【干货】分布式热电联产系统规划设计理念与方法探析-第4页-北极星火力发电网

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①峰值对应型。在该模式下,DCHP系统仅在电力高峰期运行,可以起到电力削峰作用。该模式主要适用于商业设施、办公建筑;通常只在白天上班时间运行(例如,早启晚停)。而在中间期热负荷较低时则主动降低稼动率按热负荷运行,从而降低余热废弃率。

②基荷对应型。在该模式下,DCHP系统只满足用户基本电力负荷,并以较高的稼动率全天

24小时持续运行。对于全年热负荷较大且较稳定的宾馆、医院等建筑较为适用;同时,也可配置蓄热装置回收剩余热量用于峰值时间段。

③足供减余型。在该模式下,DCHP系统在确保其所产生的电力和余热能够在本地全部用尽的前提下按最大量供能。该模式是综合考虑需求侧热电比与供给侧热电比所形成的较有效的模式,即为前述“以热定电”和“以电定热”2种模式耦合而成的“混合型模式”。

④电力自给型。在该模式下,所有电力负荷由DCHP系统供应,即“以电定热”。该模式下,热负荷的平衡是难点所在(特别是中间期)。

⑤购电稳定型。电网满足基本负荷,购电量

24小时恒定,不足部分由DCHP系统供应。相比电力自给型,该模式的余热剩余量较小。

⑥谷电活用型。该模式充分考虑分时电价谷时段价格较低的特性,谷时段全部由电网供电,而其余时间段则完全自给。该模式对调整当前电力的昼夜峰谷差有一定作用。

综上所述,模式1—3是目前较常见的运行模式,但上述模式均以不足电力可以由电网无条件补充为前提,为此有可能对大电网负荷产生一定程度干扰。相反,模式4—6则充分考虑了DCHP系统对大电网的影响,重视供电独立性,尽可能减轻对大电网的影响。随着DCHP系统的大规模普及,有必要充分考虑模式4—6所考虑的与大电网关系,结合节能减排贡献确立最合适的运行模式。

3)优化运行策略。

针对DCHP系统的运行问题,“以热定电”、“以电定热”或前述各种运行模式大多立足于电、热负荷特性,基于一定前提条件所确立,从可操作性角度而言相对容易实施。然而,上述运行模式的不足是所设定的特定运行规则并不能保证在遵循DCHP系统能量梯级利用理念的同时灵活应对各种需求,同时确保经济效益。由于终端需求在时刻变化,设定上述特定运行规则亦可能会减弱系统灵活性。在上述背景下,基于数学规划方法的DCHP系统运行策略的优化研究也受到广泛关注,从理论层面确立了DCHP系统的理想运行模式[22-23]。然而,与设备优化类似,基于优化方法的运行策略的实施需要辅以智能控制技术,才能摆脱纸上谈兵的现状。

3.4 综合评估方法

DCHP系统的规划与实施旨在体现科学用能的基本原则,为了从定量层面确定系统实施的可能功效,在系统规划设计阶段,有必从技术经济、节能减排等多个方面对DCHP系统进行全面评估。

1)技术性评价。

DCHP系统规划建设的基本要求是安全、高效地满足用户用能需求,因此技术指标是综合评价中必不可少且极其重要的一个方面。在规划设计阶段,由于设备效率等性能参数均按额定值进行计算,为此,可选用表征系统运行状况的满负荷运行小时数、平均负荷率、平均热电比和余热利用率等作为技术指标。例如,新近修订的上海市规程将年均热电比大于75%作为DCHP系统的基本要求,而要获得相关投资补贴则需要满负荷运行小时数达到2000小时以上。

2)经济性评价。

对任何一个市场化的DCHP项目,除确定其技术可行性外,前期的经济合理性评估是决定项目能否实施的关键因素[24]。常用的经济评价方法分为静态评价法和动态评价法两类：在评价项目投资的经济效果时,如不考虑资金的时间价值,则称为静态评价法;而动态评价法考虑了资金的时间价值,相对而言结果更符合实际。

3)节能性评价。

卓越的节能效果是DCHP系统应用的最初动因,也是系统可行性评价中具有“一票否决”权的强制性指标。为此,项目规划设计阶段,有必要针对所设计的系统及其运行模式,确认其是否达到了理想节能效果。同时,考虑到规划设计阶段数据的可获得性,可选用相对节能率和年均能源综合利用率(总能利用率)作为前期节能性的评价指标[25]。例如,新近修订的上海市规程规定系统年均综合能源利用效率高于70%,年节能率不低于20%。

4)环境性评价。

由于DCHP系统在用户侧就近设置,其可能产生的污染扩散对居住、办公环境的影响更大。特别是对于以天然气为燃料的DCHP系统,虽然其不产生SOx、粉尘排放,但CO2、NOx排放不容忽视[26]。此外,除大气环境外,水环境、热环境、噪声环境等的评价也有必要充分考虑。例如,新近修订的上海市规程规定年CO2减排率不低于40%。同时对氮氧化物排放浓度、噪声限制值也首次作了明确规定。

综上所述,针对DCHP系统的评价指标体现了多元化特性。仅用单一指标来评价DCHP系统的优劣具有一定的片面性,得到的评价结果也可能互相矛盾。针对上述问题,多属性评价方法被广泛应用于DCHP系统的综合评价研究[27]。

3.5 决策支持系统

基于上述讨论,针对DCHP系统的规划设计,学术层面的理论探讨和工程层面的实践操作存在一定距离。为了提升理论研究的现实可操作度,可以在理论研究的基础上,通过构建DCHP系统规划与设计决策支持系统,以便为用户提供分析参考和决策支持的工具。在该系统支持下,用户在DCHP系统规划与设计过程中能够科学、有效地作出决策,最大限度地优化能源资源配置,提高经济和社会效益。

如前所述,目前国内外已经开发了多个针对DCHP系统规划设计的决策支持系统。其中,美国劳伦斯伯克利国家实验室开发的DER-CAM软件平台得益于其强大而灵活的算法以及众多成功的应用实例,被认为是基于DCHP的分布式能源系统优化与评价的最佳工具[28]。DER-CAM以分布式能源系统年总供能成本(投资费、运行费、燃料费、购电费、碳税费用等)最低或/和年CO2排放量最低作为优化目标进行单目标或多目标优化设计,可确定系统最优设备选型、容量配置、能流结构,以及相应的运行策略(参见附图3)。同时,系统各评价指标值(成本、能耗、排放等)也可相应确定。早期该模型只能考虑DCHP系统,经过十多年发展,目前该模型亦可考虑光伏、光热等可再生能源技术,以及蓄电、蓄热、电动汽车等储能设施。

4 结论

本研究紧扣DCHP系统规划设计的基本理念,以确立合理、高效、灵活、可行的系统规划设计方案为根本宗旨,针对能源需求预测、设备选型配置、运行模式设定和综合性能评估等具体课题,探讨了其实现方法。根据理论和实践层面的讨论与分析,可得到如下结论：

1)目前国内外DCHP系统的规划设计总体处于理论分析超前而实践操作滞后的状态。

2)基于大规模能耗监测系统所获得的各类用户冷热电负荷基础数据的统计与分析是DCHP系统合理规划与设计的前提与基础。

3)设备选型配置、工艺流程设计与运行策略设定间存在一定的相互影响与相互嵌套关系,以优化为核心的系统工程方法是上述问题协同解决的有力工具,但有必要兼顾考虑其现实可操作性。

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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