耿健， 楊冬梅， 高正平， 陳永華， 劉剛， 陳卉

(1. 南瑞集團(tuán)(國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院)有限公司，江蘇 南京 211106；2. 國(guó)電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京 211106；3. 國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，江蘇 南京 210008)

0 引言

能源是推動(dòng)社會(huì)發(fā)展和進(jìn)步的重要?jiǎng)恿χ籟1]，隨著能源消費(fèi)總量的日益增長(zhǎng)，環(huán)境問題日益嚴(yán)重，同時(shí)也帶來(lái)能源緊缺和供需不平衡的問題[2]。如何以現(xiàn)階段能源利用模式為基礎(chǔ)提高能源綜合利用效率，已成為能源領(lǐng)域當(dāng)今研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一[3]。為應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，光伏、風(fēng)力發(fā)電以及燃?xì)廨啓C(jī)等分布式發(fā)電(distributed generation，DG)技術(shù)[4]興起，這也是各國(guó)政府和學(xué)者應(yīng)對(duì)能源與環(huán)境危機(jī)的主要舉措之一。以燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)和吸收式制冷/熱余熱利用設(shè)備為代表的冷熱電聯(lián)供(combined cooling heating and power，CCHP)系統(tǒng)[5]、生物質(zhì)能利用的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)(combined heat and power,CHP)，已較為成熟地應(yīng)用于分布式綜合能源微網(wǎng)(distributed integrated energy microgrid，DIEM)中。DIEM能夠協(xié)同和優(yōu)化電、熱、冷、水、氣等各種能源的分配、轉(zhuǎn)化、傳輸、存儲(chǔ)、使用等環(huán)節(jié)[6]，提高綜合能源利用效率，改善異質(zhì)能源的多能互補(bǔ)和梯級(jí)利用[7—8]。

現(xiàn)階段，對(duì)DIEM的有關(guān)研究在概念定義、運(yùn)行控制、經(jīng)濟(jì)性分析與可靠性評(píng)估等方面已取得一定成果。文獻(xiàn)[9—12]針對(duì)典型DIEM，分別建立DIEM的經(jīng)濟(jì)性調(diào)度模型和基于儲(chǔ)能的多目標(biāo)協(xié)同優(yōu)化運(yùn)行模型；文獻(xiàn)[13]從經(jīng)濟(jì)、可靠、能耗、環(huán)保4個(gè)方面的影響因素進(jìn)行分析，建立DIEM的指標(biāo)評(píng)價(jià)模型。然而，針對(duì)儲(chǔ)能裝置容量對(duì)含CCHP的DIEM的運(yùn)行優(yōu)化影響還有待進(jìn)一步研究。文獻(xiàn)[14]研究了儲(chǔ)電/熱/冷和混合儲(chǔ)能在CCHP機(jī)組等設(shè)備多能互補(bǔ)協(xié)同運(yùn)行情況下的經(jīng)濟(jì)性和可行性；文獻(xiàn)[15]針對(duì)DIEM中電/熱儲(chǔ)能容量配置優(yōu)化不足的現(xiàn)狀，提出包含電/熱儲(chǔ)能系統(tǒng)額定容量和功率的配置方法；文獻(xiàn)[16]通過(guò)電力市場(chǎng)價(jià)格指導(dǎo)DIEM儲(chǔ)能設(shè)備的運(yùn)行策略，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的目的；文獻(xiàn)[17]提出儲(chǔ)電、儲(chǔ)熱相結(jié)合的復(fù)合儲(chǔ)能技術(shù)，建立CCHP系統(tǒng)拓?fù)浼軜?gòu)、系統(tǒng)模型、多目標(biāo)函數(shù)及約束條件。以上研究雖然在儲(chǔ)能對(duì)DIEM的運(yùn)行優(yōu)化上有所應(yīng)用，但是缺少儲(chǔ)能容量大小對(duì)其影響的分析。

文中以含CCHP的DIEM為研究對(duì)象，首先對(duì)DIEM多能耦合特點(diǎn)和儲(chǔ)能設(shè)備充放能通用模型進(jìn)行分析；接著建立CCHP系統(tǒng)的發(fā)電及余熱利用模型；然后分別確立綜合運(yùn)行優(yōu)化目標(biāo)、電/冷/熱和排煙余熱平衡條件和設(shè)備運(yùn)行上下限不等式約束；最后以某大學(xué)城場(chǎng)景為具體分析對(duì)象，配置不同儲(chǔ)冷容量，驗(yàn)證儲(chǔ)能容量配置對(duì)含CCHP的DIEM綜合運(yùn)行優(yōu)化的影響。

1 DIEM特點(diǎn)及儲(chǔ)能模型簡(jiǎn)介

1.1 DIEM特點(diǎn)

和傳統(tǒng)的能源利用方式相比，多種能源形式強(qiáng)耦合是DIEM的顯著特點(diǎn)。

DIEM一般由電/熱/冷/氣等多種不同能源種類構(gòu)成，且異質(zhì)能源系統(tǒng)之間耦合關(guān)系嚴(yán)重。圖1為DIEM多能源系統(tǒng)耦合示意。可以看出，CCHP、燃料電池、氣體壓縮機(jī)、熱泵、吸收式制冷機(jī)、電制冷機(jī)、電制氫、儲(chǔ)冷/熱/電等能源形式轉(zhuǎn)化和存儲(chǔ)設(shè)備，將電/熱/冷/氣各個(gè)能源系統(tǒng)高度關(guān)聯(lián)耦合起來(lái)[18]。多種能源系統(tǒng)間建立模型表達(dá)形式不盡相同，性能特點(diǎn)差別大，采用的運(yùn)行控制方法也不同。由于電/熱/冷/氣多種能源系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)化和利用，DIEM比傳統(tǒng)能源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成和關(guān)系更為復(fù)雜。由于組成主體眾多，強(qiáng)耦合性在DIEM中體現(xiàn)更加明顯。傳統(tǒng)單一種類能源系統(tǒng)的建模、運(yùn)行優(yōu)化方法不能直接采用。因此，在DIEM運(yùn)行優(yōu)化方面，要加深儲(chǔ)能容量對(duì)其影響的研究，使整個(gè)能源微網(wǎng)能效最高，并最大化就地消納光伏、風(fēng)電等綠色可再生能源。

圖1 DIEM多能源系統(tǒng)耦合示意Fig.1 Schematic diagram of DIEM multi-energy system coupling

1.2 儲(chǔ)能設(shè)備通用模型

儲(chǔ)能設(shè)備連接到DIEM后，充能時(shí)，可認(rèn)為是電/熱/冷負(fù)荷；放能時(shí)，可認(rèn)為是分布式電/熱/冷源[19—20]。建立儲(chǔ)能設(shè)備通用充放能模型，如下所示：

(1)

式中：Φin，Φout分別為儲(chǔ)能設(shè)備充、放能時(shí)間集合；i為儲(chǔ)能設(shè)備類型，1，2，3分別表示儲(chǔ)電、熱、冷設(shè)備；Est,i(t)，Est,i,0分別為儲(chǔ)能設(shè)備t時(shí)段、初始時(shí)段儲(chǔ)能量；Pst,i(t)為t時(shí)段儲(chǔ)能設(shè)備充/放能功率；ηin,i為儲(chǔ)能設(shè)備充能效率；ηout,i為儲(chǔ)能設(shè)備放能效率；Δt為相鄰時(shí)段的時(shí)間間隔。

2 CCHP系統(tǒng)模型

CCHP系統(tǒng)將天然氣燃燒后產(chǎn)生的高品位熱能轉(zhuǎn)換成電能，同時(shí)將做過(guò)功的低品位熱能用于供熱、制冷、干燥或作為生活熱水等用途，實(shí)現(xiàn)了能源的梯級(jí)利用，提高了綜合利用效率。這種既產(chǎn)電又產(chǎn)熱和制冷的先進(jìn)能源利用方式，具有顯著的經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益。根據(jù)余熱回收方式不同，CCHP系統(tǒng)可分為蒸汽型與煙氣型聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)兩大類。文中主要研究煙氣型回收方式，主要由燃?xì)廨啓C(jī)、余熱吸收式制冷機(jī)、余熱鍋爐三部分組成。

2.1 燃?xì)廨啓C(jī)模型

燃?xì)廨啓C(jī)主要分為小型燃?xì)廨啓C(jī)和微型燃?xì)廨啓C(jī)。與傳統(tǒng)發(fā)電設(shè)備相比，小型燃?xì)廨啓C(jī)和微型燃?xì)廨啓C(jī)具有使用壽命長(zhǎng)、燃料多元化、運(yùn)行可靠性高、污染物排放量少和機(jī)組控制靈活等優(yōu)點(diǎn)，適用于中心城市和遠(yuǎn)郊農(nóng)村。其發(fā)電效率和制熱效率都與設(shè)備的部分負(fù)載率有關(guān)，下面給出燃?xì)廨啓C(jī) 的部分負(fù)載下的模型[21—22]。

(2)

式中：ηGT,E為燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電效率；Plr為燃?xì)廨啓C(jī)部分負(fù)荷率；ηGT,nomE為燃?xì)廨啓C(jī)額定發(fā)電效率；燃?xì)鈇，b，c，d為輪機(jī)發(fā)電效率系數(shù)，分別取0.826 4，-2.334，2.329，0.179 7。

HPR=ηGT,nomH/ηGT,E

(3)

式中：HPR為燃?xì)廨啓C(jī)熱電比；ηGT,nomH為燃?xì)廨啓C(jī)額定制熱效率。

Pex=PGTHPRηr

(4)

式中：ηr為聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)余熱回收效率；PGT為燃?xì)廨啓C(jī)輸出功率；Pex為燃?xì)廨啓C(jī)回收的余熱功率。

(5)

式中：FGT為燃?xì)廨啓C(jī)天然氣消耗量；HNG為天然氣低位熱值。

2.2 余熱鍋爐模型

余熱鍋爐是將排煙余熱的熱量轉(zhuǎn)化為所需要的熱能，模型表示如下：

Qe=Qhηheat

(6)

式中：Qe為余熱鍋爐輸出的熱量；Qh為輸入余熱鍋爐的熱量；ηheat為余熱鍋爐制熱效率。

Pex_heat=α1ηheatPex

(7)

式中：α1為排煙進(jìn)入余熱鍋爐的比例;Pex_heat為余熱鍋爐制熱功率。

2.3 余熱吸收式制冷機(jī)模型

在聯(lián)供系統(tǒng)中，余熱吸收式制冷機(jī)是不可或缺的，是提高能源綜合利用效率的重要設(shè)備，也是改善系統(tǒng)運(yùn)行的主要設(shè)備。余熱吸收式制冷機(jī)組驅(qū)動(dòng)能源為熱能，工質(zhì)為溴化鋰或氣水溶液，利用溶液吸收和蒸發(fā)制冷劑蒸氣等特性，通過(guò)各種循環(huán)流程進(jìn)行機(jī)組制冷循環(huán)。余熱吸收式制冷機(jī)將輸入的熱量轉(zhuǎn)為冷量輸出，模型表示如下：

QAR=CACQAR,H

(8)

式中：QAR為余熱吸收式制冷機(jī)輸出的冷量；QAR,H為輸入余熱吸收式制冷機(jī)的熱量；CAC為制冷轉(zhuǎn)換性能系數(shù)。

Pex_cool=α2CACPex

(9)

式中：Pex_cool為余熱吸收式制冷機(jī)制冷功率；α2為排煙進(jìn)入余熱吸收式制冷機(jī)的比例 。

3 含CCHP和儲(chǔ)能的優(yōu)化運(yùn)行模型

文中構(gòu)建了考慮CCHP和儲(chǔ)能設(shè)備的目標(biāo)協(xié)調(diào)優(yōu)化模型，其主要作用是實(shí)現(xiàn)DIEM綜合目標(biāo)最優(yōu)。計(jì)及光伏、風(fēng)力可再生能源主要采用蒙特卡洛(Monte Carlo)抽樣方法來(lái)進(jìn)行模擬，并服從貝塔(Beta)分布和威布爾(Weibull)分布[23]。此外，文中構(gòu)建系統(tǒng)和大電網(wǎng)并網(wǎng)連接，當(dāng)DIEM電力供應(yīng)不足時(shí)，會(huì)向大電網(wǎng)購(gòu)電。同時(shí)，對(duì)于天然氣的處理，在此僅當(dāng)作CCHP的燃料使用，不涉及天然氣其他功用的負(fù)荷。

3.1 運(yùn)行優(yōu)化目標(biāo)

DIEM在一個(gè)調(diào)度運(yùn)行周期T內(nèi)的綜合運(yùn)行優(yōu)化目標(biāo)Ftotal由運(yùn)維總費(fèi)用Ctotal和CO2總排放當(dāng)量Ptotal兩部分構(gòu)成[24]。

Ftotal=ω1Ctotal+ω2Ptotal

(10)

ω1+ω2=1

(11)

式中：ω1，ω2分別為運(yùn)維總費(fèi)用、CO2總排放當(dāng)量權(quán)重系數(shù)。

Ctotal主要由從大電網(wǎng)購(gòu)買電量的電費(fèi)、消耗天然氣費(fèi)、新增設(shè)備日平均購(gòu)置費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用四部分構(gòu)成，具體如下：

(12)

式中：pgrid(t)，pgas(t)分別為t時(shí)段電、氣價(jià)；Ggrid(t)，Ggas(t)分別為t時(shí)段購(gòu)電、氣量；ppur，pmain分別為新增設(shè)備日平均購(gòu)置費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用。

(13)

式中：pi,fixed為新增設(shè)備i的固定投資費(fèi)用；Ci為新增設(shè)備i的容量；pi,unit為新增設(shè)備i的單位容量投資費(fèi)用；Ni,des為新增設(shè)備i的設(shè)計(jì)使用年限。

(14)

式中：pi,m為新增設(shè)備i的單位容量日均維護(hù)費(fèi)用。

Ptotal主要由DIEM消耗天然氣、外購(gòu)電力和可再生能源發(fā)電的CO2排放當(dāng)量等幾部分構(gòu)成。

(15)

式中：cgrid，cgas分別為每消耗1 kW·h電網(wǎng)外購(gòu)電力、1 m3天然氣的CO2排放當(dāng)量；cPV，cWT分別為光伏、風(fēng)機(jī)每生產(chǎn)1 kW·h電力的CO2排放當(dāng)量；GPV(t)，GWT(t)分別為t時(shí)段光伏、風(fēng)機(jī)上網(wǎng)電量。

3.2 系統(tǒng)平衡條件約束

DIEM主要由電、熱、冷3個(gè)能量平衡和煙氣余熱能量利用平衡條件約束組成，其系統(tǒng)組成如圖2所示。

圖2 DIEM系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)Fig.2 Composition of DIEM system

(1) 電平衡條件約束。

PDG(t)+Pst,1(t)+Pgrid(t)=Pload(t)+PEE(t)

(16)

式中：PDG(t)為t時(shí)段所有分布式電源的出力功率；Pst,1(t)為t時(shí)段儲(chǔ)電裝置的出力功率，大于0表示儲(chǔ)電裝置放電，小于0表示儲(chǔ)電裝置充電；Pgrid(t)為t時(shí)段系統(tǒng)向大電網(wǎng)購(gòu)電的功率；Pload(t)為t時(shí)段系統(tǒng)的電負(fù)荷需求；PEE(t)為電能轉(zhuǎn)換裝置耗電功率。

PDG(t)=PPV(t)+PWT(t)+PGE(t)

(17)

式中：PPV(t)，PWT(t)，PGE(t)分別為t時(shí)段光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電和燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的發(fā)電功率。

PEE(t)=PEC(t)+PEH(t)

(18)

式中：PEC(t)，PEH(t)分別為t時(shí)段電制冷、熱機(jī)耗電功率。

(2) 熱平衡條件約束。

PEH,1(t)+Pst,2(t)+Pex_heat(t)=Pheat(t)

(19)

式中：PEH,1(t)為t時(shí)段電制熱機(jī)輸出制熱功率；Pex_heat(t)為t時(shí)段余熱鍋爐制熱功率；Pst,2(t)為t時(shí)段儲(chǔ)熱裝置的出力功率，大于0表示儲(chǔ)熱裝置放熱，小于0表示儲(chǔ)熱裝置充熱；Pheat(t)為t時(shí)段系統(tǒng)的熱負(fù)荷需求。

PEH,1(t)=αheatPEH(t)

(20)

式中：αheat為電制熱機(jī)的制熱系數(shù)。

(3) 冷平衡條件約束。

PEC,1(t)+Pst,3(t)+Pex_cool(t)=Pcool(t)

(21)

式中：PEC,1(t)為t時(shí)段電制冷機(jī)輸出制冷功率；Pex_cool(t)為t時(shí)段余熱吸收式制冷機(jī)制冷功率；Pst,3(t)為t時(shí)段儲(chǔ)冷裝置的出力功率，大于0表示儲(chǔ)冷裝置放冷，小于0表示儲(chǔ)冷裝置充冷；Pcool(t)為t時(shí)段系統(tǒng)的冷負(fù)荷需求。

PEC,1(t)=αcoolPEC(t)

(22)

式中：αcool為電制冷機(jī)的制冷系數(shù)。

(4) 儲(chǔ)能設(shè)備充/放能平衡條件約束。在一個(gè)調(diào)度周期內(nèi)T(通常為1 d)，若儲(chǔ)能設(shè)備起始工作的時(shí)間為t0，則應(yīng)有：

(23)

(5) 排煙平衡條件約束。

α1+α2+α3=1

(24)

式中：α3為排煙未被利用的比例。

3.3 設(shè)備運(yùn)行條件約束

Pgrid,MIN≤Pgrid(t)≤Pgrid,MAX

(25)

式中：Pgrid,MIN，Pgrid,MAX分別為微網(wǎng)與大電網(wǎng)之間按照合同允許傳輸?shù)淖钚『妥畲蠊β省?/p>

PGE,MIN≤PGE(t)≤PGE,MAX

(26)

式中：PGE,MIN，PGE,MAX分別為燃?xì)廨啓C(jī)的最小、最大發(fā)電功率。

(27)

式中：Est,i,MIN，Est,i,MAX分別為儲(chǔ)能設(shè)備充/放能時(shí)的最小、最大運(yùn)行容量。Pst,i,MIN，Pst,i,MAX分別為儲(chǔ)能設(shè)備充/放能時(shí)的最小、最大運(yùn)行功率；Sst,i(t)為儲(chǔ)能設(shè)備當(dāng)前儲(chǔ)能狀態(tài)，即剩余儲(chǔ)能量；Sst,i,MIN，Sst,i,MAX分別為儲(chǔ)能設(shè)備充/放能時(shí)的最小、最大運(yùn)行荷電狀態(tài)(state of charge,SOC)。

(28)

式中：PEH,MIN，PEH,MAX分別為電制熱機(jī)的最小、最大耗電功率。PEH,1,MIN，PEH,1,MAX分別為電制熱機(jī)的最小、最大輸出制熱功率。

(29)

式中：PEC,MIN，PEC,MAX分別為電制冷機(jī)的最小、最大耗電功率；PEC,1,MIN，PEC,1,MAX分別為電制冷機(jī)的最小、最大輸出制冷功率。

Pex_heat,MIN≤Pex_heat(t)≤Pex_heat,MAX

(30)

式中：Pex_heat,MIN，Pex_heat,MAX分別為余熱鍋爐的最小、最大制熱功率。

Pex_cool,MIN≤Pex_cool(t)≤Pex_cool,MAX

(31)

式中：Pex_cool,MIN，Pex_cool,MAX分別為余熱吸收式制冷機(jī)的最小、最大制冷功率。

3.4 求解方法

含CCHP和儲(chǔ)能設(shè)備的DIEM運(yùn)行優(yōu)化求解問題，屬于典型的多約束多變量的動(dòng)態(tài)規(guī)劃求解問題。文中采用商業(yè)化的Cplex軟件進(jìn)行問題求解，具有求解速度快、求解精度高等優(yōu)點(diǎn)，已在部分多能系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度軟件開發(fā)中應(yīng)用。

4 算例分析

4.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

文中選取國(guó)內(nèi)某大學(xué)城為研究對(duì)象[25]，主要的基本參數(shù)如表1所示。其中，余熱吸收式制冷機(jī)和余熱鍋爐利用排煙的比例為4∶1，排煙全部來(lái)自燃?xì)廨啓C(jī)；儲(chǔ)冷設(shè)備漏能率為0.15%/h，最大充/放能功率均為0.3 MW，SOC運(yùn)行區(qū)間為[5%, 95%]，初始SOC為50%。分時(shí)天然氣價(jià)格取2.4元/m3，且低位熱值為36 MJ/m3，分時(shí)電價(jià)如圖3所示。文中僅進(jìn)行一天24 h的典型日各個(gè)設(shè)備日前出力情況分析，并以1 h劃分為調(diào)度子時(shí)段，夏季典型日冷熱電負(fù)荷、可再生能源出力曲線分別如圖4、圖5所示，組成拓?fù)涫疽馊鐖D6所示。

表1 設(shè)備基本性能參數(shù)Table 1 Basic performance parameters of equipment

圖3 主網(wǎng)購(gòu)電分時(shí)電價(jià)曲線Fig.3 Time sharing price of main network power purchase

圖4 典型調(diào)度日負(fù)荷情況曲線Fig.4 Typical daily dispatching load

圖5 典型調(diào)度日可再生能源出力曲線Fig.5 Typical dispatch daily renewable energy output

圖6 場(chǎng)景組成拓?fù)銯ig.6 Topology of scene composition

4.2 案例分析

為驗(yàn)證多能耦合系統(tǒng)下儲(chǔ)能容量大小對(duì)含CCHP的DIEM運(yùn)行優(yōu)化的影響，選取儲(chǔ)冷設(shè)備容量為單一變化量進(jìn)行比較。運(yùn)維總費(fèi)用、CO2總排放當(dāng)量權(quán)重系數(shù)分別為30%和70%，每消耗1 kW·h電網(wǎng)外購(gòu)電力、1 m3天然氣的CO2排放當(dāng)量分別為0.997 kg/(kW·h)和1.76 kg/m3，光伏、風(fēng)機(jī)每生產(chǎn)1 kW·h電力的CO2排放當(dāng)量分別為0.032 kg/(kW·h)和0.009 kg/(kW·h)[24]；儲(chǔ)冷設(shè)備設(shè)計(jì)使用年限為10 a，其固定投資費(fèi)用為239 700元，單位容量投資費(fèi)用為945元/(kW·h)，單位容量日均維護(hù)費(fèi)用0.25 元/(kW·h)。比較以下3種情景的優(yōu)化結(jié)果。情景一：無(wú)儲(chǔ)冷設(shè)備；情景二：配置儲(chǔ)冷設(shè)備的容量為2 MW·h；情景三：配置儲(chǔ)冷設(shè)備的容量為4 MW·h。各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行優(yōu)化的出力結(jié)果如圖7—圖10所示。

圖7 不同情景下發(fā)電設(shè)備出力情況Fig.7 Power generation output under different cases

圖8 不同情景下制冷設(shè)備出力情況Fig.8 Refrigeration output under different cases

圖9 不同情景下制熱設(shè)備出力情況Fig.9 Heating equipment output under different cases

圖10 不同情景下儲(chǔ)能設(shè)備狀態(tài)情況Fig.10 Status of energy storages under different cases

圖7顯示配置儲(chǔ)冷設(shè)備容量越大，在01:00—03:00凌晨谷電時(shí)，從主網(wǎng)的購(gòu)電量越多，燃?xì)廨啓C(jī)出力也越小，并且在谷電價(jià)時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)的出力普遍較低。圖8顯示在冷負(fù)荷需求較大時(shí)，12:00—16:00電制冷機(jī)的出力會(huì)隨著儲(chǔ)冷容量的增大而降低，從主網(wǎng)購(gòu)得的峰電會(huì)減少。而在01:00—11:00，吸收式制冷機(jī)輸出冷負(fù)荷較多，就能滿足冷負(fù)荷需求，電制冷機(jī)不工作。圖9顯示電制熱機(jī)在01:00—12:00都工作，用以補(bǔ)充CCHP機(jī)組在低功率下的產(chǎn)熱。圖10顯示儲(chǔ)冷設(shè)備普遍在03:00—07:00夜晚谷電時(shí)進(jìn)行充能，在08:00—11:00冷負(fù)荷需求處于上升階段，但是CCHP系統(tǒng)出力也處于上升階段，儲(chǔ)冷設(shè)備將未利用的冷能進(jìn)行存儲(chǔ)，并在12:00—16:00進(jìn)行放能；雖然儲(chǔ)冷設(shè)備容量越大，放的冷能更多，但是并未與容量大小成正比。

表2為不同情景下一個(gè)周期在綜合考慮運(yùn)維總成本和CO2排放當(dāng)量時(shí)的綜合運(yùn)行優(yōu)化目標(biāo)情況。針對(duì)文中情景，配置儲(chǔ)冷設(shè)備容量為0 MW·h,2 MW·h,4 MW·h的運(yùn)維總成本分別為125 153.77元，123 185.12元，123 963.95元，CO2排放當(dāng)量分別為210 370 kg，208 263 kg，208 198 kg。配置容量為2 MW·h的時(shí)候，雖然CO2排放當(dāng)量比配置容量為4 MW·h時(shí)多一些，但是經(jīng)濟(jì)性和綜合運(yùn)行優(yōu)化目標(biāo)會(huì)更好，配置儲(chǔ)冷設(shè)備優(yōu)于未配置。儲(chǔ)冷設(shè)備容量為2 MW·h時(shí)，運(yùn)維總成本和綜合運(yùn)行優(yōu)化目標(biāo)最低，沒有造成儲(chǔ)冷設(shè)備容量過(guò)度配置，更好地實(shí)現(xiàn)了本場(chǎng)景兼顧經(jīng)濟(jì)性和碳排放運(yùn)行優(yōu)化的目的。

表2 不同情景的一個(gè)周期綜合優(yōu)化目標(biāo)情況Table 2 One cycle comprehensive optimization objective under different cases

5 結(jié)論

建立區(qū)域DIEM系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)多能互補(bǔ)利用、提升可再生能源滲透消納率和提高能源綜合利用效率的重要手段。結(jié)合文中研究，主要得到如下結(jié)論：

(1) 文中充分考慮到電/熱/冷和煙氣余熱利用平衡約束、燃?xì)廨啓C(jī)等各個(gè)設(shè)備不等式約束，構(gòu)建了由運(yùn)維總成本和CO2排放當(dāng)量組成的綜合運(yùn)行優(yōu)化多目標(biāo)模型。

(2) 算例分析結(jié)果表明，配置儲(chǔ)冷設(shè)備容量為2 MW·h時(shí)一個(gè)周期運(yùn)維總成本比為4 MW·h時(shí)少778.83元，CO2排放當(dāng)量多65 kg，但綜合運(yùn)行優(yōu)化目標(biāo)為3種情景中最高的，驗(yàn)證了文中所述模型和方法的有效性和合理性。

(3) 選擇合適的儲(chǔ)能設(shè)備容量，可使一個(gè)周期內(nèi)的運(yùn)維總成本和綜合運(yùn)行優(yōu)化目標(biāo)相對(duì)較低，從而更好地滿足DIEM系統(tǒng)兼顧經(jīng)濟(jì)性和碳排放運(yùn)行優(yōu)化的需求，具有一定的實(shí)際工程指導(dǎo)意義。

文中對(duì)分布式能源設(shè)備出力模型和運(yùn)行方式進(jìn)行了簡(jiǎn)化和線性化處理，未計(jì)及部分設(shè)備的變工況特性和啟停特性。另外，對(duì)各類儲(chǔ)能設(shè)備更加精準(zhǔn)化建模，以及儲(chǔ)能設(shè)備對(duì)DIEM系統(tǒng)時(shí)間和空間上轉(zhuǎn)移特性對(duì)運(yùn)行優(yōu)化的影響，是今后的研究重點(diǎn)。