基于热电互动的分布式能源系统优化研究

  [目的]  为实现分布式能源系统经济、高效的为工业用户供能,基于工业园区电、热负荷的耦合特性,建立了分布式能源系统供能单元的性能模型,提出了优化运行策略。  [方法]  以广州某工业园区为研究对象,结合实际负荷数据,合理确定优化参数,计算了年发电量、年耗气量和一次能源利用效率,并对负荷增量的影响进行了研究。  [结果]  结果表明:机组启动热负荷对分布式能源系统的年发电量影响较大,采用优化运行策略,年发电量提升约18.7%,可以提高园区自供电比例,一次能源利用效率在85%以上。  [结论]  该优化运行策略是正确并有效的,可应用于热电耦合分布式能源系统的优化,有效提升分布式能源系统的供能,同时维持较高的一次能源综合利用效率。     

广东某甲级写字楼楼宇型能源站系统方案设计

介绍广东某甲级写字楼楼宇型能源站设计案例。通过冷、热、电负荷指标和用户使用习惯,选取适当的负荷系数,计算写字楼典型日的逐时冷、热、电负荷曲线,及各月供冷量、供热量和用电量。依据写字楼各能源负荷需求,能源站系统设计方案配置了燃气发电机组、余热利用设备、调峰设备、蓄能设备。设计方案实现了写字楼供能系统中能源的梯级利用,提高了综合能源利用效率。     

大型燃煤锅炉深度调峰关键问题探讨

  目的  随着我国“双碳”目标的制定及构建清洁低碳、安全高效现代能源体系的迫切需求,可再生能源在电网中的发电比例将逐年提高。但因其自身的随机性及间歇性特点,可再生能源对电网调峰的贡献极其有限。为了提高对可再生能源的消纳能力,具有良好调峰潜力的煤电机组正担负着电网中基础调节能源的重要角色。其中,燃煤锅炉作为煤电机组的前端核心系统,其低（变）负荷运行性能直接影响着煤电机组的整体调峰能力。  方法  为此,文章从燃煤锅炉低（变）负荷运行过程中的燃烧稳定性、运行可靠性、环保性及经济性需求出发,首先总结了大型燃煤锅炉深度调峰所面临的关键问题,并分别从低（变）负荷运行下的燃烧稳定性、机组运行环保性和经济性、主要辅机适应性和安全性及热电机组的热电解耦四个方面,对目前的主要研究内容及进展进行分析总结。  结果  在此基础上,提出对燃煤锅炉调峰能力深度提升技术的研究及发展展望。  结论  通过文章分析得出,为了发挥燃煤锅炉在提升电网调峰能力方面的先发优势,应从燃煤锅炉的整体系统出发,综合开展主要辅机运行状态监测及评估、燃烧性能关键影响因素研究、过程智能优化控制及预测,从而提升燃煤锅炉在低负荷运行、快速启停及升降负荷过程中的综合性能。     

广州增城H级燃气-蒸汽联合循环机组供热抽汽点选择研究

  目的  针对大容量联合循环机组的中压供热蒸汽参数,找出最佳的抽汽供热方式。  方法  结合增城项目热负荷特点,对应用在燃气-蒸汽联合循环机组上的各种供热抽汽方案,在系统配置、初投资、负荷适应性、机组效率和发电出力等方面进行较详细的论述和分析。  结果  分析结果表明,相比热段抽汽方式和中压缸抽汽方式,冷段抽汽方式均具有更高的机组发电出力、发电效率和综合能源利用率,初投资也最低。  结论  冷段抽汽方式是一种参数匹配适应性更好、适应机组变工况运行能力更强、热经济性和初投资更优、更适合大容量联合循环机组的中压抽汽供热方式,该方案可供同类工程设计借鉴参考。     

考虑CVaR的机组组合和多场景备用决策联合优化

  目的  为提高可再生能源消纳水平以及衡量其出力不确定性带来的风险,该文以特性各异电源互补协调调度作为提升系统运行经济性和促进可再生能源消纳的手段,并针对系统内可再生出力和负荷的波动性,引入条件风险价值（conditional value-at-risk,CVaR）理论,量化其不确定性对系统调度运行时产生的风险。  方法  利用多场景技术模拟系统不确定性,建立考虑条件风险价值（CVaR）的机组组合和多场景备用决策联合优化模型,将风险水平限制在可接受的前提下,追求系统运行成本最小。最后在通用代数建模系统（the general algebraic modeling system, GAMS）平台上编程,并调用混合整数线性规划CPLEX求解器进行求解。  结果  仿真计算表明,不同类型电源的机组组合和备用决策能有效提高系统运行经济性、可靠性和可再生能源消纳水平。  结论  基于改进IEEE 24和某省实际电网的算例分析验证了所提模型和方法的合理性和有效性。     

工业园区综合能量管理系统的设计与应用

  目的  工业园区一般具备冷、热、电、气等多种能源形式,大多数工业园区内各种能源耦合性不强,未能有效地实现能源的相互协调转换,造成工业园区普遍存在能源浪费、能源紧缺等现象,因此需要开展工业园区综合能量管理系统的研究,以实现对工业园区内能源的运行优化控制。  方法  针对工业园区能源的特点,设计了工业园区综合能量管理系统的系统架构、关键应用功能。  结果  所设计的工业园区综合能量管理系统为工业园区多种能源的协调优化运行提供技术系统的支撑。  结论  工业园区综合能量管理系统能够有效整合工业园区内多种能源类型的可调控资源,提高能源利用效率,实现园区能源的可持续发展。     

基于燃煤机组供热改造方案技术经济性研究

  目的  为了解决目前燃煤机组面临的电负荷与热负荷矛盾突出的问题,保障机组冬季热源供给,有必要进行破除其热电耦合关系的供热改造方案的研究。  方法  对某类型300 MW燃煤机组的两种供热改造方式进行模型分析,比较机组改造前后的供热量等数据,研究符合生产条件的热电解耦供热改造方案。总结出了热电联产机组供热改造的经济效果。  结果  通过文中供热模型分析可知,燃煤机组仅靠抽汽进行供热,受电负荷制约很大,高电负荷时供热量为低电负荷时的2～3倍。当电负荷受限严重时,其供热量无法满足冬季供热需求。但机组经过高背压改造、切缸改造后,调峰能力增强,相同电负荷下其供热量增加到原来的3～4倍,有效解决了这一问题。  结论  文章研究成果对今后相同类型的燃煤机组供热改造具有借鉴意义。     

燃气分布式能源“以热定电”和“以电定热”运行模式下的能效对比分析研究

为了分析对比"以热定电""以电定热"两种运行方式下燃气分布式能源系统的能效情况,通过设定两种运行模式下的燃气分布式能源系统通用能效指标,建立燃气分布式能源运行通用能效模型。以北京某医院为例,进行负荷模拟,设定机组配置,统计获取其全年逐时冷、热、电负荷,夏季/冬季典型日逐时负荷参数;结果分析得出,与"以热定电"相比,"以电定热"可以获取更高的负荷率、有效利用小时数,带来更高的发电效率,降低各类污染物的排放,但由于春秋过渡季节无冷热负荷,余热无法利用,整体效率和节能率有所降低。     

基于CO2热泵的产消型数据中心能效联动优化

  目的  随着数字经济的发展，数据中心的“规模”将不断扩大，“算力”不断提高，随之带来的“能耗”及“运行成本”也将不断攀升。为实现数据中心余热的有效利用，并实现能效的联动优化，构建了一种基于CO₂热泵的产消型数据中心能源系统。  方法  将数据中心视为产消者，耗电的同时将制冷系统的余热回收，用于住宅供暖。产消型数据中心能源系统采用空气直接冷却、直膨式地埋管冷却和建筑供暖末端冷却三种方式实现数据中心全年的冷却，最大程度利用自然冷却，降低系统电耗。CO₂作为余热回收用热泵的工作介质，能够提高系统紧凑性与环境友好性。  结果  本系统可有效削减冷负荷，进而在平均占用率较低时，实现制冷电耗的降低。当平均占用率为0.6时，与常规房间级风冷空调机组相比，本系统可降低全年冷负荷108 MWh，节约电耗制冷电耗167 MWh，为建筑供热290 MWh，获得年收益4.23万元。  结论  本系统可实现数据中心余热回收用于建筑供暖，实现了数据中心非供暖期余热的有效利用。并通过地源热泵系统实现了数据中心余热与建筑热负荷的协调，为产消型数据中心的能效联动优化提供了借鉴。     

天然气网络对含新能源电力系统短期调度运行影响

  [目的]  随着新能源和天然气机组在电力能源系统的装机比例不断增长,天然气系统对含大规模新能源电力系统的短期运行影响需要深入地研究。  [方法]  将天然气网络耦合至电力系统安全约束机组组合模型,以最小化系统运行成本为优化目标,同时考虑新能源接入系统,运用Benders解耦方法求解非线性优化问题。  [结果]  六节点电力系统和六节点天然气网络的综合能源系统算例分析用于验证耦合的优化模型,并表明燃气机组的高爬坡率可帮助电力系统有效地消纳新能源,同时新能源系统可以缓解系统对天然气网络供气约束的依赖。  [结论]  两种能源的优化配置是未来能源系统发展的重要方向。     

抽凝机组耦合热电转换辅助调峰系统参数设计

  目的  为适应新能源电力并网需求,原有抽凝热电联产机组深度调峰供热改造已为重要途径之一。现有包括电热泵和电锅炉在内的热电转换装置为辅助火电机组调峰提供了潜在途径。  方法  以350 MW抽凝机组为例,建立了以热电转换装置辅助调峰参数优化模型,重点分析了热电转换设备参数对深度调峰性能的影响;其次,分别对比了电热泵和蓄热电锅炉两种典型热电转换系统在不同装置容量、不同放热速率下的调峰深度;最后,介绍了300 MW燃煤机组的煤耗率与污染物排放水平,指出本系统的节能效益,并给出热电转换装置的最优参数。  结果  结果显示:当电热泵的热功率为100 MW、放热速率与热功率相匹配也为100 MW时,机组的调峰深度达到最大值,为73 MW左右;当蓄热式电锅炉的电功率为45 MW、放热速率为100 MW时,机组的调峰深度达到最大值,为70.05 MW。蓄热式电锅炉的储热量在24 h中内略有增加,净储热量的数值为967.5 kWh。  结论  功率和放热速率是衡量热电转换装置辅助机组调峰能力的重要参数,且二者之间要有一定程度上的匹配性,针对不同情景灵活匹配热电转换装置的类型与参数可大幅提升机组的调峰深度。     

一种电动汽车光伏充电站的分时段有序充电策略

  目的  针对电动汽车光伏充电站的有序充电问题，提出一种分时段有序充电策略。  方法  研究了光伏充电站的结构体系及工作原理，构造了电动汽车充电时间、储能电池荷电状态（SOC）范围等约束条件。负荷高峰时段，在满足车辆充电需求的同时，减少向电网的购电量，降低购电费用，并辅助电网“消峰”。负荷低谷时段，在满足车辆充电需求的同时，增加向电网的购电量，辅助电网“填谷”。  结果  通过仿真事例验证了所建模型的有效性，并与即时充电方案进行比较，说明了所建模型在减小充电站的购电费用，降低电网峰谷差方面的优势。  结论  所提电动汽车光伏充电站的充电策略是正确并有效的，可为实际应用提供参考。     

利用岩土储能冷热分区增强换热性能的研究

  目的  岩土储能（BTES: Borehole Thermal Energy Storage）指利用地下土壤、岩石和水的热容量进行储能的钻孔闭式循环系统,主要特点是采用冷热分区布置,以智能化控制手段结合国内地质进行创新型的开发利用。为了研究利用冷热分区提高地埋管换热效果的可行性,以多孔介质传热理论、能量守恒、有限长非移动线热源模型为基础,建立了单U型地埋管换热器井孔内、外数学模型,通过数值模拟的方法分析和验证了可行性。  方法  基于常见的土壤冷热堆积现象,通过改变管内介质流过两个划分区域的顺序,变被动防控冷热堆积为主动调配储能以跨季节利用,使两个划分区域内主动产生冷、热堆积储能,定义为“冷区”和“热区”。  结果  经过数值模拟分析,发生热堆积现象的“热区”在供暖期的换热量逐年递增,就最高换热量来说,第二年比第一年提高319 W,第三年比第二年提高308 W;出现冷堆积现象的“冷区”在制冷期的换热量逐年递增,就最高换热量来说,第二年比第一年提高209 W,第三年比第二年提高198 W。  结论  以上结果说明此方法可以增强地埋换热器的换热效果。在供暖期和制冷期交替使用两个区域既有效解决土壤源热泵系统冷热不平衡造成的能效衰减,又可以在减少打孔场地的情况下提高系统换热效果。     

辅助火电机组调峰系统的储热参数设计研究

  目的  为适应原有火电机组对新能源电力消纳的需求,提高其调峰能力是关键因素之一。  方法  储热系统作为燃煤热电机组“热电解耦”的重要方式,评价其参数匹配性具有工程参考价值。文章采用一种耦合储热装置来增加燃煤机组深度调峰能力的方法,并结合热负荷以及电负荷的功率曲线,对储热装置参数的影响规律展开了系统研究。  结果  结果表明:以区域负荷曲线为典型案例,随着储热罐的储热容量和充放热速率参数的提高,储热系统对机组的热负荷调节能力先逐渐提升并在分别在112.75 MW和129 37 MW·min时达到上限,此时深度调峰参数为77 MW左右;此外,储热容量与充放热速率具有一定的匹配关联,二者中瓶颈因素将直接制约系统的深度调峰性能。  结论  通过对储热和放热边界情景的积分,精确的展示了储热罐在辅助调峰过程的中作用,同时结合其运行策略的优化设计能够进一步分析储热辅助调峰系统的参数匹配关系,为后续火电机组耦合储热系统的参数设计提供参考。     

超超临界机组水汽质量控制研究

  目的  超超临界机组是国内发电主力机组,对水汽质量要求严格,文章提出水汽质量控制措施以防止热力系统产生结垢和腐蚀,保证机组安全经济运行。  方法  为控制超超临界机组水汽质量,应该选择恰当的除盐水生产工艺、可靠的凝结水精处理系统、采取给水加氧处理（OT）、设置合理的在线监测表计、选择合适的凝汽器管材及做好停炉保护。  结果  以上措施可以有效防止热力系统产生结垢和腐蚀,保证机组安全经济运行。  结论  超超临界参数机组水汽质量可参考《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》（GB/T 12145—2016）,并推荐按期望值进行控制。     

背压汽轮机组增设后置机的研究

  目的  为了解决机组对外供热由工业供热改为采暖供热的问题,以某热电厂为对象开展技术可行性研究。  方法  对调节阀组、双缸汽轮机、全厂共用的后置背压汽轮机、单元制带发电机的汽动给水泵组等四种方案进行了比对分析。  结果  考虑方案的特点和工程实际,最终选择了全厂共用的后置背压汽轮机方案。  结论  该方案基于能级梯级利用原则,运行可靠,经济性好,对后续机组进行供热综合改造也提供了有益的参考。