燃气内燃机冷热电联供系统节能经济性分析

针对华北地区面积为6 000 m2的办公楼,建立了燃气内燃机冷热电联供系统的供能方案并制定了运行策略。在系统发电上网的条件下,对供能方案的能源利用率和经济性进行了分析。与用市电、电制冷、燃气锅炉供热或热电联产集中供热的两种常规供能方式进行比较,并分析了天然气价及电价对系统经济性的影响。结果表明:燃气内燃机冷热电联供系统一次能源利用率可达70%以上,明显高于传统分供系统;当天然气价小于3.3元/m3时,或者电价大于0.65元/kW·h时,三联供系统经济性优于传统分供系统。应结合建筑的具体情况和当地能源价格,合理选择供能方式。     

基于粒子群算法的冷热电联供系统优化调度

近年来随着用户对供能形式的需求不断丰富,传统的以单一电能为形式的供能系统已经无法满足能源用户的需求。考虑了冷热电联供系统(combined cooling heating and power,CCHP)对不同能源协同供应的特点,对以风能、太阳能、天然气和储能协同供能的冷热电联供优化问题进行研究。综合考虑不同费率结构以及可再生能源带来的功率波动,以经济成本和环境成本为目标,构建了含燃气发电机、燃气锅炉、电制冷机、蓄电池组等机组的冷热联供能源协同优化模型。采用粒子群算法对多目标进行求解优化,结果表明该算法能够同时满足系统的经济性和环保性,对促进各种能源的综合利用具有实际意义。     

激励CCHP参与需求侧管理双向峰谷定价模型

削峰填谷是需求侧管理的主要目标,而峰谷电价是激励用户参与削峰填谷的有效措施。由于冷热电联供系统的运行特点,针对其制定双向峰谷定价将更为有效,激励其获取良好经济性,改变其供能方案和购售电交易计划,从而改变其接入电网母线的日负荷曲线。通过基于最小二乘法的误差相对值刻画日负荷与其均值的偏离程度,定义该误差值的变化率作为负荷曲线满意度;统一电价和峰谷电价条件下,比较联供系统经济性差异,定义冷热电联供系统满意度。为了综合考虑联供系统的调节效果,建立联供系统与负荷曲线的联合满意度为目标的峰谷定价模型。仿真结果表明,双向计量峰谷电价的合理定价,可促使联供系统调整调度方案,并获取改善的母线负荷曲线。均衡权重的联合满意度模型所定峰谷电价比不同权重的更能使联供系统积极响应,削峰填谷效果更优。     

基于CCHP耦合的电力、天然气区域综合能源系统优化规划

提出了一种基于冷热电联供系统(combined cooling heating and power system,CCHP)耦合的电力、天然气区域综合能源系统(integrated community energy system,ICES)优化规划模型,考虑配电线路、燃气管道的规划和运行,用CCHP作为电—气耦合枢纽,以ICES总投资、运行成本最低为优化目标,进行多阶段规划和多场景分析。通过算例仿真,得到了配电线路、燃气管道的扩容和新建方案以及CCHP的选址定容方案,验证了模型的合理性;相比于传统分供系统(separation production,SP),采用CCHP作为耦合枢纽的优化模型具有更高的经济性;同时分析了电价、天然气价格对CCHP系统购电量、购气量的影响。     

微型燃气轮机分布式供能系统的控制

微型燃气轮机分布式供能系统能够实现天然气清洁、高效、灵活利用,目前已得到重视和应用.结合上海紫竹科学园区内分布式冷热电联供系统的实际应用,介绍了一种以天然气为燃料、微型燃气轮机为原动力的分布式冷热电联供系统,详细阐述了冷热电联供系统在供气,发电,供热和制冷方面的控制.     

含燃气冷热电联供的智能微网应用

通过对我国能源现状的分析,说明了燃气冷热电联供的良好应用前景.通过开展以智能微网为核心的区域能源规划,研究冷热电联供与智能微相结合应用方法,分析了限制燃气冷热电联供发展的因素,为燃气冷热电联供的发展提供了可行的思路.     

含风光储及热泵的CCHP系统配置优化研究

燃气冷热电联供系统(Combined,Cooling,Heating and Power,CCHP)设备容量及运行策略的整体优化对冷热电联供系统的高效经济运行至关重要。为提高冷热电联供系统的综合性能,提出了一种计及风光储与热泵的冷热电联供系统,采用考虑不同权重因子的综合评价指标,利用建筑模拟分析软件DeST建立山东某区域建筑的建筑模型,得到冷热电风光负荷数据,以综合性能指标为优化目标,采用混合整数线性规划(Mixed Integer Linear Programming,MILP)算法对系统进行优化配置,并与无风光的冷热电联供系统及分供系统进行比较,研究结果表明,本系统综合指标优化结果比分供系统提高47.8%,比常规CCHP系统综合性能提高19.5%。     

微燃机三联供机组变工况动态能效优化多目标非线性经济预测控制

针对分布式燃气冷热电联供机组的大范围变负荷跟踪需求和运行过程动态能效提升的迫切性,提出一种基于乌托邦点跟踪框架的微燃机三联供机组多目标非线性经济预测控制方法。首先,根据微燃机冷热电联供机组机理模型深入分析机组运行过程的非线性特征,并以此构建了能够表征机组非线性的人工神经网络非线性预测模型;然后,根据机组(火用)效率计算公式,分析影响机组(火用)效率的关键影响因素,并以此构建反映机组负荷跟踪性能和动态能效的多目标优化经济预测控制问题。最后,通过仿真实验验证表明所提多目标非线性经济预测控制算法能够在满足微燃机三联供机组冷热电3种负荷大范围变工况跟踪精度的同时,改善机组动态运行过程中的能效和经济性。     

分布式供能系统控制的设计和应用

分布式供能系统是可以布置在用户附近并独立提供电、热或(和)冷的小型模块化能源系统,具有环保高效、使用安全、操作方便等特点。结合上海紫竹科学园区内的冷热电联供系统的实际应用,介绍一种典型的以天然气为燃料、微型燃气轮机为原动力的分布式冷热电联供系统;详细阐述了冷热电联供系统以可编程控制器(PLC)为核心的控制系统的控制功能、结构、硬件和软件组成及其实现方法。     

考虑电能交互的冷热电多微网系统日前优化经济调度

多个冷热电联供型微网接入同一区域配电网,形成以配电网为核心的冷热电联供型多微网系统。当冷热电联供型多微网间通过联络线进行电能交互时,给传统的多微网系统优化调度问题带来了挑战。在分析典型冷热电联供型微网供能结构的基础上,研究供用储设备间的冷热电能流动关系和设备的数学模型,建立考虑微网间电能交互的冷热电联供型多微网系统优化经济调度模型。通过天津中新生态城算例,分析各个冷热电联供型微网中设备出力和冷热电负荷平衡情况,与多微网间不存在电能交互时的优化调度进行经济成本、CO₂排放量和各微网与电网交易电功率值的比较,与传统冷热电联供系统“以热定电”和“以电定热”运行方式下多微网系统的总运行成本进行对比,验证所提模型的经济性、环保性和有效性,并对微网间交易电价的制定做进一步研究。     

冷热电联供系统多目标优化研究

在研究冷热电联供系统发展现状与运行原理的基础上,以冷热电联供系统相对于分供系统节约的能源消耗和二氧化碳排放作为约束条件,以联供系统和分供系统的投资差值为目标函数,构建了一个惩罚函数,并以某地区为实例研究冷热电联供系统与分供系统在满足节能减排效果的条件下,达到最优经济效果的状态。研究结果表明,在文中所给定的系统状运行态下,联供系统的节能减排效果优于分供系统,在电气价格比大于0.13时,联供系统投资小于分供系统。     

微燃机冷热电联产系统的经济优化

微型燃气轮机(简称微燃机)冷热电联产系统(combined cooling,heating and power,CCHP)具有极高的能源利用效率,其经济效益明显。首先建立了基于微燃机的冷热电联产系统的仿真模型及经济优化模型,分别分析了冷热电负荷比例、燃料价格、剩余电力上网政策、购电电价等对系统经济性的影响。在分析电价的影响时,分别按固定电价和实时电价进行了分析。算例分析表明微燃机CCHP系统的运行成本不仅跟冷热电负荷的需求有关,还与电网电价、微燃机燃料价格和锅炉燃料的价格有关。     

基于冷热电联供的多园区博弈优化策略

园区一般涉及冷、热、电等多种能量流的生产、转换和使用,通过利用冷热电联供综合能源系统可以有效提高能源利用率、缓解能量供应压力。考虑动态电价机制下园区用电价格受市场需求影响,不同利益主体间存在博弈竞争关系。鉴于此,建立了基于冷热电联供的多园区非合作博弈优化模型,各园区以日运转成本最小为目标函数和其他园区共同参与博弈,同时考虑联供系统各单元出力、储能设备等约束条件,实现园区多能流互补协同优化。最后,以某地区三个园区的冷热电能流协调优化控制为例进行了仿真分析,算例结果表明所建立的博弈优化模型能合理分配联供系统出力及购电功率,不仅可以降低园区日运转成本,而且可以降低电网负荷峰谷差。     

考虑天然气季节性存储的综合能源系统年度运行方式研究

为研究电气耦合日益加深的综合能源系统中能量供给的充足性和安全性,需要对其年度运行方式进行仿真。提出一种多时间尺度的综合能源系统年度生产模拟方法,考虑天然气存储等季节性波动因素,优化电气耦合系统年度运行方式,在因清洁供暖而导致天然气消耗大幅增加的算例系统中对该方法进行验证,同时评估大规模季节性天然气存储对综合能源系统年度运行方式的影响并给出建议。在此基础上,分析冷热电联产装置逐渐增加的装机量对电气耦合系统的影响。结果表明：冷热电联产机组可以降低季节性天然气存储装置的工作强度,包括减少工作时间以及降低存储量。造成这种影响的主要原因是三联供机组的制冷模式与电制冷相比效率更高,减少了天然气消耗量。     

含冷热电三联供的微能源网能量流计算及综合仿真

首先给出了微能源网的定义,然后基于能源集线器的概念,建立了冷热电三联供(CCHP)系统的能量流模型;并将其作为配电网与天然气网的耦合节点,推导了适用于天然气网能量流计算的有限元节点法,提出了一种电—气耦合微能源网的能量流计算方法。提出了CCHP供能率的指标。以openDSS和MATLAB为平台,对含CCHP的微能源网进行综合仿真,分别计算了以电定热和以热定电两种典型运行方式下夏季典型日的逐时能量流。计算结果表明,所提出的能量流计算和综合仿真方法可用于分析微能源网的能量流,CCHP供能率指标可以反映微能源网电—气能源的耦合程度。     

燃机热电冷联供自备电站优化配置研究

经济可行性是燃机热电冷联供系统能否被采用的决定性因素之一。文中研究了由燃气轮机、补燃余热锅炉、辅助锅炉等组成的热电冷联供自备电站的优化配置问题。考虑了各个方案的运行优化策略。采用遗传算法进行运行策略的优化。在满足给定的冬、夏和春秋季典型日内的电热冷负荷的基础上，以全年总费用最低为目标函数，确定优化的自备电站的规模与组成形式。对一个自备电站的计算结果表明，在电网售电价较高的条件下，燃机热电冷联供自备电站的建设具有经济可行性。计算也验证了优化配置方法的有效性。