區(qū)域型分布式供能系統(tǒng)優(yōu)化配置研究取得新成果

按照應(yīng)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(nèi)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(jìn)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(shè)，這為區(qū)域型系統(tǒng)的推廣應(yīng)用提供了難得的歷史機(jī)遇。但是，由于傳統(tǒng)的容量優(yōu)化、選址優(yōu)化、傳輸網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化問題的復(fù)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(jié)構(gòu)簡單、設(shè)備單元模型粗略、模型通用性差、自動化程度差等問題。

為解決上述問題，中國科學(xué)院工程熱物理研究所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(chǔ)上，應(yīng)用超結(jié)構(gòu)方法并結(jié)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(nèi)部，建筑物內(nèi)系統(tǒng)產(chǎn)生的能量首先滿足自身需求，多余的能量通過供能網(wǎng)絡(luò)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(yuǎn)的能源站內(nèi)進(jìn)行中壓電和蒸汽的生產(chǎn)，在靠近建筑物的分配站內(nèi)進(jìn)行低壓電、冷水和熱水的生產(chǎn)，各種能量通過相應(yīng)的供能網(wǎng)絡(luò)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(fù)荷需求。這兩種優(yōu)化配置模型具備以下共同特點：1)能夠?qū)崿F(xiàn)能源站站點、系統(tǒng)形式、設(shè)備臺數(shù)和容量，以及能源輸送網(wǎng)絡(luò)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(yùn)行優(yōu)化;3)在快速求解的同時，保證相對精確的模型構(gòu)造和參數(shù)，如對主機(jī)設(shè)備考慮部分負(fù)荷率和環(huán)境溫度的影響，使優(yōu)化配置結(jié)果可靠;4)除燃?xì)廨啓C(jī)、內(nèi)燃機(jī)、余熱鍋爐、吸收式制冷機(jī)等常用技術(shù)外，還納入了可再生能源技術(shù)和蓄能技術(shù)。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(shè)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(jì)效益：與傳統(tǒng)的“市電+燃?xì)忮仩t+電制冷機(jī)”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(nèi)收回。

兩篇相關(guān)論文近期已發(fā)表在學(xué)術(shù)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(luò)示意圖

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