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分布式供能优化配置技术研究取得突破
发稿时间:2014-03-07         作者:张士杰          来源:能源动力研究中心     【字号:

  分布式供能系统是一种临近用户设置,发电并结合热冷联供的整体能量供应系统,是为终端用户提供灵活、节能型综合能源服务的重要途径。但是,分布式联供系统优势的充分发挥必须建立在对系统进行合理优化配置、设计、运行的基础上。对分布式供能系统优化配置而言,其主要任务是合理地确定系统结构与形式,优化选择主要设备的种类、容量、台数,并为得到系统全年的热力、经济、环境等综合性能提供决策参考。伴随着分布式供能系统在全世界的发展,数学规划方法自上世纪80年代始成为分布式供能系统优化配置的重要手段。 

  由于规模小、靠近用户侧、用户负荷变动大,基于数学规划方法的分布式供能系统优化配置技术也面临着诸多难点和挑战:1)可选系统形式、设备及其容量可选范围大,优化配置难度大;2)系统应灵活运行以满足剧烈变化的各类负荷需求,系统内设备运行状态常偏离设计工况,此点意味着配置时必须考虑运行问题;3)系统设计和运行易受天然气和电价、各类负荷需求、设备技术性能等诸多不确定性因素的影响,配置中应考虑此风险带来的影响。 

  针对上述难点,能源动力研究中心的研究人员经多年努力,形成了如下进展和突破:1)在优化配置技术中,引入超结构方法,将配置和运行一起考虑,并实现离散设备台数、容量的同时寻优;2)在主机设备数学模型中考虑部分负荷率、环境温度对性能的影响以及最大、最小出力限制,且对负荷逐时计算,以真实模拟运行状态,使优化配置结果可靠;3)把管理学中的一种决策方法——最小最大后悔值法引入到优化配置方法中,使系统在不确定负荷需求情况下具有经济最优鲁棒性,并采用蒙特卡罗模拟方法对系统进行不确定性评价,以准确反映项目承担风险的综合状况。同时,为解决超结构引入、模型细化、考虑不确定性导致的混合整数非线性规划问题规模大、求解难的问题,采取了三点有效措施:1)简洁的优化问题构造,尽量减少变量数目;2)不影响精确性前提条件下的约束条件线性化处理,将混合整数非线性规划(MINLP)问题转化为混合整数线性规划(MILP)问题;3)采用先进的全局优化算法求解计算。通过这些措施,使大规模优化配置问题快速求解成为可能。 

  基于上述进展,形成了分布式供能系统全局、全工况、鲁棒性优化配置方法,走在了分布式供能系统优化配置方法的前沿。结合建立的主辅设备热力、经济、排放模型库和典型负荷曲线库,自主开发形成了分布式供能系统优化集成的软件平台,并登记了软件著作权。 

  应用此优化配置软件平台,针对我国北方、南方地区气候特点及能源价格体系,以商场、办公楼、医院、宾馆等典型建筑物为研究对象,开展了分布式供能系统在我国北方、南方地区的应用分析及典型技术方案研究。根据优化计算结果,对小燃机、微燃机、内燃机分布式联供系统的节能性、经济性、运行策略进行了比较,总结了不同规模、不同用户负荷特点下的分布式联供系统运行策略和系统配置特点;分析了电力并网政策、分时电价政策、价格体系、排放外部成本内部化等因素对分布式联供系统的运行配置和性能的影响;分析了蓄能装置、溶液除湿空调对系统节能性和经济性的影响。通过以上分析,对分布式供能系统在我国的发展前景、主体应用对象、主机规模、综合效益、主要发展障碍和关键影响因素等问题进行了澄清,为我国两类典型城市发展分布式供能技术与激励政策制定提供了一定理论依据和决策参考。 

  在国家863计划的支持下,研究成果应用于2011年投运的中国南方电网有限责任公司MW级燃气轮机高效天然气冷电联供示范工程系统中,为切实推进分布式供能系统在我国的应用推广做出了实质性贡献。2013年,包括本成果在内的“分布式供能关键技术、装备研究及其工程示范”获得广东电网公司科技进步一等奖和中国南方电网公司科技进步二等奖。 

 
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