寧 寧， 李琦芬， 楊涌文， 武天嬌， 李 龍

(上海電力大學(xué)能源與機(jī)械工程學(xué)院， 上海 200090)

進(jìn)入21世紀(jì)以來，空氣污染、能源的安全和效率等問題為經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展帶來諸多的挑戰(zhàn)，同時(shí)也促進(jìn)了世界各國學(xué)者對(duì)電、天然氣、冷/熱等多能協(xié)同規(guī)劃運(yùn)行的研究[1]。另一方面隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展用戶側(cè)的用能種類也在趨于多樣化，傳統(tǒng)意義上的電力需求側(cè)管理存在一定的不足，如會(huì)對(duì)用戶的舒適度造成影響，導(dǎo)致用戶參與積極性不高，不能完全激發(fā)用戶的負(fù)荷響應(yīng)潛力，因此有必要對(duì)傳統(tǒng)電力需求響應(yīng)(demand response，DR)進(jìn)行衍生與擴(kuò)展，所以綜合需求側(cè)響應(yīng)(integrated demand respone, IDR)的概念被廣泛關(guān)注。

同時(shí)為了進(jìn)一步提高用戶的積極性和提高系統(tǒng)的靈活性，達(dá)到多種能源形式的優(yōu)勢互補(bǔ)的目的，能源系統(tǒng)中會(huì)引入可用于多能存儲(chǔ)的儲(chǔ)能系統(tǒng)。 現(xiàn)階段儲(chǔ)能成本還相對(duì)較為昂貴，選擇合適的儲(chǔ)能容量和功率、優(yōu)化儲(chǔ)能系統(tǒng)配置是實(shí)現(xiàn)用戶經(jīng)濟(jì)安全的基礎(chǔ)[2]。文獻(xiàn)[3]從多類型需求側(cè)響應(yīng)角度考慮，儲(chǔ)能容量優(yōu)化配置對(duì)光伏微網(wǎng)總成本和光伏消納率的影響，但是僅考慮單一的儲(chǔ)電系統(tǒng)方式而且忽略了用戶的用能舒適度影響。文獻(xiàn)[4]通過兼顧優(yōu)化規(guī)劃的配置經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)源/荷側(cè)熱電耦合微網(wǎng)的綜合優(yōu)化，但文獻(xiàn)中沒有考慮儲(chǔ)熱系統(tǒng)的配置。文獻(xiàn)[5]將儲(chǔ)能分為3種不同的模式，然后分析各自儲(chǔ)能模式下多能互補(bǔ)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，但是忽略了儲(chǔ)能設(shè)備容量優(yōu)化配置問題。

上述文獻(xiàn)雖然將儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率、容量配置作為研究對(duì)象，但是對(duì)于多能存儲(chǔ)系統(tǒng)容量優(yōu)化配置的研究較少，同時(shí)沒有考慮用戶側(cè)需求側(cè)響應(yīng)或需求側(cè)管理對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)功率以及容量配置的影響而且對(duì)用戶舒適度的研究很少涉及?？煽匦暂^強(qiáng)的居民負(fù)荷具有相當(dāng)大的規(guī)模，約占居民用能總負(fù)荷的60%左右[6]。隨著能源網(wǎng)絡(luò)耦合程度逐漸提高，多能存儲(chǔ)和綜合需求響應(yīng)將成為其運(yùn)行優(yōu)化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[7]。中外學(xué)者已經(jīng)將需求側(cè)管理運(yùn)用在分布式電源和綜合能源系統(tǒng)的優(yōu)化配置以及運(yùn)行方面。例如，文獻(xiàn)[8]基于可轉(zhuǎn)移負(fù)荷的研究，綜合考慮DR項(xiàng)目的實(shí)施對(duì)風(fēng)電的利用和系統(tǒng)的影響，算例分析了可顯著提高風(fēng)電的利用率；文獻(xiàn)[9]建立了含熱電需求響應(yīng)的熱電聯(lián)產(chǎn)微網(wǎng)多目標(biāo)優(yōu)化模型，驗(yàn)證了該微網(wǎng)系統(tǒng)的供熱與供電的靈活性，但沒有考慮儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)需求響應(yīng)的影響；文獻(xiàn)[10]針對(duì)微電網(wǎng)運(yùn)行特性以及用戶對(duì)微電網(wǎng)的影響，采用一種綜合考慮新能源消納和分時(shí)電價(jià)的可轉(zhuǎn)移負(fù)荷調(diào)度策略，構(gòu)建了計(jì)及可轉(zhuǎn)移負(fù)荷的微電網(wǎng)調(diào)度模型，但該需求響應(yīng)僅僅考慮了電負(fù)荷情況；上述文獻(xiàn)主要考慮了需求側(cè)響應(yīng)中的一種或多種，但是隨著能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，IDR的管理范圍不僅包括需求側(cè)柔性負(fù)荷，還包括儲(chǔ)能設(shè)備和能量轉(zhuǎn)換設(shè)備實(shí)現(xiàn)的可轉(zhuǎn)換負(fù)荷，因此綜合考慮儲(chǔ)能系統(tǒng)和IDR是值得研究的問題。

針對(duì)上述存在的研究問題，首先引入能源樞紐概念模型，將負(fù)荷側(cè)與儲(chǔ)能側(cè)聯(lián)系起來，接著構(gòu)建IDR以及儲(chǔ)能模型，然后提出用能舒適度模型，包括用電舒適度和溫度舒適度，最后在此基礎(chǔ)上構(gòu)建以年運(yùn)行成本最小為優(yōu)化目標(biāo)。最后，以南方某商業(yè)園區(qū)為例，對(duì)該優(yōu)化配置模型進(jìn)行驗(yàn)證。

1 多能存儲(chǔ)系統(tǒng)模型

為了方便描述引入能源樞紐概念，此概念是由蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院于2007年在“未來網(wǎng)絡(luò)愿景”項(xiàng)目中首次提出[11]，能源樞紐的提出對(duì)綜合能源系統(tǒng)具有重要的意義。采用自發(fā)自用，余電上網(wǎng)的形式。能源樞紐系統(tǒng)由供能側(cè)(天然氣、電能)、能量生產(chǎn)側(cè)(燃?xì)廨啓C(jī)和內(nèi)燃機(jī))、能量轉(zhuǎn)換側(cè)(熱泵、電制冷機(jī)和溴化鋰機(jī)組)、儲(chǔ)能裝置側(cè)(電和冷熱儲(chǔ)能)和綜合需求側(cè)(電、冷和熱負(fù)荷)構(gòu)成，其中由能量生產(chǎn)側(cè)和轉(zhuǎn)換側(cè)構(gòu)成冷熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組 (combined cooling heating and power，CCHP)。具體如圖1所示。

圖1 多能存儲(chǔ)系統(tǒng)架構(gòu)Fig.1 Multi-energy storage system architecture

1.1 綜合需求側(cè)響應(yīng)模型

相較于傳統(tǒng)DR單純?cè)跈M向上的時(shí)間轉(zhuǎn)移和用能削減，IDR將需求側(cè)的響應(yīng)行為更新為用能種類轉(zhuǎn)換(縱向) 與時(shí)間轉(zhuǎn)移(橫向) 相結(jié)合[12]。需求響應(yīng)分為基于價(jià)格以及基于激勵(lì)的需求響應(yīng)，價(jià)格型響應(yīng)為用戶根據(jù)電價(jià)或氣價(jià)變化，自發(fā)地改變用能時(shí)段的響應(yīng)方式，系統(tǒng)不需要對(duì)用戶給予任何補(bǔ)償。而后者的響應(yīng)方式系統(tǒng)則通過獎(jiǎng)勵(lì)的方式，鼓勵(lì)用戶改變其用能時(shí)段與用能習(xí)慣。采用經(jīng)濟(jì)激勵(lì)手段改變用戶側(cè)的用能行為，將綜合需求側(cè)響應(yīng)分為3種：①削減負(fù)荷，通過削減峰時(shí)負(fù)荷減小調(diào)度壓力；②轉(zhuǎn)移負(fù)荷，將部分峰時(shí)負(fù)荷轉(zhuǎn)移到谷荷時(shí)段，此種方式不改變調(diào)度周期內(nèi)總電負(fù)荷；③替代負(fù)荷，部分負(fù)荷由別的能源供應(yīng)方式進(jìn)行替代，本文僅考慮冷熱負(fù)荷由電負(fù)荷替代。綜合需求響應(yīng)可以通過移峰錯(cuò)谷，平抑負(fù)荷曲線并提升系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性。模型為

P′e,t=Pe,t+Pc,t+Pt,t+Pre,t

(1)

P′h,t=Ph,t+Prh,t

(2)

式中：Pc,t、Pt,t、Pre,t、Prh,t分別為t時(shí)段的削減負(fù)荷、轉(zhuǎn)移負(fù)荷、替代電負(fù)荷功率和電能替代的熱負(fù)荷，其中削減負(fù)荷為負(fù)值；P′e,t和P′h,t分別為日前預(yù)測電負(fù)荷和熱負(fù)荷；Pe,t和Ph,t分別為參與需求響應(yīng)后的電負(fù)荷和熱負(fù)荷。

對(duì)主動(dòng)參與需求響應(yīng)的用戶給予一定的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償，作為補(bǔ)償成本CIDR計(jì)入目標(biāo)函數(shù)中，建立補(bǔ)償成本模型，即

(3)

(4)

1.2 儲(chǔ)能設(shè)備模型

目前的儲(chǔ)能設(shè)備儲(chǔ)存的能量方式為電、熱和氣3種形式，其中儲(chǔ)電技術(shù)較為復(fù)雜多樣。儲(chǔ)電大致可以分為以下3種：①機(jī)械儲(chǔ)能，主要包括：抽水儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能[13]；②電磁儲(chǔ)能，主要有超級(jí)電容儲(chǔ)能和超導(dǎo)磁儲(chǔ)能[14]；③電化學(xué)儲(chǔ)能，包括鋰離子電池、鈉硫電池以及鉛酸蓄電池等。儲(chǔ)熱/冷系統(tǒng)一般采用蓄水罐裝置，一般以水作為存儲(chǔ)介質(zhì)，用于熱量的短期存儲(chǔ)；儲(chǔ)氣主要有儲(chǔ)存燃?xì)庖约半娭茪?power to gas，P2G)裝置產(chǎn)生的氫氣。

根據(jù)圖2可構(gòu)建通用的儲(chǔ)能系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型為

圖2 儲(chǔ)能側(cè)模型具體化結(jié)構(gòu)圖Fig.2 The concrete structure diagram of the energy storage side model

Q(t+1)=Q(t)±Q(c,d)

(5)

式(5)中：Q(t+1)為t的下一時(shí)刻儲(chǔ)能裝置的能量；Q(t)為上一時(shí)刻儲(chǔ)能裝置剩余的能量；Q(c,d)為儲(chǔ)能裝置的儲(chǔ)存與釋放的能量。

根據(jù)案例的具體情況主要對(duì)電化學(xué)儲(chǔ)能和儲(chǔ)熱/冷系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一建模分析，其中電化學(xué)儲(chǔ)能以應(yīng)用最廣的蓄電池為例，儲(chǔ)熱系統(tǒng)以顯熱儲(chǔ)熱的蓄水罐為例。具體的模型如下。

儲(chǔ)能過程為

Qk,c(t+1)=(1-ηk)Qk,c(t)+Pk,cηk,cΔt

(6)

釋能過程為

(7)

式中：Qk,c(t)、Qk,d(t)、Pk,c和Pk,d為儲(chǔ)能設(shè)備k在時(shí)刻t的儲(chǔ)、釋能量和儲(chǔ)、釋功率，k為儲(chǔ)電、儲(chǔ)冷/熱；ηk為儲(chǔ)能設(shè)備的自損耗系數(shù)；ηk,c和ηk,d分別為儲(chǔ)能設(shè)備儲(chǔ)、釋能效率。

對(duì)于其他的能源生產(chǎn)和轉(zhuǎn)換設(shè)備模型見文獻(xiàn)[6]介紹。

2 用戶舒適度模型

綜合考慮用戶側(cè)的舒適度，對(duì)主動(dòng)參與需求響應(yīng)的用戶給予經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償，同時(shí)考慮用戶用電舒適度和溫度舒適度作為約束條件以分析對(duì)系統(tǒng)成本的影響。

2.1 溫度舒適度

溫度舒適度指標(biāo)PMV(predicted mean vote)綜合考慮了人體新陳代謝率、衣著情況以及空氣濕度、溫度、流速等六大因素[15]。PMV指標(biāo)是目前最全面的評(píng)價(jià)空氣熱環(huán)境的指標(biāo)，用戶的溫度舒適度主要是指溫度的變化，所以采用PMV指標(biāo)作為溫度舒適度評(píng)價(jià)模型，但是其原計(jì)算公式比較復(fù)雜。根據(jù)文獻(xiàn)[16]綜合考慮各因素的影響，得到簡化之后的公式為

(8)

(9)

2.2 用電舒適度

用電舒適度是指用電習(xí)慣的改變對(duì)用戶的影響。當(dāng)用戶未參加需求響應(yīng)時(shí)，用戶會(huì)根據(jù)自己的需求選擇其用電舒適度最大的方式用電。在參加需求響應(yīng)后，用戶會(huì)根據(jù)指令重新規(guī)劃自己的用電行為，在時(shí)間軸上對(duì)用電量重新安排組合，負(fù)荷曲線會(huì)發(fā)生變化。具體模型表示為

(10)

式(10)中：T為用戶參與需求響應(yīng)的總時(shí)段；r表示用電舒適度，取值范圍為[0,1]；r在取值范圍內(nèi)數(shù)值越大表示用戶側(cè)參與需求響應(yīng)的電量越少。

3 多能存儲(chǔ)系統(tǒng)優(yōu)化配置規(guī)劃模型

在基于綜合需求側(cè)響應(yīng)的多能存儲(chǔ)系統(tǒng)的優(yōu)化配置基礎(chǔ)上，充分考慮用戶舒適度對(duì)儲(chǔ)能裝置功率和容量的影響。以系統(tǒng)年最低總成本為優(yōu)化目標(biāo)，計(jì)及需求響應(yīng)、儲(chǔ)能約束、供需能量平衡、設(shè)備運(yùn)行等約束條件，建立多能存儲(chǔ)系統(tǒng)優(yōu)化配置模型。

3.1 目標(biāo)函數(shù)

模型以系統(tǒng)運(yùn)行的年總成本最低為目標(biāo)函數(shù)，主要由設(shè)備投資成本、能源購買成本、運(yùn)維成本等組成，另外考慮將用戶參與負(fù)荷響應(yīng)的激勵(lì)成本作為補(bǔ)償成本也計(jì)入目標(biāo)函數(shù)中，具體見式(3)。則優(yōu)化數(shù)學(xué)模型為

minCtotal=Cin+Cbuy+Cmt+CIDR

(11)

式(11)中：Ctotal、Cin、Cbuy、Cmt分別表示為能源樞紐系統(tǒng)總成本、投資成本、能源購買成本、運(yùn)行維護(hù)成本。

(1)系統(tǒng)設(shè)備的投資成本一般來說與最大容量、功率線性相關(guān)，即

(12)

式中：i表示燃?xì)廨啓C(jī)、內(nèi)燃機(jī)、熱泵、吸收式機(jī)組和電制冷機(jī)；Ce,i和Cp,i分別為設(shè)備i單位容量和單位功率安裝成本；Ei和Pi分別為設(shè)備的容量和功率；r0為年折舊率；Yi為設(shè)備的使用壽命。

(2)能源購買成本。系統(tǒng)運(yùn)行所需的燃料為天然氣和電，其中購電為正，售電為負(fù)，該項(xiàng)成本為

(13)

式(13)中：Cgas、Cb(t)和Cs(t)為天然氣和t時(shí)刻系統(tǒng)向電網(wǎng)購電和售電價(jià)格；Gi(t)為t時(shí)刻設(shè)備i的消耗天然氣流量；Pb(t)和Ps(t)分別為t時(shí)刻從電網(wǎng)購買和出售的電功率。

(3)運(yùn)行維護(hù)成本。

(14)

式(14)中：Ci為設(shè)備單位輸出功率運(yùn)行維護(hù)成本；Pi(t)為t時(shí)刻系統(tǒng)中設(shè)備i的運(yùn)行功率。

3.2 約束條件

(1)電/熱功率平衡約束。

PCCHP,e(t)+Pe(t)+Pb(t)-Ps(t)=P′e,t

(15)

PCCHP,h(t)+Ph(t)=P′h,t

(16)

式中：PCCHP,e(t)和PCCHP,h(t)為CCHP機(jī)組在t時(shí)段產(chǎn)生的電、熱功率；Pe(t)、Ph(t)分別為儲(chǔ)電/熱系統(tǒng)在t時(shí)刻儲(chǔ)電/熱或放電/熱的功率，儲(chǔ)電/熱為負(fù)值，放電/熱為正值。

(2)聯(lián)絡(luò)線功率約束與購售電約束。

(17)

(18)

0≤γb(t)+γs(t)≤1

(19)

(3)設(shè)備容量功率約束。

(20)

(21)

(4)IDR約束。

(22)

(23)

(24)

(5)儲(chǔ)能系統(tǒng)約束。

(25)

(26)

(27)

0≤μk,c(t)+μk,d(t)≤1

(28)

3.3 模型求解

研究的優(yōu)化配置模型是一個(gè)0-1混合整數(shù)線性規(guī)劃問題，目前對(duì)于該問題的求解方法軟件有很多。但是比較簡潔高效的方法有LPSolver、Cplex、GLPK和Yalmip。采用MATLAB 環(huán)境下的在使用Yalmip工具箱，采用Gurobi求解器進(jìn)行求解。

4 典型場景仿真分析

4.1 算例場景

以南方某地區(qū)為例，對(duì)提出的多能存儲(chǔ)系統(tǒng)優(yōu)化模型進(jìn)行驗(yàn)證。為求解方便對(duì)該地區(qū)用戶的進(jìn)行如下假設(shè)：假設(shè)居民生活區(qū)的戶型一致，將一年分為制冷季、制熱季和過渡季，該地區(qū)的冷熱負(fù)荷需求采取集中供應(yīng)方式，調(diào)度周期T取24 h，單位調(diào)度時(shí)間Δt取1 h，一天內(nèi)天然氣價(jià)格保持不變，為2.7元/m3。不同時(shí)期的冷/熱/電購買價(jià)格見文獻(xiàn)[17]。各設(shè)備的投資費(fèi)用、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用等參數(shù)列于表1、表2中[18]。

表1 能源樞紐其他設(shè)備參數(shù)Table 1 Parameters of other equipment in the energy hub

表2 儲(chǔ)能設(shè)備參數(shù)Table 2 Energy storage equipment parameters

為分析含儲(chǔ)能系統(tǒng)的綜合需求側(cè)響應(yīng)對(duì)系統(tǒng)總成本的影響，設(shè)置了3種不同場景：場景一，僅考慮綜合需求側(cè)響應(yīng)，包括削減、轉(zhuǎn)移和替代負(fù)荷；場景二，僅考慮多能存儲(chǔ)系統(tǒng)；場景三，同時(shí)考慮儲(chǔ)能系統(tǒng)和綜合需求側(cè)響應(yīng)。

4.2 結(jié)果分析

3種場景下的優(yōu)化配置結(jié)果及相關(guān)各項(xiàng)費(fèi)用具體求解結(jié)果如表3、表4所示。

表3 不同場景下配置方案的各指標(biāo)對(duì)比Table 3 Comparison of various indicators of configuration schemes in different scenarios

表4 不同場景的各項(xiàng)成本

場景一，該場景的情況下無儲(chǔ)能系統(tǒng)使用戶既要參與需求側(cè)響應(yīng)又要滿足自身的用能需求，使得用戶的用能舒適度比較差，而且能源生產(chǎn)和轉(zhuǎn)化設(shè)備功率配置較大，導(dǎo)致能源購買成本增加。

場景二與場景三相比減少了用戶參與負(fù)荷響應(yīng)，使用戶不受約束的自由分配用能時(shí)間與功率，該場景下的用戶的用能舒適度最高，沒有受到影響。導(dǎo)致該場景下的能源購買成本比場景三增加了7.15%。

場景三和場景一均考慮了IDR情況，二者區(qū)別在于有無儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)化配置，與場景一相比，總成本同比減少32.78%。

4.3 某典型日運(yùn)行工況分析

CCHP機(jī)組采用的是內(nèi)燃機(jī)加燃?xì)廨啓C(jī)配置方式，內(nèi)燃機(jī)的效率較高可以提供更多的電負(fù)荷，燃?xì)廨啓C(jī)的效率低，但是熱電比較高適用于冷熱負(fù)荷較高的用戶，綜合考慮該地區(qū)的用戶種類，內(nèi)燃機(jī)加燃?xì)廨啓C(jī)的配置方式適用于該場景。內(nèi)燃機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)在某典型日的各時(shí)段的功率輸出曲線如圖3所示。

在1:00—6:00時(shí)段電價(jià)較低，此時(shí)用戶的電負(fù)荷主要由電網(wǎng)提供，基荷類冷熱負(fù)荷由電制冷機(jī)提供通過優(yōu)化配置該時(shí)段的用戶所需的冷熱負(fù)荷可以完全由電制冷機(jī)供應(yīng)。這時(shí)的2號(hào)內(nèi)燃機(jī)和燃機(jī)輪機(jī)啟動(dòng)給儲(chǔ)電系統(tǒng)和儲(chǔ)冷裝置蓄能。

7:00—12:00時(shí)段，電價(jià)比較高，三臺(tái)內(nèi)燃機(jī)全部運(yùn)行工作，用戶的大部分電負(fù)荷由三臺(tái)內(nèi)燃機(jī)提供，不足的部分由儲(chǔ)電系統(tǒng)和電網(wǎng)供應(yīng)，此時(shí)內(nèi)燃機(jī)機(jī)組輸出的熱功率優(yōu)先滿足用戶的用冷負(fù)荷，多余的部分則由蓄冷裝置儲(chǔ)存起來。10:00—15:00時(shí)段，由于室外的溫度上升，室內(nèi)的用冷負(fù)荷會(huì)相應(yīng)地增加，16:00—21:00時(shí)段，晚上用戶的用能需求較大，為了滿足用戶的冷負(fù)荷需要，這個(gè)時(shí)刻的燃?xì)廨啓C(jī)和蓄冷裝置都會(huì)投入工作。

圖4所示在7:00—9:00、11:00—13:00和19:00—22:00時(shí)刻用能的高峰時(shí)刻，在該時(shí)間段內(nèi)用戶側(cè)的可削減負(fù)荷以及可轉(zhuǎn)移負(fù)荷參與負(fù)荷側(cè)響應(yīng)來保障用能，可轉(zhuǎn)移負(fù)荷的總用能量是不變的，只是時(shí)間上的平移?？赊D(zhuǎn)移負(fù)荷引導(dǎo)用戶將峰時(shí)負(fù)荷轉(zhuǎn)移到谷時(shí)時(shí)段; 谷時(shí)時(shí)段的部分冷負(fù)荷將由電負(fù)荷進(jìn)行替代以消納部分多余的電。由參與綜合需求響應(yīng)后的負(fù)荷曲線可知，負(fù)荷峰谷差得到有效平抑并增強(qiáng)荷儲(chǔ)匹配。

圖4 典型日用戶在需求響應(yīng)下參與情況Fig.4 Participation of typical daily users in response to demand

4.4 用能舒適度分析

類比前面的用電舒適度的定義，將用能舒適度定義為用戶在參與負(fù)荷響應(yīng)時(shí)的參與程度，也即用戶側(cè)的可平移負(fù)荷、可削減負(fù)荷和可替換負(fù)荷之和參與響應(yīng)的比例?，F(xiàn)主要分析 PMV 指標(biāo)和用電舒適度對(duì)多能存儲(chǔ)系統(tǒng)年運(yùn)行費(fèi)用的影響。

4.4.1 溫度舒適度PMV 指標(biāo)

PMV指標(biāo)反映用戶對(duì)于溫度舒適度的要求，為分析不同PMV指標(biāo)對(duì)機(jī)組出力的影響，采用不同的PMV指標(biāo)來互相對(duì)比，找出符合該地區(qū)的最優(yōu)PMV指標(biāo)值范圍。同時(shí)還分析如果允許PMV指標(biāo)波動(dòng)范圍的增大，并對(duì)比各成本的影響。

不同PMV下系統(tǒng)總成本變化情況如圖5所示。隨著PMV指標(biāo)值的增大，系統(tǒng)整體成本先減小后增大趨勢，并在-0.75 附近處取得最小值。

圖5 不同PMV指標(biāo)成本曲線圖Fig.5 The cost curve of different PMV indicators

如圖6所示，在同一的溫度舒適度指標(biāo)(PMV-0.75)情況下，場景三充分考慮了用戶需求側(cè)響應(yīng)與儲(chǔ)能的優(yōu)化配置的情況下，該場景下的機(jī)組熱功率曲線較為平滑，峰谷值熱功率出力的差值較小。場景一與場景三對(duì)比，無儲(chǔ)能配置情況下用戶在將要用能的時(shí)刻會(huì)出現(xiàn)機(jī)組出力的迅速的爬坡，一旦用戶的用能減少，又會(huì)出現(xiàn)機(jī)組的出力迅速下降，最終會(huì)出現(xiàn)峰谷差的增大。

圖6 典型日不同場景的機(jī)組熱功率出力Fig.6 Unit thermal power output in different scenarios on a typical day

如圖7所示，不同的PMV指標(biāo)值下，室內(nèi)的溫度允許變化范圍會(huì)有較大的差異，在中國允許的指標(biāo)值內(nèi)，PMV值越小，室內(nèi)溫度變化范圍越大。如果允許PMV范圍增大，也即用戶對(duì)室內(nèi)溫度要求降低，室內(nèi)溫度變化范圍變寬，也會(huì)降低系統(tǒng)的總成本尤其是能源購買成本。

圖7 典型日不同PMV下室內(nèi)溫度對(duì)比Fig.7 Comparison of indoor temperature under different PMV on a typical day

4.4.2 用電舒適度

圖8展示了不同用電舒適度場景下的各項(xiàng)成本。用電舒適度主要體現(xiàn)用戶可控電負(fù)荷參與需求側(cè)響應(yīng)的程度，隨著用電舒適度的增加投資成本、系統(tǒng)維護(hù)成本和補(bǔ)償成本都出現(xiàn)下降的趨勢，能源購買成本出現(xiàn)增加的態(tài)勢。

圖8 不同用電舒適度下各成本變化Fig.8 Changes in various costs under different power consumption comfort levels

如圖9可以看出，隨著用電舒適度的增大，系統(tǒng)總成本先增大后減小，在r=0.88處取得最小值。

圖9 不同用電舒適度總成本圖Fig.9 The total cost of different electric comfort levels

5 結(jié)論

將綜合需求側(cè)響應(yīng)與多能存儲(chǔ)系統(tǒng)相結(jié)合，綜合考慮用戶的用能舒適度對(duì)系統(tǒng)的成本的影響，提出包含能源樞紐的多能存儲(chǔ)系統(tǒng)的優(yōu)化配置模型，以某典型日的運(yùn)行工況為例，分析了不同場景下的儲(chǔ)能配置以及系統(tǒng)總成本的差異，最后對(duì)溫度舒適度和用電舒適度參與對(duì)多能存儲(chǔ)系統(tǒng)成本的影響做了分析。主要結(jié)論如下。

(1)綜合需求響應(yīng)的實(shí)施可調(diào)整用戶的能源需求曲線，同時(shí)具有虛擬儲(chǔ)能功能，可以為多能存儲(chǔ)設(shè)備提供額外的儲(chǔ)能能力，同時(shí)可以提升冷/熱、電負(fù)荷的柔性調(diào)節(jié)能力，解耦傳統(tǒng)以熱定電模式，同時(shí)降低系統(tǒng)總成本，尤其對(duì)維護(hù)成本和能源購買成本影響較大。

(2)通過對(duì)多能存儲(chǔ)系統(tǒng)運(yùn)行情況分析得出合理考慮用戶舒適度值包括溫度舒適度指標(biāo)值以及用電舒適度值，充分發(fā)揮了用戶側(cè)參與需求響應(yīng)項(xiàng)目的積極性，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶和供能系統(tǒng)的雙贏，更具實(shí)際意義。