【干货】结合热网模型的多区域综合能源系统协同规划-第2页-北极星售电网

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约束条件

热网模型的目标函数包括节点流量平衡约束与热损平衡约束。

1）节点流量平衡约束：对任何形式的网络，都须满足节点流量平衡约束，即对网络中任一节点，流向该节点的流量一定等于流出该节点的流量（类似于电路中的KCL）。又由于热量与热媒流量、供回水温差成正比，在不考虑供回水温差变化时，流量节点平衡可考虑为热量节点平衡。

2）热损平衡约束：由于热能在管网中传输不可避免的有热损，故热网模型还需包含热损平衡约束。热网热损与单位长度管道热损率、管道长度成正比。

3算例分析

以天津市某一综合区域为研究对象，其中居民区、商业区、办公区与工业区的面积分别约为12万m2、12万m2、18万m2与30万m2，各区域CCHP系统之间热网管道长度依次为1.2km、0.65km、1.5km、0.6km。集中供热用天然气价格为2.37元/m3，居民电价0.54元/kW˙h，商业电价0.9元/kW˙h，工业电价0.71元/kW˙h。设定规划年限为10年，年利率为5%。本文模型的优化求解工具为LINGO11.0。为便于比较分析，将各CCHP系统相互独立，没有热能交互作为案例一；将有热网，各CCHP系统有热能交互作为案例二。

1容量优化与费用分析

仿真结果显示：

1）考虑热网后，办公区燃气轮机容量配置由4600kW变为5740kW，商业区燃气轮机容量配置由4600kW变为9860kW，即低热电比用户燃气轮机配置上升；居民区燃气轮机容量配置由1300kW变为0kW，工业区燃气锅炉容量配置由7800kW+4600kW变为4600kW，即高热电比用户燃气锅炉配置下降。这是因为当考虑热网时，负荷热电比较低的用户在提高燃气轮机出力以满足自身电需求、降低购电量的同时，多余的热能可通过热网补贴其他负荷热电比较高的用户，故在案例二下办公与商业区的燃气轮机配置增加；同时热电比较高的用户在案例一下，不足的热能只能通过燃气锅炉补燃，而结合热网后，热能可由办公与商业区补给，从而减轻燃气锅炉的出力，降低燃气锅炉的配置。

2）案例二相对于案例一节省了燃气锅炉投资成本，增加了燃气轮机投资成本，且案例二需考虑管道铺设费用，故总的设备年投资成本较案例一增加了768.71万元；案例二下商业与办公区燃气轮机出力增大，燃气费用略有上升，但同时其购电费用显著降低，且考虑到商业与办公区均属于电费较高的商业用电，故案例二在运行时的经济性十分明显，年运行费用较案例一降低了2665.75万元。综上，案例二比案例一整体节省了1338.75万元/年，节省率约为9.0%。

2热网运行分析

分析夏季运行结果可知，负荷热电比较低的商业与办公区向热网供热，而负荷热电比较高的工业与居民区从热网吸收热能，夏季商业与办公区的热能除吸收式制冷满足自身冷需求外，全部传出至热网，居民区夏季热需求较低，仅在19:00-22:00有热水需求时从热网吸收较多热能。夏季00:00-06:00，管道L1与L4无热水经过，热能以图3(a)的状态传输：此时居民区冷、电负荷较低，与热网无交互，商业与办公区只有电负荷无冷热负荷，故热能全部经L2-L3传出至工业区。10:00-20:00，管道L2无热水经过，热能以图3(b)的状态传输：此时为工作时段，办公与商业区的电、冷负荷较大，燃气轮机产生的热能在满足自身冷需求后多余部分经L3、L1-L4传至居民与工业区。其余时间点分析类似。

值得说明的是：11:00与21:00均为商业与办公区传热至工业与居民区的模式，而传输路径却不同，这是因为：21:00时工业区热需求少，而商业与办公区产热较多，因此存在部分弃热，热能传输时路径选择随机；而11:00时工业热需求较大，商业与办公区电负荷及冷负荷也较大，此时无弃热，热能选择热损最小路径传输，即选择L1-L4。冬季因各区域热需求均较高，故各时刻均以图3(b)的状态传输，以降低热损。

图3夏季不同时刻热网管道中热能分布

且运行结果也表明：结合热网后，热电比较高的居民与工业区燃气轮机利用率略有下降，这是因为在协同运行时，居民与工业区的热能部分由商业与办公区提供，燃气轮机出力略有下降；而热电比较低的商业与办公区，其燃气轮机的利用率显著提高，运行时间也更长，这表明协同运行可有效解决独立运行时出现的燃气轮机利用率低，配置容量浪费等问题。

4结语

经过案例分析可知，本文提出的结合热网的多区域CCHP系统协同规划模型，较各CCHP系统单独规划具有以下特点：

1）在规划阶段，提高了燃气轮机容量，降低了燃气锅炉容量，同时需要铺设热网管道，总年投资成本较独立规划时增加；在运行阶段，通过热网实现多区域综合能源系统的供需匹配，提升燃气轮机利用率，大幅降低运行费用，综合经济性十分显著。

2）提出的热网模型充分考虑了热网节点热量平衡约束、热网热损约束，且运行时计及耗电输热费用，故在无弃热的情况下，热能传输总是选择热损最小的路径，从而进一步提升系统经济性。

本文的研究成果可为综合能源系统规划提供一定的理论支持，但所建立的热网模型相对简化，未考虑热网中温度、压力的变化以及热网传输延时的特性，有待进一步完善。同时，热网自身具有一定的蓄热能力，利用热网储能以提高综合能源系统运行经济性也是今后研究的重点。

原标题：【精彩论文推荐】东南大学王珺，顾伟等：结合热网模型的多区域综合能源系统协同规划

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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