yè)、商業(yè)和高科技園區(qū)多統(tǒng)一規(guī)劃建設，這為區(qū)域型系統(tǒng)的推廣應用提供了難得的歷史機遇。但是，由于傳統(tǒng)的容量優(yōu)化、選址優(yōu)化、傳輸網(wǎng)絡優(yōu)化、生產調度優(yōu)化問題的復雜性，目前可用的區(qū)域型系統(tǒng)優(yōu)化配置方法、軟件少，已有研究也存在系統(tǒng)結構簡單、設備單元模型粗略、模型通用性差、自動化程度差等問題。

為解決此問題，能源動力研究中心的研究人員在多年積累的單個能源站系統(tǒng)全工況優(yōu)化配置方法基礎上，應用超結構方法并結合區(qū)域能源規(guī)劃理論，發(fā)展出了兩種類型的區(qū)域型分布式供能系統(tǒng)優(yōu)化配置模型。第一種模型針對分散布置型(圖1(a))，即供能系統(tǒng)分散布置在各建筑物內部，建筑物內系統(tǒng)產生的能量首先滿足自身需求，多余的能量通過供能網(wǎng)絡輸送給其它建筑物。另一種模型針對集中布置型(圖1(b))，即供能系統(tǒng)布置在建筑物之外，在距離建筑物較遠的能源站內進行中壓電和蒸汽的生產，在靠近建筑物的分配站內進行低壓電、冷水和熱水的生產，各種能量通過相應的供能網(wǎng)絡在能源站、分配站、建筑物之間輸送(圖2)，最終滿足各建筑物的負荷需求。這兩種優(yōu)化配置模型具備以下共同特點：1)能夠實現(xiàn)能源站站點、系統(tǒng)形式、設備臺數(shù)和容量，以及能源輸送網(wǎng)絡的自動選擇和參數(shù)優(yōu)化;2)在配置優(yōu)化中同時考慮運行優(yōu)化;3)在快速求解的同時，保證相對精確的模型構造和參數(shù)，如對主機設備考慮部分負荷率和環(huán)境溫度的影響，使優(yōu)化配置結果可靠;4)除燃氣輪機、內燃機、余熱鍋爐、吸收式制冷機等常用技術外，還納入了可再生能源技術和蓄能技術。利用發(fā)展的模型，以廣州市某商住區(qū)為研究對象，開展了區(qū)域型分布式供能系統(tǒng)優(yōu)化設計案例研究，驗證了兩種模型的可行性和有效性。研究亦表明，在給定的條件下，兩種區(qū)域型系統(tǒng)均可帶來顯著的經(jīng)濟效益：與傳統(tǒng)的“市電+燃氣鍋爐+電制冷機”供能方式相比，前者每年可節(jié)省25%的費用，后者每年可節(jié)省14%的費用，兩種系統(tǒng)增加的投資費用均可在3年內收回。

相關的兩篇論文近期發(fā)表在英文學術期刊Energy上。

圖1 兩種區(qū)域型分布式供能系統(tǒng)示意圖

圖2 集中布置型系統(tǒng)能源輸送網(wǎng)絡示意圖