關(guān)于分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)優(yōu)化配置與適用性分析

史青青

摘 要：要想對(duì)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的綜合效益進(jìn)行有效保障，就必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化配置。基于此，本文主要對(duì)該系統(tǒng)的組成部分以及以熱定電模式、以電定熱模式、指標(biāo)最優(yōu)模式等三種模式進(jìn)行了介紹，其次通過這三種模式對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化配置，最后對(duì)這三種模式的適用性進(jìn)行了探討，具有一定的理論意義與現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)；適用性；優(yōu)化配置

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.22.172

0 引言

冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)也被稱為CCHP系統(tǒng)，能夠?qū)δ茉催M(jìn)行梯級(jí)利用，和分供系統(tǒng)相比，具有環(huán)境污染低以及能源利用率高等眾多優(yōu)點(diǎn)。而要想對(duì)該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行全面發(fā)揮，就必須對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化配置，然而從現(xiàn)階段該系統(tǒng)的優(yōu)化配置情況來看，系統(tǒng)的各個(gè)模塊比較獨(dú)立，沒有對(duì)電能上網(wǎng)售電進(jìn)行全面考慮。因此對(duì)于研究人員來說，應(yīng)該重新對(duì)CCHP系統(tǒng)進(jìn)行審視，在此基礎(chǔ)上提高它的優(yōu)化配置效果。

1 CCHP系統(tǒng)介紹

CCHP系統(tǒng)主要是由燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)、吸收式制冷機(jī)、蓄能裝置、余熱回收裝置、電鍋爐以及電制冷機(jī)等組成的。該系統(tǒng)一共有三種運(yùn)行模式。其中，模式一是以熱定電模式。在設(shè)計(jì)容量允許的基礎(chǔ)上，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組會(huì)按照建筑所需熱量，對(duì)其發(fā)電量進(jìn)行明確。如果系統(tǒng)所產(chǎn)生的熱量無法對(duì)冷熱負(fù)荷需求進(jìn)行滿足，那么將會(huì)通過鍋爐以及電制冷機(jī)等進(jìn)行補(bǔ)充。由于這種模式不會(huì)產(chǎn)生多余熱量，因此不需要對(duì)蓄能裝置進(jìn)行充分考慮。模式二是以電定熱模式。在設(shè)計(jì)容量允許的基礎(chǔ)上，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組會(huì)按照建筑所需負(fù)荷對(duì)它的發(fā)電量進(jìn)行明確。如果系統(tǒng)所產(chǎn)生的電量不能夠?qū)﹄娯?fù)荷需求進(jìn)行有效滿足，那么需要通過外部電網(wǎng)進(jìn)行補(bǔ)充；如果系統(tǒng)產(chǎn)生大量熱量，那么熱量將會(huì)被存儲(chǔ)到蓄能裝置當(dāng)中，如果系統(tǒng)所產(chǎn)生的熱量無法對(duì)冷熱負(fù)荷需求進(jìn)行有效滿足，那么將會(huì)通過蓄能裝置進(jìn)行補(bǔ)充。模式三是一種指標(biāo)最優(yōu)模式。和上述兩種模式相比，該模式的約束性較低，在余熱分配系數(shù)以及發(fā)電機(jī)組功率等方面的指標(biāo)都是最優(yōu)的，通過優(yōu)化調(diào)度模塊對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行。

2 優(yōu)化配置分析

本文選擇某地區(qū)建筑的4到5月份負(fù)荷作為春季典型日負(fù)荷，6到9月份代表夏季典型日負(fù)荷，10到11月份代表秋季典型日負(fù)荷，12到3月份代表冬季典型日負(fù)荷，并對(duì)各個(gè)典型日進(jìn)行了劃分，將其劃分成24個(gè)時(shí)段。在眾多典型日當(dāng)中，春秋兩季的典型日一共有122天，夏季的典型日有122天，冬季的典型日有121天。定義熱電比的值等于年總熱負(fù)荷與年總電負(fù)荷之間的商，冷電比的值等于年總冷負(fù)荷與年總電負(fù)荷之間的商。將2.83元每立方米作為天然氣價(jià)格，將9.7千瓦時(shí)每立方米作為天然氣熱值。

本文通過不同的熱電比和冷電比下的負(fù)荷結(jié)構(gòu)對(duì)不同建筑負(fù)荷工況進(jìn)行表示，并通過負(fù)荷分析方法，結(jié)合熱電比和冷電比的變化以及典型日中的電負(fù)荷值，能夠?qū)嶝?fù)荷值以及冷負(fù)荷值進(jìn)行獲得。在本文當(dāng)中，熱電比和冷電比的取值均處于0到4之間，并且相鄰數(shù)值的間隔是0.1[1]。

3 系統(tǒng)的適用性

從模式三和模式一之間的運(yùn)行指標(biāo)差值來看，系統(tǒng)的熱電比等于0，冷電比在0.8范圍內(nèi)的指標(biāo)是負(fù)值，也就是說在多數(shù)負(fù)荷結(jié)構(gòu)下，模式三所取得的綜合效益要比模式一好，其差值甚至可達(dá)25.6%。從模式三和模式二之間的運(yùn)行指標(biāo)差值來看，模式三所取得的效益要比模式二好，其差值甚至可達(dá)48.3%。

從優(yōu)化結(jié)果的角度來分析，在模式一之下，燃機(jī)容量會(huì)因熱電比的升高而增加，這主要是因?yàn)槿紮C(jī)容量增加會(huì)產(chǎn)生電量上網(wǎng)售電，可以減少運(yùn)營(yíng)成本，再加上CCHP系統(tǒng)具有較高的制熱效率，因此會(huì)增加系統(tǒng)的綜合效益；燃機(jī)容量會(huì)隨著冷電比的上升出現(xiàn)先增加后減少的現(xiàn)象，這主要是因?yàn)槿紮C(jī)容量增加之后，會(huì)讓發(fā)電機(jī)組處于一種低載運(yùn)行的狀態(tài)，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)停機(jī)現(xiàn)象，導(dǎo)致系統(tǒng)能源沒有被充分利用。另外，對(duì)于電制冷機(jī)來說，其制冷效率要比吸收式制冷機(jī)高，使得SP（分供）系統(tǒng)的冷負(fù)荷需求增加，進(jìn)而增加了系統(tǒng)的運(yùn)行成本，降低一次能源損耗。并且，隨著冷熱負(fù)荷的不斷增加，燃機(jī)容量會(huì)不斷減少，進(jìn)而對(duì)CCHP系統(tǒng)的指標(biāo)下降問題進(jìn)行有效抑制，最后通過分供形式對(duì)多于負(fù)荷進(jìn)行供給。由此可見，對(duì)于模式一來說，對(duì)較小的冷負(fù)荷比較適用。

對(duì)于模式二而言，會(huì)受到電負(fù)荷的影響，在冷熱負(fù)荷持續(xù)增加的前提下，燃機(jī)容量會(huì)趨于恒定。當(dāng)系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)處于最高狀態(tài)時(shí)，則意味著系統(tǒng)供需兩側(cè)的熱電比和冷電比最接近，這個(gè)時(shí)候的燃機(jī)容量會(huì)處于峰值狀態(tài)。在本文當(dāng)中，在春季、夏季以及秋季時(shí)，會(huì)通過蓄能裝置進(jìn)行蓄冷，在冬季時(shí)，會(huì)通過蓄能裝置進(jìn)行蓄熱，因此冷負(fù)荷的需求會(huì)對(duì)蓄能裝置容量產(chǎn)生較大影響。由此可見，電負(fù)荷需求會(huì)對(duì)模式二進(jìn)行限制，并且綜合效益不高，因此不適合對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用。

對(duì)于模式三而言，不會(huì)受到冷熱電負(fù)荷的影響，在CCHP系統(tǒng)當(dāng)中，蓄能裝置容量會(huì)隨著燃機(jī)容量的增加而增加，再加上剩下的電量上網(wǎng)售電，不僅降低了系統(tǒng)運(yùn)行成本，而且也對(duì)一次能源進(jìn)行了充分利用，對(duì)溫室氣體排放進(jìn)行了抑制，因此在三種模式當(dāng)中，模式三的綜合效益最高。通過上述分析我們可以知道，如果冷熱負(fù)荷都比較小，那么可以使用模式一，除此之外，可以對(duì)模式三進(jìn)行有效利用[2]。

4 結(jié)論

總而言之，從綜合效益的角度來分析，CCHP系統(tǒng)要比SP系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，并且這種優(yōu)勢(shì)會(huì)隨著熱負(fù)荷占比的增高而增大。通常情況下，如果通過以電定熱模式或者是以熱定電模式對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化配置，那么將很難實(shí)現(xiàn)效益最大化，而通過指標(biāo)最優(yōu)模式能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的效益最大化。另外，如果冷熱負(fù)荷過少，那么在蓄能裝置能量損失以及投資成本等的影響下，會(huì)降低系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，但是從整體上考慮，CCHP系統(tǒng)在運(yùn)行效益方面仍然要比SP系統(tǒng)好。因此對(duì)于研究人員來說，應(yīng)該加大對(duì)該系統(tǒng)的研究與應(yīng)用力度，全面發(fā)揮其對(duì)社會(huì)發(fā)展的重要價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡榮，馬杰，李振坤等.分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)優(yōu)化配置與適用性分析[J].電網(wǎng)技術(shù)，2017（02）：418-425.

[2]鄭拓.分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的運(yùn)行策略與優(yōu)化配置研究[D]. 燕山大學(xué)，2015.