多能协同冷热电三联供系统优化配置及不确定性运行研究

多能协同冷热电三联供系统优化配置及不确定性运行研究多能协同冷热电三联供系统的容量配比及运行模式是决定其综合性能优劣的重要因素之一,不合理的设计会导致系统的运行效率低下,经济、环境效益无法达到预期目标。本文针对一种以天然气基冷热电三联供系统为基础,融合可能获得的各种可再生能源的多能协同三联供系统的优化配置及不确定性运行问题开展研究,从而为多能协同冷热电三联供系统项目的规划、设计以及运行方案提供参考。首先,由于多能协同三联供系统涉及诸多的基础能源系统,其优化配置问题属于一个多系统耦合与多目标优化问题。因此,本文应用超结构方法并结合多目标优化理论,同时为保证模型更加符合实际要求,基于基础能源系统的逐时变工况下热力学特性模型,分别构建五种典型多能协同三联供系统(三联供与地源热泵、三联供与太阳能光热、三联供与太阳能光伏、三联供与太阳能光伏光热、三联供+太阳能光伏光热+地源热泵)的全年逐时多目标优化配置数学模型,并采用一种混合运行策略进行逐时判定,应用虎克捷夫-粒子群混合算法进行全局最优化求解,最终获得五种典型多能协同三联供系统的最佳容量配比方案。其次,依据上述多目标优化对比分析结果,针对不确定条件下多能协同三联供系统的优化运行开展研究。先将能源需求、可再生能源供给以及能源价格与系统运行费用等不确定参数作为随机变量输入,然后结合区间两阶段随机规划方法,建立一个不确定条件下多能协同三联供系统能源管理模型,进行不同季节不同能源需求(低、中、高)下典型日逐时负荷分析,最终得出多能协同三联供系统不确定环境下的典型日最佳经济运行策略。本文应用上述理论方法与研究路线对北京地区办公商业建筑的案例对象开展分析研究,获得以下结论:(一)北京地区办公商业建筑的五种典型多能协同三联供系统的多目标优化分析结果表明:(1)优化配置方面,对于三联供与地源热泵耦合系统,地热能比重并非越大越好,额定制冷量与额定制热量宜按区域供冷量或供热量(取较小值)的20%~30%取值,三联供内燃机的额定容量宜按最大需求量的10%~15%取值;对于三联供与太阳能的三个典型耦合系统,三联供与光伏发电系统的综合性能最优;对于三联供、太阳能以及地源热泵耦合系统,光伏发电系统均应优先充分利用。(2)优化运行策略方面,为保证多能协同三联供系统综合性能最佳,各典型耦合系统的逐时运行策略应采取以下原则:三联供与地源热泵耦合系统在供暖季的1月份至3月份采用以热定电运行策略,其它时间均采用以电定热运行策略;三联供与太阳能耦合系统在供暖季2月中旬至3月中旬、过渡季6月份遵循以热定电运行策略,其它时间遵循以电定热运行策略;三联供、太阳能以及地源热泵耦合系统全年遵循以电定热运行策略。(3)多目标优化值对比方面,多能协同三联供系统的能源配置策略为:太阳能资源利用方面,优先采用光伏发电系统,其次为光伏光热集成系统,最后为光热系统;多能源配置方面,优先采用太阳能系统与三联供系统耦合,其次太阳能系统、三联供系统与地源热泵系统三者耦合,最后为三联供系统与地源热泵系统耦合。(二)北京地区办公商业建筑的多能协同三联供系统在不确定环境下的最佳经济运行策略为:在不同季节不同能源需求下,太阳能资源均应优先利用且以最大功率输出;三联供能源在保证开机率的前提以额定功率运行;常规能源承担白天高负荷时段的调峰,夜间低负荷时段的保障运