董 晶

（吉林建筑科技學(xué)院 管理工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130000）

0 引言

能源是維持社會(huì)正常運(yùn)行和發(fā)展的基本要素之一。當(dāng)前，能源的種類大致被劃分為3種：一次能源、二次能源和可再生能源。梯度能源調(diào)度系統(tǒng)主要應(yīng)用于用戶側(cè)，通過合理利用、就近消納的方式使用當(dāng)?shù)啬茉矗源诉_(dá)到提升能源利用效率和使用安全性的目標(biāo)［1］。多能互補(bǔ)是結(jié)合多能儲(chǔ)存提出的一種全新能源調(diào)度理念，并應(yīng)用在調(diào)度系統(tǒng)中能夠充分發(fā)揮出其優(yōu)勢(shì)。目前，由于傳統(tǒng)調(diào)度系統(tǒng)存在的不足，各個(gè)單一子系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的用能區(qū)域在開展多能互補(bǔ)時(shí)會(huì)出現(xiàn)負(fù)荷波動(dòng)問題，造成嚴(yán)重的能源浪費(fèi)。針對(duì)這一問題，本文開展基于多能互補(bǔ)的能源梯級(jí)優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)研究。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

為了對(duì)各類能源的優(yōu)化調(diào)度，在多能互補(bǔ)理念下，本研究采用梯級(jí)分布方式，對(duì)電、氣、冷熱等能源供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)電鍋爐、冷熱電聯(lián)產(chǎn)等網(wǎng)絡(luò)及其他各單元及信息集進(jìn)行調(diào)控和處理。根據(jù)上述思路構(gòu)建了調(diào)度系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 調(diào)度系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

在調(diào)度系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，本調(diào)度系統(tǒng)不僅需要根據(jù)其自身所處區(qū)域環(huán)境以及具備的可利用能源結(jié)構(gòu)等確定實(shí)際安裝場(chǎng)地大小，還應(yīng)當(dāng)根據(jù)負(fù)荷側(cè)的不同需求，確定系統(tǒng)內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)中能源轉(zhuǎn)換設(shè)備類型。本文將針對(duì)調(diào)度系統(tǒng)中的儲(chǔ)能裝置進(jìn)行選型設(shè)計(jì)。

其規(guī)則是在制熱成本增加時(shí)釋放熱能；在制熱成本降低時(shí)存儲(chǔ)熱能，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)熱能經(jīng)濟(jì)調(diào)度。同時(shí)，在出現(xiàn)風(fēng)光無法消納問題時(shí)，通過儲(chǔ)熱裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)熱能的轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)。在兩種儲(chǔ)能裝置上分別安裝遠(yuǎn)程監(jiān)控傳感器，確保在儲(chǔ)能裝置出現(xiàn)泄漏或其他問題時(shí)能夠在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并解決［2］。將監(jiān)控傳感器通過無線傳輸?shù)姆绞脚c上位機(jī)以及移動(dòng)終端設(shè)備進(jìn)行連接，并以短信的方式報(bào)警，實(shí)現(xiàn)本文系統(tǒng)的遠(yuǎn)程協(xié)助調(diào)試。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在完成對(duì)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)后，筆者采用構(gòu)建能源調(diào)度轉(zhuǎn)換模型的方式對(duì)能源分配進(jìn)行初步處理。在此過程中，將多能互補(bǔ)作為理論支撐，先使用P2G技術(shù)將系統(tǒng)內(nèi)現(xiàn)有的且暫時(shí)未能實(shí)現(xiàn)調(diào)度使用的電能轉(zhuǎn)換為天然性氣體；再將天然性氣體注入電網(wǎng)傳輸，或?qū)⑵浯鎯?chǔ)到儲(chǔ)氣裝置內(nèi)進(jìn)行終端存儲(chǔ)。

在完成能源調(diào)度轉(zhuǎn)換的研究后，需要根據(jù)系統(tǒng)需求側(cè)管理要求對(duì)其進(jìn)行能源的梯級(jí)分配。在此過程中，要求需求側(cè)與管理側(cè)簽訂合作協(xié)議，以改變傳統(tǒng)的單向分配習(xí)慣，并根據(jù)市場(chǎng)的熱負(fù)荷響應(yīng)需求，進(jìn)行變量的決策［3］。為了提高分配的合理性，可在分配過程中設(shè)計(jì)一個(gè)混合整數(shù)規(guī)劃模型，將設(shè)定的變量作為分配過程中的硬性要求，采用求解模型的方式，得到一個(gè)約束條件與不等式條件。在此基礎(chǔ)上，通過約束條件得到一個(gè)最優(yōu)解集合，將最優(yōu)解作為分配結(jié)果，實(shí)現(xiàn)對(duì)規(guī)劃模型的硬性約束。分配過程如下計(jì)算公式所示：

公式(1）中：s表示為約束條件；t表示為分配周期；A表示為線性矩陣；x表示為整數(shù)變量；b表示為轉(zhuǎn)換參數(shù)。在調(diào)度過程中，將所有變量值代入公式，代入后公式仍為等式，證明調(diào)度行為符合標(biāo)準(zhǔn)，反之不符合標(biāo)準(zhǔn)。

3 調(diào)度系統(tǒng)運(yùn)行效果

為進(jìn)一步驗(yàn)證該調(diào)度系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用效果，選擇將該調(diào)度系統(tǒng)與傳統(tǒng)基于Petri網(wǎng)的調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)用到某企業(yè)園區(qū)中，將園區(qū)各類能源的具體運(yùn)行情況作為依托，對(duì)比兩種調(diào)度系統(tǒng)的調(diào)度成本。

該園區(qū)內(nèi)上級(jí)電網(wǎng)的最大購電量為750 kW，最大售電量為100 kW。燃?xì)廨啓C(jī)每次啟動(dòng)或停機(jī)的成本為3.6元；熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備每次啟動(dòng)或停機(jī)的成本為1.58元；電鍋爐每次啟動(dòng)或停機(jī)的成本為2.56元。在進(jìn)行能源調(diào)度時(shí)，在不同時(shí)段內(nèi)的購電價(jià)格和售電價(jià)格分別為，谷時(shí)：0.26元每千瓦時(shí)和0.24元每千瓦時(shí)；平時(shí)：0.56元每千瓦時(shí)和0.41元每千瓦時(shí)；峰時(shí)：0.86元每千瓦時(shí)和0.69元每千瓦時(shí)。在明確不同階段能源設(shè)備啟動(dòng)成本和銷售價(jià)格的基礎(chǔ)上，針對(duì)兩種系統(tǒng)完成運(yùn)行后的調(diào)度成本進(jìn)行記錄，并繪制成的調(diào)度成本結(jié)果記錄表，如表1所示。

從表1得出的成本記錄結(jié)果可以看出，應(yīng)用本文調(diào)度系統(tǒng)后該園區(qū)的調(diào)度總成本為3 247.76元，應(yīng)用基于Petri網(wǎng)的調(diào)度系統(tǒng)后該園區(qū)的調(diào)度總成本為4 441.41元，明顯本文調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)用效果更理想。同時(shí)，本文調(diào)度系統(tǒng)在應(yīng)用的過程中可根據(jù)需求側(cè)不同需求，實(shí)現(xiàn)對(duì)能源的梯級(jí)分配。因此，在削減負(fù)荷補(bǔ)償中不會(huì)產(chǎn)生額外的成本支出，可進(jìn)一步降低園區(qū)整體調(diào)度運(yùn)行成本。通過上述實(shí)驗(yàn)證明，本文提出的基于多能互補(bǔ)的能源梯級(jí)優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用中，能夠在滿足不同需求側(cè)需求響應(yīng)的前提條件下，有效降低調(diào)度成本，為企業(yè)帶來更大經(jīng)濟(jì)利益。

表1 兩種調(diào)度系統(tǒng)調(diào)度成本記錄 (單位：元）

4 結(jié)語

調(diào)度系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)多種能源整合和多元負(fù)荷供應(yīng)的基礎(chǔ)上，能夠進(jìn)一步提高能源資源的優(yōu)越性和經(jīng)濟(jì)性。對(duì)此本文基于多能互補(bǔ)理念，提出了一種全新的調(diào)度系統(tǒng)，并將其應(yīng)用于實(shí)際證明其優(yōu)勢(shì)。在后續(xù)的研究中，本文還將針對(duì)能源結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜的企業(yè)或地區(qū)，深入研究綜合考慮電、氣、熱和冷負(fù)荷等多種負(fù)荷條件下的能源轉(zhuǎn)換問題，從而不斷提高本文調(diào)度系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。