試析與建筑一體化的綜合能源系統優化模型應用研究

李洪濤 石程廣

摘 要：綜合能源系統能夠促進清潔能源的發展，并且可以提高能源利用效率。與傳統能源單極利用形式相比，綜合能源系統能夠綜合電力、冷、熱、天然氣等多種形式能源，開展多級利用過程。利用多能互補方式可以提高能源綜合利用效率。但是綜合能源系統在應用過程中應用系統間耦合比較緊密，流動變化情況相對復雜的問題。如果沒有對綜合能源系統進行有優化，可能會導致綜合能源系統運行存在較大問題。因此，要加強綜合能源系統優化研究工作，利用綜合能源系統優化模型，為大型建筑綜合能源系統調控以及運行優化提供有效指導。

關鍵詞：建筑一體化;綜合能源系統;優化模型

一、 綜合能源系統概述

綜合能源系統在應用過程中，將電力電子控制技術與高級通信采集技術充分結合，其靈活性與韌性都比較強。綜合能源系統主要包括跨區級綜合能源系統、區域級綜合能源系統以及園區級綜合能源系統。天然氣、電力、冷、熱等能源是構成綜合能源系統的基本要素。主要組成如圖1所示。

綜合能源系統可以將電、冷、熱、氣等多種能源進行耦合，并利用梯級利用方式提高能源的綜合利用效率。這是能源領域的主要發展趨勢之一。在綜合能源系統運行過程中，可以促進多種能源相互融合是其系統運行的主要標志。這就對系統運行優化提出了新的要求。而在大型公共建筑節能降耗進程不斷推進的過程中，綜合能源系統的應用也越來越廣泛。一般情況下，建筑能源消耗是以暖通空調系統為主，暖通空調系統的運行模式以及控制模式會影響系統優化效果。目前，大多數研究都是對能源供應系統進行優化，同時考慮用戶能源需求特性以及熱網傳輸特性，對協同供給側、傳輸側以及需求側的優化研究相對較少。因此，需要在現有研究的基礎上對構建能源網絡體系進行研究，發揮綜合能源系統的積極作用。這樣才能夠提升大型公共建筑綜合能源利用效率。

二、 綜合能源系統模型

在大型公共建筑建設中對電、冷以及熱負荷都有需求，利用綜合能源系統能夠滿足大型公共建筑的這些需求。在綜合能源系統運行中，電網主要滿足電力需求。在電力供應過程中，燃氣三聯供電機組在發電時可以利用溴化鋰機組回收煙氣，并利用回收的煙氣實現供熱與制冷需求。冬季供熱來源主要是以市政熱源為主，在供熱系統中，需要配置多個燃氣鍋爐作為補充設施。供冷系統在運行過程中可以使三聯供機組、基載機組、雙工況機組并聯合，同時與冰蓄冷裝置串聯運行，從而實現供冷需求。但是需要注意，雖然冰蓄冷、三聯供等設備在實現電力消峰填谷的同時，可以提高能源的綜合利用率。但是該系統的運行方式比較復雜，在制冷工況下，綜合能源系統可能會出現基載機組單獨供冷、冰蓄冷單獨供冷、三聯供與冰蓄冷同時供冷等運行模式。現階段，系統運行是以設備開關順序控制為主，用的是單一策略。例如三聯供機組優先、冰蓄冷融冰優先、按比例分配等，會影響系統的運行效率，導致系統運行優化存在問題。因此，需要對綜合能源系統進行優化調整，提高綜合能源系統運行效率。

三、 綜合能源系統優化策略

（一）多時段優化

在建筑一體化中對綜合能源系統進行優化的方法已經從傳統單一手段發展到目前的滾動優化模型。在構建綜合能源系統調度成本模型時，需要利用混沌粒子群算法求解，要綜合考慮電熱聯合系統中分布式能源的持續特征，才能對調度時段內各個可控分布式電源的最優處理，同時可以對運行成本進行準確計算。此外，還要分析儲熱消納風電的基本機制，可以在調度模型內添加儲熱運行約束。這些優化都只考慮了日前單一手段的優化調度。在實際運行中可能會導致其與實際情況存在偏差而出現違反約束的問題。可以以模型預測控制方法為基礎建立多時間尺度、冷熱電協同優化模型，同時利用實時調度能夠有效消除可再生能源處理中存在的波動性問題。在多時段優化控制時，可以提高控制精準性，但是會增加計算量，這會導致系統運行不能滿足實時性要求。特別在實時滾動階段對算法的要求比較高。因此，需要特定場景下優化數學模型，提高算法效率，達到實時性控制要求。

（二）不確定性優化

在綜合能源系統運行過程中存在很多不確定因素。這些不確定因素主要包括可再生能源存在不確定性、負荷預測存在誤差、量測信息存在誤差等。這些不確定因素都會對綜合能源系統的運行效果產生影響。在對現有綜合能源系統進行優化設計時，可以利用隨機優化、區間優化以及魯棒優化等方法提高綜合能源系統的優化效果。以區間法和可能度方法可以描述風電不確定性，同時考慮電氣轉化，獲取的結論可以為調度員對不確定性進行處理提供參考。對魯棒優化和隨機優化進行結合應用時，可以根據電轉氣設備進行精細化建模，從而獲取準確的調度結果，提高調度運行的可靠性。

（三）分布式優化

在綜合能源系統運行過程中，需要面對多個平級能源系統，這時可以利用分布式算法對各系統間的運行進行協同，從而提高調度優化的靈活性。在分布式優化控制過程中，可以將聯合優化模型進行分解，使其成為電力系統機組組合子問題以及天然氣網絡運行子問題。這時電力運營商以及天然氣運營商都可以交換對偶乘子信息，保證滿足耦合約束條件。同時還可以利用交叉乘子迭代算法。采用解耦電氣能量流實現協同控制。在綜合能源系統分布式優化控制過程中，需要對多能系統規劃、智能調控以及協同控制等關鍵技術進行歸納和應用，才能提高綜合能源系統的協同運行效果。

參考文獻：

[1]周玲.基于南方（桂南）地區的太陽能光伏光熱建筑一體化研究[D].南寧：廣西大學，2019.

[2]趙樂.基于BIM技術的光伏建筑一體化模型應用研究[J].鐵路技術創新，2017（1）.

[3]張曉明，劉瑞囡.BIM技術在光伏建筑一體化中的應用探究[J].河南建材，2019（4）：24-25.

作者簡介：李洪濤，石程廣，國網河北綜合能源服務有限公司。