工業(yè)園區(qū)綜合能源系統解決方案_第1頁
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文檔簡介

3。2424uu我國自然資源稟賦與經濟中心呈現逆向分布。同時,高滲透率可再生能源大規(guī)模并網、電力電子設備廣泛應用、區(qū)域電網互聯規(guī)模不斷擴大。地域能源分布情況石油(陸上東北和華天然氣(陸上西北占3用技術的進步以及信息采集傳輸、大規(guī)模計算分析成本的降低為跨越多時空尺度的多能源供用能鏈條縱向(階段)與橫向(范圍)集成優(yōu)化提34高新區(qū)/技術/酒店/寫字樓?海島在供用能系統自身矛盾和外部技術進步內外因素的綜合作用下,多能互補集成優(yōu)化成為我國能源革命的重要抓手和突破口,是未來能源發(fā)展轉型變革的方向。面向終端用戶電、熱、冷、氣等多種用能需求,以常規(guī)能源和新能源協同高效利用為特征的園區(qū)級綜合能源系統是其中重要的一環(huán)。u系統模式:園區(qū)綜合能源系統是面向終端用戶電、熱、冷、氣等多種用能需求,因地制宜、統籌開發(fā)、互補利用傳統能源和新能源,優(yōu)化布局建設一體化集成供能基礎設施,通過天然氣熱電冷三聯供、分布式可再生能源和能源智能微網等方式,實現多能協同供應和能源綜合梯級利用。6u園區(qū)綜合能源系統是構建互聯網智慧能源系統的重要任務之一,對于清潔低碳、安全高效現代能源體系具有重要的現實意義和深遠的戰(zhàn)略意義。771)在新城鎮(zhèn)、新產業(yè)園區(qū)、新建大型公用設施、商務區(qū)和海島地區(qū)等新增源與分布式能源協同開發(fā)利用,優(yōu)化布局電力、燃氣、熱力、供冷、供水管廊等基礎設施,通過天然氣熱電冷三聯供、分布式可再生能源和能源智能微網等方式實現多能互補和協同供應,為用戶提供高效智能的能源供應和相關2)在既有產業(yè)園區(qū)、大型公共建筑、居民小區(qū)等集中用能區(qū)域,實施供能以及工業(yè)副產品、生活垃圾等能源資源回收8動項目升級改造和系統整合,啟動第一批示范工程建設?!笆濉逼陂g,建成國家級終端一體化集成供能示范工程20項以上,國家級風光水火儲多能互補示范工程端一體化集成供能系統比例達到50%左右,既有產業(yè)園區(qū)實施能源綜合梯級利用改3。9494圍繞園區(qū)綜合能源系統,圍繞園區(qū)綜合能源系統,已有多個實際示范工程,進行相關關鍵技術研究及工程應用。1.中德生態(tài)園科技項目中德生態(tài)園位于山東青島經濟技術開發(fā)區(qū)國際生態(tài)智慧城內,定義為高端生態(tài)示范區(qū)、技術創(chuàng)新先導區(qū),高端產業(yè)集聚區(qū)。其中分布式能源站滿足幸福社區(qū)供熱、德國中心南區(qū)和北區(qū)供冷供熱,采用“自發(fā)自用,余電上網”的并網模式。1.中德生態(tài)園科技項目技術方案中德生態(tài)園系統以燃氣冷熱電分布式能源技術為核心,采用2臺625kW的燃氣內燃機和1臺1358kW的余熱鍋爐,結合1臺406kW的地源熱泵、1臺1711kW螺桿式水冷冷水機組、3臺20t/h燃氣熱水鍋爐及1臺1200kW熱水溴冷機等設備構成整體方案。按照能源規(guī)劃,在中德生態(tài)園區(qū)共建設6+1個分布式能源站,分布式能源站的位置的設置基本按照供能分區(qū)考慮和建設進度規(guī)劃,在每一個供能分區(qū)區(qū)塊的負荷中心規(guī)劃設置一個分布式能源站;在項目的中心規(guī)劃設置一個區(qū)域分布式圍繞園區(qū)綜合能源系統,圍繞園區(qū)綜合能源系統,已有多個實際示范工程,進行相關關鍵技術研究及工程應用。2.北京燃氣集團指揮調度中心大樓北京燃氣集團指揮調度中心大樓(簡稱燃氣大樓)位于北京市西直門南小街官園青年宮北側,是北京市天然氣管網的監(jiān)控和調度中心,同時具備天然氣用戶報裝、報修、IC卡結算以及輔助辦公等多項功能的建筑。大樓建筑面積32800m2,建筑物高度42m,地上十層,地下二層。2.北京燃氣集團指揮調度中心大樓技術方案北京市燃氣集團在新建的指揮調度中心大樓建設以天然氣為燃料的燃氣發(fā)電、供熱、供冷的三聯供系統,滿足大樓用電、采暖、空調的需要。建成后的北京燃氣大樓三聯供系統是北京的首個三聯供示范項目。該項目于2003年建成,從2004年8月試運行成功以后,一直運行穩(wěn)定,確保了北京燃氣大樓在空調、燃氣大樓三聯供系統采用2臺(725kW、480kW)燃氣內燃發(fā)電機組,分別與2臺(200萬大卡、100萬大卡)煙氣熱水型余熱直燃機直接對接,在天然氣做功發(fā)電的同時產生余熱。其中,煙氣(約460℃)通過三通閥(調節(jié)型)進入余熱直燃機的高溫發(fā)生器,作為余熱直燃機的高溫熱源;缸套水在夏季進入余熱直燃機的低溫發(fā)生器,在冬季進入板式換熱器與供熱回水換熱。通過余熱直燃機在夏季產生7~12℃的冷水,在冬季產生50~60℃的溫水。系統運行時優(yōu)先利用煙氣和缸套水中的熱量滿足大樓冷、熱負荷的需要,如果余熱量不夠,將采用余熱直燃機組補燃解決。圍繞園區(qū)綜合能源系統,圍繞園區(qū)綜合能源系統,已有多個實際示范工程,進行相關關鍵技術研究及工程應用。3.北京高速鐵路南站CCHP項目北京南站能源中心供能范圍為14萬平米,包括12萬平米的站房面積和2萬平米左右的寫字樓,設計冷負荷北京南站冷熱電三聯供技術的應用通過能源的梯級利用使天然氣的最高使用效率從50%提高到90%以上,可滿足北京南站總用電量的48.7%。3.北京高速鐵路南站CCHP項目技術方案南站能源供應方式采用:燃氣冷熱電三聯供系統與污水熱泵相結合的能源系統,動力站采用2臺1570kW的燃氣內燃發(fā)電機組,與兩臺1620kW的煙氣熱水型余熱吸收式空調機組直接對接。能源站總投資7000多萬元。南站主站房屋頂大面積采用太陽能光伏發(fā)電系統,總裝機容量300kW,投資約5000萬元。在夏季,天然氣發(fā)電承擔基本電力負荷,不足部分由市電提供,發(fā)電煙氣和部分缸套水余熱進入煙氣熱水吸收機制冷,不足的冷量由污水源熱泵提供,吸收機利用后的低溫煙氣進入煙氣熱回收器,換出熱水和發(fā)電機缸套水一塊送入站外辦公樓除濕系統的再生器;在冬季,煙氣吸收機按照熱泵模式運行,回收煙氣冷凝熱回收器回收的冷凝熱,不足部分由污水源熱泵提供。圍繞園區(qū)綜合能源系統,圍繞園區(qū)綜合能源系統,已有多個實際示范工程,進行相關關鍵技術研究及工程應用。4.長沙黃花國際機場能源中心長沙黃花國際機場分布式能源站項目是湖南省第一個分布式能源項目,也是我國民航系統第一個采用BOT方式建設的能源供應項目,實現了分布式能源從項目開發(fā)到設計、建設、商業(yè)化運營的一體化服務模式。4.長沙黃花國際機場CCHP項目技術方案分布式能源站主要為15.4萬m2新建航站樓提供全年冷、熱以及部分電力供應。能源站采用以燃氣冷熱電分布式能源技術為核心,結合常規(guī)直燃機、離心式電制冷機組、燃氣鍋爐、熱泵及冰蓄冷(二期工程)等先進能源技術。設計總規(guī)模為27MW制冷量,18MW制熱量和2×1160KW發(fā)電量。能源站一期配備2×1160kW的燃氣內燃發(fā)電機組、2×4652kW的煙氣熱水型余熱直燃機、1×4652kW的燃氣直燃機、2×4571kW水冷離心式制冷機組、1×2.8MW燃氣熱水鍋爐。發(fā)電機所發(fā)電力采用并網不上網的方式運行,供給能源站及黃花機場新航站樓。黃花機場分布式能源站實現了能源的梯級利用,先將燃氣燃燒產生的高溫熱能轉化為高品位的電能,然后再將發(fā)電后的中低品位熱能回收利用,用于航站樓的冷熱供應。與常規(guī)能源供應方式相比,一次能源節(jié)能率約41%,年節(jié)約標煤3640噸,年二氧化碳減排量為8956噸。圍繞園區(qū)綜合能源系統,圍繞園區(qū)綜合能源系統,已有多個實際示范工程,進行相關關鍵技術研究及工程應用。5.廣州大學城分布能源項目廣州大學城能源站項目位于廣州市番禺區(qū)南村鎮(zhèn),與廣州大學城一江之隔,占地面積11萬平方米,是廣州大學城配套建設項目,為廣州大學城18平方公里區(qū)域提供冷、熱、電三聯供,也是全國最大的分布式5.廣州大學城分布能源項目技術方案一期項目包括LNG燃氣—蒸汽聯合循環(huán)機組及配套設施、熱水制備站、冷凍站等。能源站以天然氣為一次能源,通過燃氣-蒸汽聯合循環(huán)機組發(fā)電。燃氣-蒸汽聯合循環(huán)機組發(fā)電工作原理是由兩臺燃氣輪機和一臺發(fā)電機組成--兩臺燃氣輪機燃機效率可達39%,排出的479℃煙氣進入余熱鍋爐循環(huán)利用。余熱鍋爐再生產出蒸汽供應給汽輪發(fā)電機進行發(fā)電。發(fā)電后的尾部煙氣余熱再生產高溫熱水,制造生活熱水和空調冷凍水。圍繞園區(qū)綜合能源系統,圍繞園區(qū)綜合能源系統,已有多個實際示范工程,進行相關關鍵技術研究及工程應用。6.廊坊市新朝陽泛能微網項目廊坊市新朝陽泛能微網共包含4個用戶:熱力三處、華航、新朝陽和樂晟,服務面積共40萬平方米,微網充分利用原有用戶的設備,并在原有系統基礎上進行優(yōu)化重組,實現各個用戶的互聯互通、能量的傳輸、調配和交易。6.廊坊市新朝陽泛能微網項目技術方案設置一座分布式能源站,地下獨立布置,減少噪音、振動等影響。與簡單煤改氣相比,泛能網建成后每年可實現Nox減排7150噸,SO2減排3360噸,粉塵減排2860噸。能源站設兩臺功率為800kW的燃氣發(fā)電機組和1臺2100kW的余熱鍋爐,發(fā)電機出口電壓0.4kV,升壓后通過10kV電力電纜分別接入熱力三處原有變配電間兩段10kV母線。在冬季工況下,熱力三處燃氣內燃機余熱和燃氣鍋爐產蒸汽為區(qū)域提供主熱源,除滿足自身需求外,供給華航和樂晟商城供熱,新朝陽項目由于采用蓄熱電鍋爐,可以根據運行時段的成本來選擇給自己供熱或利用熱力三處的熱源。夏季,樂晟和新朝陽采用電制冷+蓄冰供冷,運行的經濟性明顯好于燃氣鍋爐+蒸汽溴冷機,滿足新朝陽、樂晟、熱力三處的供冷需求,不足部分由熱力三處的蒸汽溴冷機補充。圍繞園區(qū)綜合能源系統,圍繞園區(qū)綜合能源系統,已有多個實際示范工程,進行相關關鍵技術研究及工程應用。7.某機場航站樓供能系統7.某機場航站樓供能系統圍繞園區(qū)綜合能源系統,圍繞園區(qū)綜合能源系統,已有多個實際示范工程,進行相關關鍵技術研究及工程應用。8.蘇州協鑫工研院”六位一體“項目綜合利用天然氣熱電冷聯產、太陽能、風能、低位熱能、儲能多種能源形成工業(yè)園區(qū)綜合能源系統,通過多種能源之間的有機結合和相互轉換,最經濟、高效、可靠、環(huán)保地提供用戶的能源供應方式,如電能、采暖、制冷、生活熱水、蒸汽等。8.蘇州”六位一體“項目能源控制調度策略能源使用調度遵循”安全有限、低碳優(yōu)先、經濟優(yōu)先、需求優(yōu)先”的五大原則,實現能源安全、清潔、高效、低碳利用,全面提升能源品質。安全優(yōu)先微電網調度首先需保證微電網接入系統和自身的安全運行低碳優(yōu)先風能、光伏發(fā)電等清潔能源首先利用,”自發(fā)自用、余電上網效率優(yōu)先以熱定電,梯級利用,充分利用余熱資源,提高=能源利用效率經濟優(yōu)先通過不同能源經濟測算模型,優(yōu)選最經濟的運行方式需求優(yōu)先優(yōu)先調控需求側用戶,保證電源側穩(wěn)定六位項目推廣意義蘇州協鑫六位項目推廣意義蘇州協鑫因地制宜,創(chuàng)新機制。本項目在可再生能源貧乏的城市電網實施,選擇多種新能源功能的微電網方式,提高能源消耗清潔指數高,電價承受能力強的工業(yè)園區(qū)、建筑物實施,有積極推廣意義;多能互補,自成一體。通過智能調度管理,優(yōu)先低碳調度,以光伏、風力優(yōu)先,多余能源進行儲存,需求側相應,降負荷削峰;能效調度,以熱定電;探索園區(qū)微網的抗擾動性能力研究,為示范推廣積累經驗;技術先進、經濟合理。采用多種分布式新能源供能,智能調度,符合政策對新典型示范、易于推廣。項目為實施結合了風電、光電、天然氣分布式供能及儲能,采用模塊化典型設計,作為探索新能源園區(qū)微電網應用推廣項目研究。圍繞園區(qū)綜合能源系統,圍繞園區(qū)綜合能源系統,已有多個實際示范工程,進行相關關鍵技術研究及工程應用。9.欣旺達博羅工業(yè)園區(qū)項目項目集研發(fā)、設計、生產、銷售等于一體9.欣旺達博羅工業(yè)園區(qū)項目項目集研發(fā)、設計、生產、銷售等于一體,產品涵蓋手機數碼、筆記本電腦、電動工具、電動自行車、大型電動汽車、光伏儲能動力電池模組和精密結構件、高端觸摸屏及相關上下游產業(yè)和產品。項目規(guī)劃分三期建設,一期已建成投產。預計三期全面建成后用工可達2萬多人,年產值500億元,年創(chuàng)稅18億元9.欣旺達博羅工業(yè)園區(qū)結構:風光儲系統和冷熱聯供系統9.欣旺達博羅工業(yè)園區(qū)結構:風光儲系統和冷熱聯供系統風光儲發(fā)電系統:負責園區(qū)重要電負荷的電能供應。冷熱電聯供系統:(1)調控燃氣機滿足風光儲發(fā)電系統的額外電功率需求:(2)利用剩余的可調度功率,盡可能地滿足園區(qū)的冷/熱負荷需求。3。44綜合能源系統集冷/熱/電/氣多種能源的生產、輸送、分配、轉換、存儲等環(huán)節(jié)于一體,是一個冷/熱/電/氣等多種能流相互耦合的復雜系統,系統內可再生能源和負荷的波動性,系統內可能存在多利益主體,使得能量供需平衡的調控變得相當復雜。傳統集中式的EMS管理系統難以滿足綜合能源系統協同互補與多利益主體的要求,因而需要研究“分布自治”和“集中協調”的分層分布式的協調控制方法。。工業(yè)園區(qū)綜合能源系統協調控制方法總體圖n工業(yè)園區(qū)內綜合能源提供商負責工業(yè)園區(qū)內的供冷、供熱、供電、供氣等以及其他輔助服務,以獲取收益。綜合能源提供商通常會配置光伏、風機、CCHP發(fā)電等分布式發(fā)電設備以及蓄冷、蓄熱、電儲能等儲能設備,相當于一個集成的綜合能源發(fā)供能單元。綜合能源提供商將自身供發(fā)部分提供給園區(qū)內的廠區(qū)用戶,供電不足時可通過聯絡線向外界電網公司購電,但不可超過聯絡線最大值允許值。n綜合能源提供商通過CCHP、燃氣鍋爐、冰蓄冷系統等產熱、產冷并通過園區(qū)內鋪設的熱力管道、冷水管道提供給工廠用戶使用。綜合能源提供商負責監(jiān)控工業(yè)園區(qū)內電網、熱網、冷網的運行狀態(tài),保障工業(yè)園區(qū)類各類能源的供需平衡,為用戶提供服務,獲取收益,發(fā)布負荷需求。其主要執(zhí)行機構為安裝在綜合能源提供商主站內部的綜合能源管理系統。n工廠用戶是從綜合能源提供商接收能源供應的一方,是綜合能源提供商的主要服務對象,具有冷、熱、電、氣的需求。按照需求響應互動響應能力可劃分為:柔性負荷用戶和剛性負荷用戶。其中,柔性負荷用戶可在電力負荷高峰時,改變自身的用電、用能行為習慣,負荷響應DR和IDR事件,來實現園區(qū)綜合能源系統內的供能平衡,起到削峰填谷、輔助備用的功能。與此同時,互動用戶可在響應過程中,獲得一定的互動補償。n外界電網公司負責向園區(qū)綜合能源提供商提供電能。當綜合能源提供商的自發(fā)電量無法滿足園區(qū)內工廠用戶需求時,外界電網公司負責向其輸送缺額的電能。n出于公平、公正考量,需要引入第三方監(jiān)管機構,其獨立于綜合能源提供商、電網公司、工廠用戶、需求響應聚集商等,在國內通常為政府所設監(jiān)督機構部門。由于涉及到冷、熱、電、氣等多能間的生產、分配、輸送、交易等過程,涉及到多方利益,為了保證各方公平、公正地參與協調控制業(yè)務,需要對該過程中參與方的行為進行監(jiān)管。n需求響應聚集商,負責將工業(yè)園區(qū)內分散并且不滿足最小需求響應互動參與量約束的用戶的需求響應可調資源聚合起來,進行打包管理。工廠用戶可以需求響應聚集商的服務情況、經營狀況、價格高低等方面選擇合適的需求響應聚集商。u工業(yè)園區(qū)綜合能源系統協調控制的功能需求主要包括工廠內部能源優(yōu)化管理、互動響應資源管理、園區(qū)內能源優(yōu)化管理、事件管理、綜合能效管理等工業(yè)園區(qū)綜合能源系統協調控制功能需求u1)工廠內部能源優(yōu)化管理。應能為工廠用戶提供該工廠內冷、熱、電、氣等多能信息的采集與監(jiān)測、工廠內部負荷預測、工廠所裝風機、光伏等新能源發(fā)電出力預測、工廠內可控資源的優(yōu)化計算與管理、互動可調能力的上報。工廠內部能量優(yōu)化管理應根據所采信息對負荷進行預測、可再生能源出力u2)互動響應資源管理。應能對綜合能源提供商側和工廠用戶側的資源進行管理。對工業(yè)園區(qū)綜合能源系統內的需求信息進行實時監(jiān)測。掌握工業(yè)園區(qū)u3)工業(yè)園區(qū)多能優(yōu)化管理。應能為園區(qū)綜合能源提供商提供該工業(yè)園區(qū)內冷、熱、電、氣等多能信息的采集與監(jiān)測、工業(yè)園區(qū)內部負荷預測、綜合能源商側所裝風機、光伏等新能源發(fā)電出力預測、工業(yè)園區(qū)內可控資源的優(yōu)化計算、電網聯絡線的峰值監(jiān)控。工業(yè)園區(qū)多能優(yōu)化管理管理應根據配電終端、冷熱終端所采集信息對負荷進行預測、可再生能源出力進行預測,并制定切實可行的優(yōu)化控制策略。在工業(yè)園區(qū)內峰值較高,工業(yè)園區(qū)與上級電網的聯絡線的峰值功率可能越限的情況下,采用自身直調電儲能或要求工廠用戶u4)事件管理。應實現根據需求響應互動機制方案對需求響應事件進行管理,綜合考慮綜合能源提供商側和工廠用戶側的資源,對工業(yè)園區(qū)綜合能源系統的需求響應方案的制定、發(fā)布、互動量的認取、互動量的執(zhí)行、需求響應在理想情況下,工廠用戶、園區(qū)綜合能源提供商側的配電終端、冷熱終端等監(jiān)控設備均可對冷、熱、電、氣的狀態(tài)信息進行準確無誤的采集,雙方配置的能源優(yōu)化管理系統對多能負荷、可再生能源出力等作出準確無誤的預測分析,負荷側用能不產生較大波動。此種情況下,工廠用戶、綜合能源提供商均各自按照自身利益最大化的目標執(zhí)行,此時無需需求響應項目的執(zhí)行與發(fā)布。工業(yè)園區(qū)綜合能源系統協調控制的體系架構圖模型說模型說明 工業(yè)園區(qū)綜合能源系統集冷/熱/電/氣多種能源的生產、輸送、分配、轉換、存儲等環(huán)節(jié)于一體。工業(yè)園區(qū)綜合能源系統內部包含電力系統、熱力系統、制冷系統、天然氣系統等子能源系統多種能源的耦合度較強,以及各類能源的生產設備、轉換設備、消費設備等設備單元,設備種類復雜。產能設備模型模模型說明光伏模型太陽能光伏發(fā)電系統是一種最為常見的分布式發(fā)電系統。光伏的出力大小與太陽光照強度、空氣清潔程度、設備的運行狀況、溫度以及光伏本身的性能參數有關。當光伏采用最大功率點跟蹤控制(MGCC)策略時,其輸出功率的大小可由下式表示標準實驗條件下的測試出力,GAC為光照強度,GSTC為標準光照強度,k是溫度系數,TC為光伏發(fā)電的實際現場工作溫度,Tr為參考溫度值。柴油發(fā)電機模型柴油發(fā)電機也是目前綜合能源系統中常見的一種發(fā)電機,并且可起緊急事故備用作用,并可為黑啟動提供頻率支撐。其模型描述了所消耗的燃料與輸出功率間的數量關系。其出力特性可由下式進其中,F0是柴油發(fā)電機燃料曲線的截距系數,F1是燃料曲線的截距,YDG是柴油發(fā)電機的額定容量,PDG為單臺柴油發(fā)電機的實際出力。模型模型說明風機模型風力發(fā)電機(WindTurbine,WT)的輸出功率與其安裝的地點位置、風速、海拔高速以及風機自身的參數等因數有關。典型風機的出力特性如圖所示。其輸出功率特性需將切入風速、額定風速、切出風速等參數考慮入內。若外界環(huán)境風速小于風機的切入風速時,風機不啟動,無輸出。當外界風速介于切入風速和切出風速區(qū)間時,風機有輸出。當風速大于額定風速,小于切出風速時,風機對外輸出近似為額定功率。若風速大于切出風速時,將風機切除。其輸出功率表達式如公式所示。其中,PWT(vi)、PWT(vi+1)為對應風速大小vi與vi+1時的風機的出力。產能設備模型模模型說明燃氣輪機模型進行發(fā)電的設備。按照功率容量大小可劃分為:大中型燃氣輪機、輕型燃氣輪機以及微燃機等。相較于傳統燃煤火電機組,燃氣輪機產生的硫化物、煙塵、氮氧化物更少。近年,隨著環(huán)保意識的增強,燃氣輪機發(fā)電在發(fā)電單元的占比不斷加大。其電出力與輸入的天然氣熱值間的對應關系模型可表示如下其中,FPGU為輸入燃氣輪機的天然氣對應總熱值,FPGU為輸入聯供機組的對應熱值,Pv為燃氣輪機的電出力值。燃氣鍋爐模型燃氣鍋爐是一種典型的通過消耗輸入的天然氣進行產生熱能的設備。其熱出力與輸入的天然氣熱值間的對應關系模型可表示如下:其中,FGB為輸入燃氣鍋爐的天然氣對應總熱值FGB轉換設備模型模模型說明電制冷設備模型電制冷設備消耗電能為用戶提供冷能,常用的制冷設備有家庭戶用空調、中央電空調等。其制冷量與輸入電能之間的轉換效率間對應關系可采用能效比來進行描述。需要注意的是,能效比值與設備的運行工況有關,并不是固定值。其電-冷之間的轉換關系可表示為下式其中,QEC為電制冷設備輸出的冷功率電制熱設備模型電制熱設備消耗電能為用戶提供熱能,其電能-冷量之間的轉換對應關系可表示為公式:其中,QHP為電制熱設備輸出的熱功率,COPHP為電制熱設備的能效比為電制冷設備電功率。轉換設備模型模模型說明余熱鍋爐模型余熱鍋爐可將燃氣輪機廢氣中的熱量進行回收,并產生高溫蒸汽或熱水,是綜合能源系統實現能量梯級利用的一個重要設備,其輸入的廢氣中的熱量與產生的熱水及高溫蒸汽中熱量的ηWH為余熱鍋爐效率,QWH為余熱鍋爐輸入的熱功率大小。其中,為吸收式制冷機輸出的冷功吸收式制冷機模型其中,為吸收式制冷機輸出的冷功吸收式制冷機利用某些具有特殊工質的制冷劑,通過該制冷機的氣化過程吸收熱量,從而達到對外制冷的效果。目前,常用的溴化鋰吸收式制冷就是其中的一種典型代表,其通過回收余熱進行制冷,提供給用戶使用。其吸收余熱與對外的制冷量間的關系可率,COPAC為吸收式制冷機的熱冷比,為吸收式制冷機輸入的熱功率。換熱器模型換熱器是將較高溫度流體的熱量傳送交換給較低溫度流體的一種設備。按照二者間交換能量的流體的形式進行劃分,主要可分為:煙氣式換熱器和蒸汽式換熱器。兩側高低溫流體之間的交換關系可由下式進行描述?!?.2工業(yè)園區(qū)綜合能源系統模型構建】儲能設備模型儲能設備是綜合能源系統中一種重要的設備,可對能量在時間維度上進行轉移。一、當前新能源發(fā)電設備大量接入電力系統,儲能可有效平抑間歇性電源的波動,增強電網的調峰、調頻能力,促進可再生能源的消納。二、減小電力系統負荷峰谷差的大小,提高電力設備的整體利用率和使用年限,減緩相關設備的升級改造。模模型說明電儲能系統模型電儲能系統是目前應用最廣泛的儲能系統。目前,電儲能系統的種類很多,其基本的充、放電功率、剩余容量模型可由下列公式表示。其中、為電儲能系統充放電前后的剩余能量,σES為電儲能系統的自損失率,PES,C為電儲能系統的充電功率,ηES,C為電儲能系統的充電效率,PES,D為電儲能系統的放電功率,ηES,C為電儲能系統的放電效率,γES,C為電儲能系統最大充電倍率,γES,D為電儲能系統的最大放電倍率,CapES為電儲能系統的額定容量,WWES,max電儲能系統的最小允許容量和最大允許容模模型說明儲能設備模型蓄冷系統模型蓄冷系統也是一種常見的儲能系統。通常,蓄冷系統可分為冰蓄冷系統和水蓄冷系統。水蓄冷系統的造價相對較低,經濟性強,其缺點是占地面積較大,而且舒適性也不如冰蓄冷系統。較于水蓄冷系統,冰蓄冷系統的占地面積較小,適用于土地資源相對缺乏的用戶,并且可以與低溫送風技術相結合,明顯降低室內空氣濕度,提高人體舒適度。目前,冰蓄冷系統被廣泛應用與一些高檔賓館及辦公大樓。典型的冰蓄冷系統由雙工況主機、基載主機、蓄冰池及相應的水循環(huán)系統組成。其中,雙工況主機既可制冷,又可制冰,但不可同時工作在兩種模式下,其處在制冷模式下的效率較一般的基載主機略低?;d主機的作用是:當雙工況主機處于制冰模式時,其負責制冷供給冷負荷。蓄冰池負責將制好的冰進行存儲,當需要融冰釋冷時,其可供給相應的冷能。其中,QIS,ice為雙工況制冷機的制冰冷功率COPIS,ice為雙工況制冷機制冰時的能效比,QIS,cooling為雙工況制冷機的制冷冷功率,COPIS,cooling為雙工況制冷機制冷時的能效比,PIS為輸入雙工況制冷主機的電儲能設備模型模模型說明蓄冷系統模型蓄冰池負責冰量的儲存,蓄冰前后,蓄冰池內的冰量的變化情況可由下式進行表示。的剩余能量,σIS為冰蓄冷系統的自損失率,冷系統的制冰效率,QIS,D為冰蓄冷系統的融冰為冰蓄冷系統最大制冰倍率,γIS,D為冰蓄冷系統的最大融冰倍率,CapIS為冰蓄冷系統的額定容量,WIS,min,WIS,max許容量和最大允許容量。儲能設備模型模模型說明蓄熱設備模型隨著技術的發(fā)展,蓄熱設備(Thermalstorage,TS)也被廣泛應用于綜合能源系統中。在目前進行的火力發(fā)電靈活性改造中,蓄熱設備被視為增加火力發(fā)電機組靈活性的一個重要手段,其原理和模型與蓄冷設備類似,可由如下公式進行表示。其中,、為蓄熱系統蓄熱、放熱前后的為蓄熱系統的蓄熱熱功率,ηTS,C為蓄熱系統的蓄熱效率,QTS,D為蓄熱系統的放熱熱功率,ηTS,C為蓄熱系統的放熱效率,γTS,C為蓄熱系統最大蓄熱倍率,γTS,D為蓄熱系統的最大放熱倍率,CapTS為蓄熱系統的額定容量,WTS,min,WTS,max蓄熱系統的最小允許容量和最大允許容CCHP模型模模型說明CCHP三聯供模型CCHP系統的內部能量流動冷、熱、電三聯供系統(Combined內部的能量流動為:一部分天然氣輸入燃氣輪機或微燃機,燃氣輪機或微燃機進行高溫燃燒產生蒸汽進行發(fā)電,滿足用戶部分用電需求。并通過吸收式制冷機或余熱鍋爐將其產生的余熱進行回收,滿足用戶的冷、熱需求。若用戶的熱需求較大,另一部分天然氣還可輸入燃氣鍋爐,由燃氣鍋爐補燃產生相應的熱量供給用戶。從天然氣流向角度,可進行分析和建模。其能量流動示意圖如圖所示。天然氣主要輸入燃氣鍋爐和燃氣輪機,其表達式可如公式所示。CCHP模型模模型說明CCHP三聯供模型對CCHP機組,可分為定熱電比(如背壓式機組)和變熱電比(如抽凝式機組)2種類型。其等效模型分別如公式(1)及公式(2)所示。定熱電比的CCHP的電出力PCCHP和QCCHP關系為變熱電比的CCHP的熱電比是可變的,在某運行方式下,滿式中,αCCHP為定熱電比的CCHP式中,Pcon為變熱電比的CHP在的熱電比、PCCHP、QCCHP分別為純冷凝方式下的電出力、Z為一CCHP的電、熱出力。常數,為熱出力與因抽汽減少的電出力的比值。在CCHP系統中,實現了能量的梯級利用,例如高溫段熱能(1000℃以上)用來發(fā)電,中溫段熱能(100℃-500℃)用來驅動熱泵或吸收式制冷機用來向用戶供冷供熱,低溫段熱能(100℃左右)可用來除濕、供熱、向用戶提供生活熱水等。運行優(yōu)化研究運行優(yōu)化研究典型工業(yè)園區(qū)綜合能源系統能流圖工業(yè)園區(qū)綜合能源系統整合集成了電力系統、天然氣系統、熱力系統等能源子系統,各子系統間呈強耦合特性,其中,電力系統是綜合能源的核心系統。典型的綜合能源系統的能源流動示意圖如圖所示。綜合能源系統內部子能源系統——電力集成了光伏發(fā)電、風力發(fā)電、燃氣發(fā)電等發(fā)電單元,配置先進的儲能系統,并與外電網通過聯絡線進行聯接。故綜合能源系統可通過內部集成發(fā)電單元進行供電,滿足負荷需求。綜合能源系統內配置的電制冷設備可將電能轉換為冷能供給用戶,并可將部分冷能儲存在蓄冷設備中。吸收式制冷機還可吸收燃氣輪機的廢熱進行供冷。同理,燃氣鍋爐可消耗天然氣向用戶供熱,電制熱設備可消耗電能制熱,余熱鍋爐回收廢熱為用戶供熱等。綜合能源系統對能量實現了梯級利用與多種能源間的協調工業(yè)園區(qū)綜合能源系統協同調度模型運行優(yōu)化研究運行優(yōu)化研究對工業(yè)園區(qū)綜合能源系統內部的用戶而言,在不同場景時,可能會存在多種利益訴求。對目前關于綜合能源系統的控制目標進行分析總結,可主要歸為以下5類:購能成本最小化目標、運行維護費用最小目標、環(huán)境懲罰費用最小成本目標、能源利用效率最大、用戶滿意度最大目標、供能可靠性最高、峰谷差方差最小等。通常以購能成本最小化作為目標園區(qū)內的一些工廠用戶會存在用天然氣需求,電力需求、熱力需求、用冷需求等,需要購買相應的能源,因此會存在購能費用最小的訴求。故購能費用最小的目標函數可表示為:其中f1代表各用戶總的運行費用,CE、CH、CC、Cgas代表各用戶的購電、購熱、購冷費用,Cgas代表各用戶總的購氣費用。工業(yè)園區(qū)綜合能源系統協同調度模型運行優(yōu)化研究運行優(yōu)化研究購電成本可進一步表示如下:式中,代表用戶在t時刻的分時電價,ha代表用戶在t時刻的購電功率。購熱成本可進一步表示如下:式中,cH為供熱價格,QH為用戶購冷成本可進一步表示如下:式中,cC為供冷價格,QC為用戶的購天然氣成本可進一步表示如下:式中,cgas為天然氣價格,為用戶側微燃機在t時刻的發(fā)電功率,ηMT為微燃機的效率,QGB為燃氣鍋爐的產熱功率,ηGB為燃氣鍋爐的效率。工業(yè)園區(qū)綜合能源系統協同調度模型約束條件運行優(yōu)化研究運行優(yōu)化研究工業(yè)園區(qū)綜合能源系統的協調控制模型中約束條件主要包括兩部分:各通用母線的功率平衡約束與各設備間的最大最小運行約束等。其中,各設備的模型及通用等式約束等已在上節(jié)設備模型進行了介紹,各通用母線的功率平衡約束已在上節(jié)綜合能源系統的母線式建模部分進行了較為詳細的描述,在此不再贅述。各設備間的最大最小運行約束可表示如下:式中,Pmin代表設備的最小運行允許電功率,Pmax代表設備的最大運行允許電功率,Qmin代表設備的最小運行允許熱功率,Qmax代表設備的最大運行允許熱功率,Wmin代表設備的最小運行允許容量,Wmax代表設備的最大運行允許容量。3。44【4.1工業(yè)園區(qū)綜合能源系統日前優(yōu)化調度模型】考慮建筑供冷區(qū)域儲能特性的工業(yè)園區(qū)綜合能源系統日調度策略調度策略是否考慮儲能特性否是園區(qū)管理中心園區(qū)管理中心研研究工作蓄電池裝置電力負荷風機光伏蓄電池裝置電力負荷風機光伏電網公司電鍋爐冰蓄冷裝置工業(yè)空調84天然氣站4030201510吸收式制冷機制冷區(qū)域光伏風電外溫微型燃氣輪機電冷熱氣外購電845issssssssssssss電網公司電鍋爐冰蓄冷裝置工業(yè)空調84天然氣站4030201510吸收式制冷機制冷區(qū)域光伏風電外溫微型燃氣輪機電冷熱氣外購電845isssssssssssssssssssssssssssssssss【4.1工業(yè)園區(qū)綜合能源系統日前優(yōu)化調度模型】考慮建筑供冷區(qū)域儲能特性的工業(yè)園區(qū)綜合能源系統日研研究工作ttt熱能熱能HMT,t+Hbr,t=Hbase,t+HAr,t冷能冷能a學優(yōu)化目標:綜合運行成本最小元件建模元件建模ArQAr,t=HAr,t.ICOPPMT,t=HMT,t.RMT/ηi).ΔtSES,t+1=(1?δES)SES,t+Ag在考慮供冷區(qū)域的儲能特性基礎上,加入到通用的工業(yè)【4.1工業(yè)園區(qū)綜合能源系統日前優(yōu)化調度模型】考慮建筑供冷區(qū)域儲能特性的工業(yè)園區(qū)綜合能源系統日7000700060006000運行成本/運行成本/元購電功率/kw5000購電功率/kw4000400083000720006508300072000650研究工作分析:在考慮供冷區(qū)域儲能特性之后,Case2的總運行成本小于未考慮的Case1,與電網的交互功率在大部分時刻同樣有所下降。【4.2工業(yè)園區(qū)綜合能源系統MPC優(yōu)化調度模型】考慮復雜生產約束的電池生產工業(yè)園區(qū)能源網絡與生產管數學模型研究工作蓄電池生產廠建模:目標在于滿足[1,T]內安排工廠內的設備完成產品一定數量生產任務為基本要求下,研究工作購電成本供能系統運行成本購電成本供能系統運行成本池狀態(tài)電池包半成品放電后的電池包電池包老化機的放電狀態(tài)老化機的放電狀態(tài)優(yōu)化前優(yōu)化后<優(yōu)化后<t/h>0優(yōu)化前后的蓄電池工廠調度計劃對比【4.2工業(yè)園區(qū)綜合能源系統MPC優(yōu)化調度模型】考慮復雜生產約束的電池生產工業(yè)園區(qū)能源網絡與生產管研研究工作數學模型基于資源任務網的蓄電池生產流程建模:為了體現不同的生產環(huán)節(jié)對應的階段性任務和產品狀態(tài)的動態(tài)變化,根據資源任務網方法,以中間狀態(tài)的產品為狀態(tài)節(jié)點,在同一時間維度下建立了綜合考慮生產設備、存儲以及物料傳輸等生產資源的蓄電池生產流程模型。倉儲環(huán)節(jié)pl,h,【4.

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