数字智慧方案5258丨工业园区综合能源系统解决方案

《工业园区综合能源系统》背景和意义实际项目工程典型结构4

目录研究工作3

2

1

近年来

，

随着我国供用能形态的变化

，供用能设施分散规划、条块分割管理、互不协调运行的弊端凸显

，亟需新模式的统领。终端能源转换利

用技术的进步以及信息采集传输、大规模计算分析成本的降低为跨越多

时空尺度的多能源供用能链条纵向（阶段）与横向（范围）集成优化提供了条件。地域能源分布情况•

中国资源分布不均衡（西

多东少、北多南少）煤炭：北部占87%

，西部占

52%；石油（陆上）

：东北和华

北占52%

，西北占35%；天然气（陆上）

：西北占

43%

，华北和东北占12%；水能：西南占67.8%

，中南

占15.5%。u

我国自然资源禀赋与经济中心呈现逆向分布。

同时

，

高渗透率可再生能源

大规模并网、

电力电子设备广泛应用

、

区域某著名企业互联规模不断扩大。【研究背景】

在供用能系统自身矛盾和外部技术进步内外因素的综合作用下，多能互补集成优化成为我国能源革命的重要抓手和突破口，是未来能源发展转型变革的方向。面向终端用户电、热、冷、气等多种用能需求，以常规能源和新能源协同高效利用为特征的园区级综合能源系统是其中重要的一环。典型区域能源系统用能需求及能源架构典型区域•制造业园区/

高新区

/

技术

开发区•学校/大学城•数据中心•综合商业区•建筑群-医院/酒店/写字楼•海岛能源架构•

市电•天然气•柴油机•余热利用

•光伏•风电•储电•储冷•储热用能需求•

电：照明/

生产用电/生

活用电•热：供暖/

生活热水•冷：中央

空调/其它冷

负荷【研究背景】u系统模式：

园区综合能源系统是面向终端用户电、

热、

冷

、

气等多种用能需求

，

因地制宜、

统筹开发、

互补利用传统

能源和新能源

，

优化布局建设一体化集成供能基础设施

，

通

过天然气热电冷三联供、分布式可再生能源和能源智能微网

等方式

，实现多能协同供应和能源综合梯级利用。【研究意义】u园区综合能源系统是构建互联网智慧能源系统的

重要任务之一

，对于清洁低碳、安全高效现代能源体系具有重要的现实意义和深远的战略意义。04提高综合能源系统效率01提高能源供需协调能力03减少弃风、弃光、弃水限电推动能源清洁生产和就近消纳【研究意义】02【研究意义】u工业园区综合能源系统任务：1）

在新城镇、新产业园区、新建大型公用设施、

商务区和海岛地区等新增用能区域

，加强终端供能系统统筹规划和一体化建设

，

因地制宜实施传统能源与分布式能源协同开发利用

，优化布局电力、燃气、热力、供冷、供水管

廊等基础设施

，通过天然气热电冷三联供、分布式可再生能源和能源智能微

网等方式实现多能互补和协同供应

，为用户提供高效智能的能源供应和相关

增值业务

，

同时实施能源需求侧管理。2）

在既有产业园区、大型公共建筑、居民小区等集中用能区域

，

实施供能系统能源综合梯级利用改造

，推广应用上述供能模式

，

同时加强余热、余压以及工业副产品、生活垃圾等能源资源回收和综合利用。u工业园区综合能源系统目标：1）

2016年

，在已有相关项目基础上

，推

动项目升级改造和系统整合

，启动第一批

示范工程建设。“十三五

”期间

，建成国

家级终端一体化集成供能示范工程20项以

上

，

国家级风光水火储多能互补示范工程

3项以上。2）

到2020年

，各省新建产业园区采用终

端一体化集成供能系统比例达到50%左右

,既有产业园区实施能源综合梯级利用改

造的比例达到30%左右。【研究意义】背景和意义实际工程项目典型结构4

目录研究工作3

2

1

1.中德生态园科技项目

中德生态园位于山东青岛经济技术开发区国际生态智慧城内，定义为高端生态示范区、技术创新先导区，高端产业集聚区。其中分布式能源站满足幸福社区供热、德国中心南区和北区供冷供热

,采用“自发自用，余电上网”

的并网模式。

围绕园区综合能源系统

，

已有多个实际示范工程

，进行相关关键技术研究及工程应用。【示范工程】1.中德生态园科技项目技术方案

中德生态园系统以燃气冷热电分布式能源技术为核心，采用2台625kW的燃气内燃机和1台1358kW的余热锅炉，结合1台406kW的地源热泵、

1台1711kW螺杆式水冷冷水机组、

3台20t/h燃气热水锅炉及1台1200kW热水

溴冷机等设备构成整体方案。

按照能源规划，在中德生态园区共建设6+1个分布式能源站，分布式能源站的位置的设置基本按照供能分区考虑和建设进度规划，在每一个供能分区区块的负荷中心规划设置一个分布式能源站；在项目的中心规划设置一个区域分布式

能源站。【示范工程】2.北京燃气集团指挥调度中心大楼

北京燃气集团指挥调度中心大楼（简称燃气大楼）位于北京市西直门南小街官园青年宫北侧，是北京市天然气管网的监控和调度中心，同时具备天然气用户报装、报修、

IC卡结算以及辅助办公等多项功能的建筑。大楼建

筑面积32800m2，建筑物高度42m

，

地上十层，地下二层。

围绕园区综合能源系统

，

已有多个实际示范工程

，进行相关关键技术研究及工程应用。【示范工程】

北京市燃气集团在新建的指挥调度中心大楼建设以天然气为燃料的燃气发电、供热、供冷的三联供系统，满足大楼用电、采暖、空调的需要。建成后的北京燃气大楼三联供系统是北京的首个三联供示范项目。该项目于2003年建成,从2004年8月试运行成功以后，一直运行稳定，确保了北京燃气大楼在空调、采暖季的全部冷、热、电能源供应。

燃气大楼三联供系统采用2台（725kW、480kW）燃气内燃发电机组，分别与2台（200万大卡、

100万大卡）烟气热水型余热直燃机直接对接，在天

然气做功发电的同时产生余热。其中，烟气（约460℃)通过三通阀（调节型

)进入余热直燃机的高器，作为余热直燃机的高；缸套水在夏季进入余热直燃机的低器，在冬季进入板式换热器与供热回水换热。通过余热直燃机在夏季产生7～12℃的冷水，在冬季产生50～60℃的。系统运行时优先利用烟气和缸套水中的热量满足大楼冷、热负荷的需要，如果余热量不够，将采用余热直燃机组补燃解决。.北京燃气集团指挥调度中心大楼技术方案【示范工程】23.北京高速铁路南站CCHP项目

北京南站能源中心供能范围为14万平米，包括12万平米的站房面积和2万平米左右的写字楼，设计冷负荷12500kW，设计热负荷12000kW

，北京南站冷热电三联供技术的应用通过能源的梯级利用使天然气的最高使用效率从50%提高到90%以上，可满足北京南站总用电量的48.7%。

围绕园区综合能源系统

，

已有多个实际示范工程

，进行相关关键技术研究及工程应用。【示范工程】

南站能源供应方式采用：燃气冷热电三联供系统与污水热泵相结合的能源系统,动力站采用2台1570kW的燃气内燃发电机组，与两台1620kW的烟气热水型余热吸收式空调机组直接对接。能源站总投资7000多万元。南站主站房屋顶大面积采用太阳能光伏发电系统，总装机容量300kW，投资约5000万元。

在夏季，天然气发电承担基本电力负荷，不足部分由市电提供，发电烟气和部分缸套水余热进入烟气热水吸收机制冷，不足的冷量由污水源热泵提供，吸收

机利用后的低进入烟气热回收器，换出热水和发电机缸套水一块送入站

外办公楼除湿系统的再生器；在冬季，烟气吸收机按照热泵模式运行，回收烟

气冷凝热回收器回收的冷凝热，不足部分由污水源热泵提供。.北京高速铁路南站项目技术方案【示范工程】3CCHP4.长沙黄花国际机场能源中心

长沙黄花国际机场分布式能源站项目是湖南省第一个分布式能源项目，也是我国民航系统第一个采用BOT方式建设的能源供应项目，实现了分布式能源从项目开发到设计、建设、商业化运营的一体化服务模式。

围绕园区综合能源系统

，

已有多个实际示范工程

，进行相关关键技术研究及工程应用。【示范工程】

分布式能源站主要为15.4万m2新建航站楼提供全年冷、热以及部分电力供应。能源站采用以燃气冷热电分布式能源技术为核心，结合常规直燃机、离心式电制冷机组、燃气锅炉、热泵及冰蓄冷（二期工程）等先进能源技术。设计总规模为27MW制冷量，

18MW制热量和2×1160KW发电量。能源站一期配备2×1160kW的燃气内燃发电机组、2×4652kW的烟气热水型余热直燃机、

1×4652kW的燃气直燃机、2×4571kW水冷离心式制冷机组、1×2.8MW燃气热水锅炉。发电机所发电力采用并网不上网的方式运行，供给能源站及黄花机场新航站楼。

黄花机场分布式能源站实现了能源的梯级利用，先将燃气燃烧产生的高转化为高品位的电能，然后再将发电后的中低品位热能回收利用，用于航站楼的冷热供应。与常规能源供应方式相比，一次能源节能率约41%，年节约标

煤3640吨，年二氧化碳减排量为8956吨。.长沙黄花国际机场

项目技术方案【示范工程】4

CCHP5.广州大学城分布能源项目

广州大学城能源站项目位于广州市番禺区南村镇，与广州大学城一江之隔，占地面积11万平方米，是广州大学城配套建设项目，为广州大学城18平方公里区域提供冷、热、电三联供，也是全国最大的分布式

能源站。

围绕园区综合能源系统

，

已有多个实际示范工程

，进行相关关键技术研究及工程应用。【示范工程】

一期项目包括LNG燃气—蒸汽联合循环机组及配套设施、热水制备站、冷冻站等。能源站以天然气为一次能源，通过燃气-蒸汽联合循环机组发电。燃气-蒸汽联合循环机组发电工作原理是由两台燃气轮机和一台发电机组成--两台燃气轮机燃机效率可达39%，排出的479℃烟气进入余热锅炉循环利用。余热锅炉再生产出蒸汽供应给汽轮发电机进行发电。发电后的尾部烟气余热再生产

高，制造生活热水和空调冷冻水。.广州大学城分布能源项目技术方案【示范工程】56.廊坊市新朝阳泛能微网项目

廊坊市新朝阳泛能微网共包含4个用户：热力三处、华航、新朝阳和乐晟，服务面积共40万平方米，微网充分利用原有用户的设备，并在原有系统基础上进行优化重组，实现各个用户的互联互通、能量的传输、调配和交易。

围绕园区综合能源系统

，

已有多个实际示范工程

，进行相关关键技术研究及工程应用。【示范工程】

设置一座分布式能源站，地下独立布置，减少噪音、振动等影响。与简单煤改气相比，泛能网建成后每年可实现Nox减排7150吨，SO2减排3360吨，粉

尘减排2860吨。

能源站设两台功率为800kW的燃气发电机组和1台2100kW的余热锅炉，发电机出口电压0.4kV，升压后通过10kV电力电缆分别接入热力三处原有变配

电间两段10kV母线。

在冬季工况下，热力三处燃气内燃机余热和燃气锅炉产蒸汽为区域提供主热源

,除满足自身需求外，供给华航和乐晟商城供热，新朝阳项目由于采用蓄热电

锅炉，可以根据运行时段的成本来选择给自己供热或利用热力三处的热源。

夏季，乐晟和新朝阳采用电制冷+蓄冰供冷，运行的经济性明显好于燃气锅炉+蒸汽溴冷机，满足新朝阳、乐晟、热力三处的供冷需求，不足部分由热力三处的蒸汽溴冷机补充。.廊坊市新朝阳泛能微网项目技术方案【示范工程】67.某机场航站楼供能系统

围绕园区综合能源系统

，

已有多个实际示范工程

，进行相关关键技术研究及工程应用。【示范工程】8.苏州协鑫工研院六位一体“项目

综合利用天然气热电冷联产、太阳能、风能、低位热能、储能多种能源形成工业园区综合能源系统，通过多种能源之间的有机结合和相互转换，最经济、高效、可靠、环保地提供用户的能源供应方式，如电能、采暖、制冷、生活热水、蒸汽

等。

围绕园区综合能源系统

，

已有多个实际示范工程

，进行相关关键技术研究及工程应用。【示范工程】”8.苏州”六位一体“项目能源控制调度策略

能源使用调度遵循”安全有限、低碳优先、经济优先、需求优先”的五大原则

,实现能源安全、清洁、高效、低碳利用，全面提升能源品质。经济优先通过不同能源经济测算模型，优选最经济的运行方式低碳优先风能、光伏发电等清洁能源首先利用，”自发自用、余电上网效率优先以热定电，梯级利用，充分利用余热资源，提高=能源利用效率需求优先优先调控需求侧用户，保证电源侧稳定安全优先微某著名企业调度首先需保证微某著名企业接入系统和自身的安全运行【示范工程】

因地制宜，创新机制。本项目在可再生能源贫乏的城市某著名企业实施，选择多种新能源功能的微某著名企业方式，提高能源消耗清洁指数高，电价承受能力强的工业园区、建筑物实施，有积极推广意义；

多能互补，自成一体。通过智能调度管理，优先低碳调度，以光伏、风力优先

,多余能源进行储存，需求侧相应，降负荷削峰；能效调度，以热定电；探索

园区微网的抗扰动性能力研究，为示范推广积累经验；

技术先进、经济合理。采用多种分布式新能源供能，智能调度，符合政策对新

能源扶持；

典型示范、广。项目为实施结合了风电、光电、天然气分布式供能及储

能，采用模块化典型设计，作为探索新能源园区微某著名企业应用推广项目研究。8

一体“项目推广意义【示范工程】.苏州协鑫”六位9.欣旺达博罗工业园区项目

项目集研发、设计、生产、销售等于一体，产品涵盖手机数码、笔记本电脑、电动工具、电动自行车、大型电动汽车、光伏储能动力电池模组和精密结构件、高端触摸屏及相关上下游产业和产品。项目规划分三期建设，一期已建成投产。预计三期全面建成后用工可达2万多人，年产值500亿元，年创税18亿元

围绕园区综合能源系统

，

已有多个实际示范工程

，进行相关关键技术研究及工程应用。【示范工程】欣旺达博罗工业园区结构：风光储系统和冷热联供系统【示范工程】9.9.欣旺达博罗工业园区结构：风光储系统和冷热联供系统

风光储发电系统：负责园区重要电负荷的电能供应。冷热电联供系统：

(1)调控燃气机满足风光储发电系统的额外电功率需求：

(2)利用剩余的可调度功率

,尽可能地满足园区的冷／热负荷需求。【示范工程】背景和意义实际工程项目典型结构4

目录研究工作3

2

1

综合能源系统集冷/热/电/气多

种能源的生产、输送、分配、转换、存储等环节于一体，是一个冷/热/电/气等多种能流相互耦合的复杂系统，系统内可再生能源和负荷的波动性，系统内可能存在多利益主体，使得能量供需平衡的调控变得相

当复杂。传统集中式的

EMS管理系统难以满足综合能源系统

协同互补与多利益主体的要求，因而需要研究“分布自治”和“集中协调”的分层分布式的协调控制方法。。【3.1工业园区综合能源系统协调控制业务综述】工业园区综合能源系统协调控制方法总体图n

1.综合能源提供商n

工业园区内综合能源提供商负责工业园区内的供冷、供热、供电、供气等以及其他辅助服务

，以获取收益。综合能源提供商通常会配置光伏、风机、CCHP

发电等分布式发电设备以及蓄冷、

蓄热、

电储能等储能设备

，相当于一个集成的综合能

源发供能单元。综合能源提供商将自身供发部分提供给园区内的厂区用户

，供电不足时可通过联络线向外界某著名企业公司购电

，但不可超过联络线最大值允。

工业园区综合能源系统协调控制业务的涉及到主要参与方，包括某著名企业

公司、园区综合能源提供商、园区工厂用户、需求响应聚集商、以及监管者等，如图所示，各业务角色的主要职能分析如下。【3.1工业园区综合能源系统协调控制业务综述】n

2.工厂用户n

工厂用户是从综合能源提供商接收能源供应的一方

，是综合能源提供商的主要服

务对象

，具有冷、

热、

电、气的需求。按照需求响应互动响应能力可划分为：

柔

性负荷用户和刚性负荷用户。其中

，柔性负荷用户可在电力负荷高峰时，

改变自

身的用电、用能行为习惯

，负荷响应

DR

和

IDR

事件

，来实现园区综合能源系统

内的供能平衡

，起到削峰填谷、辅助备用的功能。与此同时，

互动用户可在响应

过程中

，获得一定的互动补偿。n

1.综合能源提供商n

综合能源提供商通过

CCHP、燃气锅炉、冰蓄冷系统等产热、产冷并通过园区内铺设的热力管道、

冷水管道提供给工厂用户使用。综合能源提供商负责监控工业园

区内某著名企业、

热网、

冷网的运行状态

，保障工业园区类各类能源的供需平衡，

为用

户提供服务

，获取收益

，发布负荷需求。其主要执行机构为安装在综合能源提供

商主站的综合能源管理系统。【3.1工业园区综合能源系统协调控制业务综述】n

4.监管者n出于公平、公正考量

，需要引入第三方监管机构

，其独立于综合能源提供商、

电

网公司、

工厂用户、需求响应聚集商等

，在国内通常为政府所设监督机构部门。

由于涉及到冷、

热、

电、气等多能间的生产、分配、输送、

交程

，涉及到

多方利益，

为了保证各方公平、公正地参与协调控制业务

，需要对该过程中参与方的行为进行监管。n

5.需求响应聚集商n

需求响应聚集商

，负责将工业园区内分散并且不满足最小需求响应互动参与量约

束的用户的需求响应可调资源聚合起来

，进行打包管理。

工厂用户可以需求响应

聚集商的服务情况、经营状况、价格高低等方面选择合适的需求响应聚集商。n

3.外界某著名企业公司n

外界某著名企业公司负责向园区综合能源提供商提供电能。

当综合能源提供商的自发电量无法满足园区内工厂用户需求时

，外界某著名企业公司负责向其输送缺额的电能。【3.1工业园区综合能源系统协调控制业务综述】u工业园区综合能源系统协调控制的功能需求主要包括工厂能源优化管

理、互动响应资源管理、

园区内能源优化管理、事件管理、综合能效管理等

五类功能

，如表所示

，具体描述分析如下。【3.1工业园区综合能源系统协调控制业务综述】工业园区综合能源系统协调控制功能需求u1)工厂能源优化管理。应能为工厂用户提供该工厂内冷、热、

电、气

等多能信息的采集与监测、工厂负荷预测、工厂所装风机、光伏等新能

源发电出力预测、工厂内可控资源的优化计算与管理、互动可调能力的上报

。工厂能量优化管理应根据所采信息对负荷进行预测、可再生能源出力

进行预测

，并制定切实可行的优化控制策略。在工业园区内峰值较高

，需要需求响应互动时

，工厂用户应将自身的互动可调能力进行上报

，参与需求响应互动

，以获得需求响应互动补偿。u2)互动响应资源管理。应能对综合能源提供商侧和工厂用户侧的资源进行

管理。对工业园区综合能源系统内的需求信息进行实时监测。掌握工业园区

内需求响应市场的实时变化

，如不同的需求响应聚集商所提供的响应量、

响

应报价、

响应合同的变化等

，

同时对工厂用户侧的灵活互动响应资源进行掌握并实时更新。【3.1工业园区综合能源系统协调控制业务综述】u3)工业园区多能优化管理。应能为园区综合能源提供商提供该工业园区内

冷、热、

电、气等多能信息的采集与监测、工业园区负荷预测、综合能

源商侧所装风机、光伏等新能源发电出力预测、工业园区内可控资源的优化

计算、

某著名企业联络线的峰值监控。工业园区多能优化管理管理应根据配电终端

、冷热终端所采集信息对负荷进行预测、可再生能源出力进行预测

，并制定

切实可行的优化控制策略。在工业园区内峰值较高

，工业园区与上级某著名企业的

联络线的峰值功率可能越限的情况下

，采用自身直调电储能或要求工厂用户

参与需求响应项目平抑负荷波动

，保障工业园区内的多能功率供需平衡。u4)事件管理。应实现根据需求响应互动机制方案对需求响应事件进行管理

,综合考虑综合能源提供商侧和工厂用户侧的资源

，对工业园区综合能源系

统的需求响应方案的制定、发布、互动量的认取、互动量的执行、需求响应评估结算等功能进行实现。【3.1工业园区综合能源系统协调控制业务综述】在理想情况下，工厂用户、园区综合能源提供商侧的配电终端、冷热

终端等监控设备均可对冷、热、电、

气的状态信息进行准确无误的采集，

双方配置的能源优化管理系统对多能

负荷、可再生能源出力等作出准确无

误的预测分析，负荷侧用能不产生较

大波动。此种情况下，工厂用户、综

合能源提供商均各自按照自身利益最

大化的目标执行，此时无需需求响应

项目的执行与发布。u5)能效管理。应对工厂用户、综合能源提供商的用能情况进行监测

，并根据各自用能情况进行能效分析与诊断

，提出提升能效的合理化建议与策略。【3.1工业园区综合能源系统协调控制业务综述】工业园区综合能源系统协调控制的体系架构图工业园区综合能源系统集冷/热/电/气多种能源的生产、输送、分配、转换、存储等环节于一体。工业园区综合能源系统包含电力系统、热力系统、制冷系统、天然气系统等子能源系统多种能源的耦合度较强，以及各类能源的生产设备、转换设备、消费设备等设备单元，设备种类复杂。【3.2工业园区综合能源系统模型构建】

工业园区综合能源系统架构模

型说

明

光伏模型太阳能光伏发电系统是一种最为常见

的分布式发电系统。光伏的出力大小

与太阳光照强度、空气清洁程度、设

备的运行状况、及光伏本身的

性能参数有关。当光伏采用最大功率

柴油发电机模型柴油发电机也是目前综合能源系统中常

见的一种发电机，并且可起紧急事故备

用作用，并可为黑启动提供频率支撑。

其模型描述了所消耗的燃料与输出功率

间的数量关系。其出力特性可由下式进

行描述。其中，F0是柴油发电机燃料曲线的截

距系数，F1是燃料曲线的截距，YDG是

柴油发电机的额定容量，

PDG为单台柴

油发电机的实际出力。点跟踪控制（MGCC）策略时，

其输

出功率的大小可由下式表示其中：PPV

为光伏的实际出力，PSTC

为

标准实验条件下的测试出力，

GAC

为

光照强度，GSTC为标准光照强度，k是

数，TC为光伏发电的实际现场

工作，Tr为参考。【3.2工业园区综合能源系统模型构建】

工业园区综合能源系统元件设备模型

产能设备模型模

型说

明

风机模型风力发电机(Wind

Turbine,WT)的输出功率与其安装的地点位置、风速、海拔高速以及风机自身的参数等因数有关。典型风机的出力特性如图所示。其输出功率特性需将切入风速、额定风速、切出风速等参数考虑入内。若外界环境风速小于

风机的切入风速时，风机不启动，无输出。当外界风速介于切入风速和切出风速区间时，风

机有输出。当风速大于额定风速，小于切出风速时，风机对外输出近似为额定功率。若风速

大于切出风速时，将风机切除。其输出功率表达式如公式所示。其中，

PWT(vi)、

PWT(vi+1)为

对应风速大小vi与vi+1时的风机的出力。【3.2工业园区综合能源系统模型构建】

工业园区综合能源系统元件设备模型

产能设备模型模

型说

明

燃气轮机模型进行发电的设备。按照功率容量大小

可划分为：大中型燃气轮机、轻型燃

气轮机以及微燃机等。相较于传统燃

煤火电机组，燃气轮机产生的硫化物

、烟尘、氮氧化物更少。近年，随着

环保意识的增强，燃气轮机发电在发

电单元的占比不断加大。其电出力与

输入的天然气热值间的对应关系模型

可表示如下其中，FPGU为输入燃气轮机的天然气对

应总热值,

FPGU为输入联供机组的对应

热值，

为燃气轮机的电出力值。

燃气锅炉模型燃气锅炉是一种典型的通过消耗输入的

天然气进行产生热能的设备。其热出力

与输入的天然气热值间的对应关系模型

可表示如下：其中，FGB为输入燃气锅炉的天然气对

应总热值FGB为输入燃气锅炉的对应

热值，为燃气锅炉的热出力值。【3.2工业园区综合能源系统模型构建】

工业园区综合能源系统元件设备模型

产能设备模型模

型说

明

电制冷设备模型电制冷设备消耗电能为用户提供冷能

,常用的制冷设备有家庭户用空调、中央电空调等。其制冷量与输入电能

之间的转换效率间对应关系可采用能

效比来进行描述。需要注意的是，能

效比值与设备的运行工况有关，并不

是固定值。其电-冷之间的转换关系可

表示为下式其中，

QEC为电制冷设备输出的冷功率,

COPEC为电制冷设备的能效比，

PEC

为电制冷设备电功率。

电制热设备模型电制热设备消耗电能为用户提供热能

,其电能-冷量之间的转换对应关系

可表示为公式：其中，

Q

HP

为电制热设备输出的热功

率，

COPHP

为电制热设备的能效比,

PHP为电制热设备的电功率。

。【3.2工业园区综合能源系统模型构建】

工业园区综合能源系统元件设备模型

转换设备模型模

型说

明

余热锅炉模型

吸收式制冷机模型吸收式制冷机利用某些具有特殊工质

的制冷剂，通过该制冷机的气化过程

吸收热量，从而达到对外制冷的效果

。目前，常用的溴化锂吸收式制冷就

是其中的一种典型代表，其通过回收

余热进行制冷，提供给用户使用。其

吸收余热与对外的制冷量间的关系可由下式进行描述。率，

COPAC

为吸收式制冷机的热冷比

,为吸收式制冷机输入的热功率。余热锅炉可将燃气轮机废气中的热量

进行回收，并产生高或热水，

是综合能源系统实现能量梯级利用的

一个重要设备，其输入的废气中的热

量与产生的热水及高中热量的对应关系可由下式表示。其中，

QWH

为余热锅炉输出的热功率，ηWH

为余热锅炉效率，

QWH

为余热锅

炉输入的热功率大小。

换热器模型换热器是将较高体的热量传送交换给较低体的一种设备。按照二者间交

换能量的流体的形式进行划分，主要可分为：烟气式换热器和蒸汽式换热器。两侧高

低之间的交换关系可由下式进行描述。【3.2工业园区综合能源系统模型构建】

工业园区综合能源系统元件设备模型

转换设备模型其中，为吸收式制冷机输出的冷功模

型说

明模

型说

明

电储能系统模型电储能系统是目前应用最广泛的储能系统。目前，

电储能系统的种类很多，其基本的充、

放电功率、剩余容量模型可由下列公式表示。其中，

、为电储能系统充放电前后的剩余

能量，

σES

为电储能系统的自损失率，PES,C

为电

储能系统的充电功率，

ηES,C

为电储能系统的充

电效率，

PES,D

为电储能系统的放电功率，

ηES,C

为电储能系统的放电效率，γES,C

为电储能系统最

大充电倍率，

γES,D

为电储能系统的最大放电倍率，

CapES

为电储能系统的额定容量，

WES,min，WES,max

电储能系统的最小允和最大允

量。【3.2工业园区综合能源系统模型构建】

工业园区综合能源系统元件设备模型

储能设备模型储能设备是综合能源系统中一种重要的设备，可对能量在时间维度上进行转移。

一、当前新

能源发电设备大量接入电力系统，储能可有效平抑间歇性电源的波动，

增强某著名企业的调峰、调

频能力，促进可再生能源的消纳。二、减小电力系统负荷峰谷差的大小，提高电力设备的整

体利用率和使用年限，减缓相关设备的升级改造。

储能设备模型模

型说

明

蓄冷系统模型蓄冷系统也是一种常见的储能系统。通常，蓄冷系统可分为冰蓄冷系统和水蓄冷系统。水

蓄冷系统的造价相对较低，经济性强，其缺点是占地面积较大，

而且舒适性也不如冰蓄冷

系统。较于水蓄冷系统，冰蓄冷系统的占地面积较小，适用于土地资源相对缺乏的用户，

并且可以与低技术相结合，明显降低室内空气湿度，提高人体舒适度。目前，冰蓄

冷系统被广泛应用与一些高档宾馆及办公大楼。典型的冰蓄冷系统由双工况主机、基载主

机、蓄冰池及相应的水循环系统组成。其中，双工况主机既可制冷，又可制冰，但不可同

时工作在两种模式下，其处在制冷模式下的效率较一般的基载主机略低。基载主机的作用

是：当双工况主机处于制冰模式时，其负责制冷供给冷负荷。蓄冰池负责将制好的冰进行

存储，当需要融冰释冷时，其可供给相应的冷能。其中，

Q

IS,ice为双工况制冷机的制冰冷功率COPIS,ice为双工况制冷机制冰时的能效比，

Q

IS,cooling

为双工

况制冷机的制冷冷功率，

COP

IS,cooling

为双工况制冷

机制冷时的能效比，P

IS为输入双工况制冷主机的电

功率,

u为布尔变量，只可取值0或

1。【3.2工业园区综合能源系统模型构建】

工业园区综合能源系统元件设备模型模

型说

明

蓄冷系统模型蓄冰池负责冰量的储存，蓄冰前后，蓄冰池内的冰量的变化情况可由下式进行表示。其中，

、为冰蓄冷系统制冰、融冰前后

的剩余能量，σ

IS

为冰蓄冷系统的自损失率，Q

IS,C

为冰蓄冷系统的制冰冷功率，

η

IS,C

为冰蓄冷系统的制冰效率，QIS,D为冰蓄冷系统的融冰冷功率，η

IS,C

为冰蓄冷系统的放电效率，γ

IS,C

为冰蓄冷系统最大制冰倍率，γ

IS,D

为冰蓄冷系

统的最大融冰倍率，Cap

IS

为冰蓄冷系统的额

定容量，

WIS,min

，WIS,max

冰蓄冷系统的最小允

和最大允。【3.2工业园区综合能源系统模型构建】

工业园区综合能源系统元件设备模型

储能设备模型模

型说

明

蓄热设备模型随着技术的发展，蓄热设备(Thermal

storage,TS)也被广泛应用于综合能源系统中。在目

前进行的火力发电灵活性改造中，蓄热设备被视为增加火力发电机组灵活性的一个重要手

段，其原理和模型与蓄冷设备类似，可由如下公式进行表示。其中，

、为蓄热系统蓄热、放热前后的剩余能量，σTS

为蓄热系统的自损失率，

QTS,C

为蓄热系统的蓄热热功率，

ηTS,C

为蓄热系统的

蓄热效率，QTS,D

为蓄热系统的放热热功率，ηTS,C

为蓄热系统的放热效率，γTS,C

为蓄热系统

最大蓄热倍率，

γTS,D

为蓄热系统的最大放热倍

率，

CapTS

为蓄热系统的额定容量，WTS,min，WTS,max

蓄热系统的最小允和最大允

量。【3.2工业园区综合能源系统模型构建】

工业园区综合能源系统元件设备模型

储能设备模型模

型说

明

CCHP三联供模型CCHP系统的能量流动冷、热、电三联供系统binedcooling,

heating

and

Power,CCHP）通常

的能量流动为：

一部分天然气输入燃气

轮机或微燃机，燃气轮机或微燃机进行高温

燃烧产生蒸汽进行发电，满足用户部分用电

需求。并通过吸收式制冷机或余热锅炉将其

产生的余热进行回收，满足用户的冷、热需

求。若用户的热需求较大，另一部分天然气

还可输入燃气锅炉，由燃气锅炉补燃产生相

应的热量供给用户。从天然气流向角度，可

进行分析和建模。其能量流动示意图如图所

示。天然气主要输入燃气锅炉和燃气轮机，

其表达式可如公式所示。【3.2工业园区综合能源系统模型构建】

工业园区综合能源系统元件设备模型

CCHP模型模

型说

明

CCHP三联供模型对CCHP机组，可分为定热电比（如背压式机组）

和变热电比（如抽凝式机组）

2种

类型。其等效模型分别如公式(1)及公式(2)所示。定热电比的CCHP

的电出力

PCCHP和

QCCHP关系为式中，

αCCHP

为定热电比的

CCHP

的热电比、PCCHP、

QCCHP

分别为CCHP的电、热出力。变热电比的CCHP

的热电比是可变的，在某运行方式下，满足以下关系：式中，Pcon

为变热电比的CHP在纯冷凝方式下的电出力、

Z

为一常数，为热出力与因抽汽减少的

电出力的比值。在CCHP系统中，实现了能量的梯级利用，例如高能（1000℃以上）用来发

电，中能（100℃-500℃)用来驱动热泵或吸收式制冷机用来向用户供冷供热

,低能（100℃左右）可用来除湿、供热、向用户提供生活热水等。【3.2工业园区综合能源系统模型构建】

工业园区综合能源系统元件设备模型

CCHP模型运行优化研究典型工业园区综合能源系统能流图工业园区综合能源系统整合集成了电力

系统、天然气系统、热力系统等能源子

系统，各子系统间呈强耦合特性，其中

,电力系统是综合能源的核心系统。典

型的综合能源系统的能源流动示意图如

图所示。综合能源系统子能源系统

——电力集成了光伏发电、风力发电、

燃气发电等发电单元，配置先进的储能

系统，并与外某著名企业通过联络线进行联接

。故综合能源系统可通过集成发电

单元进行供电，满足负荷需求。综合能

源系统内配置的电制冷设备可将电能转

换为冷能供给用户，并可将部分冷能储

存在蓄冷设备中。吸收式制冷机还可吸

收燃气轮机的废热进行供冷。同理，燃

气锅炉可消耗天然气向用户供热，电制

热设备可消耗电能制热，余热锅炉回收

废热为用户供热等。综合能源系统对能

量实现了梯级利用与多种能源间的协调

互补。【3.2工业园区综合能源系统模型构建】

工业园区综合能源系统运行优化研究运行优化研究

目标函数对工业园区综合能源系统的用户而言，

在不同场景时，可能会存在多种利益诉求

。对目前关于综合能源系统的控制目标进行分析总结，可主要归为以下

5类：

购能成

本最小化目标、运行维护费用最小目标、环境惩罚费用最小成本目标、能源利用效率

最大、用户满意度最大目标、供能可靠性最高、峰谷差方差最小等。通常以购能成本

最小化作为目标

购能成本最小化目标：园区内的一些工厂用户会存在用天然气需求，电力需求、热力需求、用冷需求等

,需要购买相应的能源，因此会存在购能费用最小的诉求。故购能费用最小的目

标函数可表示为：其中f1代表各用户总的运行费用，

CE、

CH、

CC、

Cgas代表各用户的购电、购热

、购冷费用,Cgas代表各用户总的购气费用。【3.2工业园区综合能源系统模型构建】

工业园区综合能源系统运行优化研究

工业园区综合能源系统协同调度模型

目标函数购电成本可进一步表示如下：式中，

代表用户在t时刻的分

时电价，ha代表用户在t时刻的

购电功率。购热成本可进一步表示如下：式中，

cH为供热价格，

QH为用户

的购热功率。购冷成本可进一步表示如下：式中，

cC为供冷价格，

QC为用户的购冷功率。购天然气成本可进一步表示如下：式中，

cgas

为天然气价格，

为用户

侧微燃机在t时刻的发电功率，ηMT

为微燃机的效率，

QGB为燃气锅炉的

产热功率，ηGB为燃气锅炉的效率。【3.2工业园区综合能源系统模型构建】

工业园区综合能源系统运行优化研究

工业园区综合能源系统协同调度模型运行优化研究

约束条件工业园区综合能源系统的协调控制模型中约束条件主要包括两部分：各通用母线的

功率平衡约束与各设备间的最大最小运行约束等。其中,各设备的模型及通用等式

约束等已在上节设备模型进行了介绍，各通用母线的功率平衡约束已在上节综合能

源系统的母线式建模部分进行了较为详细的描述，

在此不再赘述。各设备间的最大

最小运行约束可表示如下：式中，Pmin代表设备的最小运行允率，

Pmax代表设备的最大运行允

率，

Qmin代表设备的最小运行允率，Qmax代表设备的最大运行允

率

，Wmin代表设备的最小运行允，Wmax代表设备的最大运行允。【3.2工业园区综合能源系统模型构建】

工业园区综合能源系统运行优化研究

工业园区综合能源系统协同调度模型运行优化研究背景和意义实际工程项目典型结构4

目录研究工作3

2

1

isssss

sss

sss

sss

sss

sss

sss

sss

sss

ssss乡外温【4.1工业园区综合能源系统日前优化调度模型】

考虑建筑供冷区域储能特性的工业园区综合能源系统日前优化调度模型制冷区域

吸收式制冷机微型燃气轮机电冷

热

气外购电光伏风电35255调度策略是否考虑储能特性以广东惠州地区的某工业园区为例。研

究

工作蓄电池装置

电力负荷风机

光伏Case1否Case2是电锅炉

冰蓄冷装置

工业空调4

824园区管理中心天然气站某著名企业公司研

究

工作min

(Cg

,sum

+

Ce,sum

)

优化目标：综合运行成本最小在考虑供冷区域的储能特性基础上，加入到通用的工业园区综合能源系统模型中。ttHbr

,t

=

Pbr

,t

.η

PQAr

,t

=

HAr

,t

.

I

PPMT

,t

=

HMT

,t

.RMTQAg

,t

=

PAg

,t

.η

PMis

,t

+1

=

(1−δis

)Mis

,t

+(η

.Pis

,t

−

Qis

,t

/ηi

)

.

ΔtSES

,t

+1

=

(1−δES

)SES

,t

+(η

S

.

PEsS

,t

−

PErS

,t

/η

S

)

.

ΔtErEssrissCOAgOrCACObr【4.1工业园区综合能源系统日前优化调度模型】

考虑建筑供冷区域储能特性的工业园区综合能源系统日前优化调度模型HMT

,t

+

Hbr

,t

=

Hbase

,t

+

HAr

,t冷能热能元件建模

电能

【4.1工业园区综合能源系统日前优化调度模型】

考虑建筑供冷区域储能特性的工业园区综合能源系统日前优化调度模型分析：在考虑供冷区域储能特性之后，Case2的总运行成本小于未考虑的

Case1，与某著名企业的交互功率在大部分时刻同样有所下降。0

4

812

16

20

24时间/h研

究

工作70006000500040003000200010000111098765运行成本/元购电功率/kwCase1

Case2Case1Case2104

数学模型同样以广东惠州某园区为例：蓄电池生产厂建模：目标在于满足[1

，

T]内安排工厂内的设备完成产品一定数量生

产任务为基本要求下，综合考虑工业园区内的不同环节的用能比例和变化规律，将

能源的供应计划与工业生产过程动态耦合，

灵活规划不同的生产环节的衔接，

协调生产设备响应电价，从而工厂的经济性最优。电芯生产

电池打包

放电

充电电池状态物料电池包半成品

放电后的电池包

电池包成品电芯生产线打包生产线老化机的放电状态电池电量优化前转移用电

能量存储

能源替代优化前后的蓄电池工厂调度计划对比【4.2工业园区综合能源系统MPC优化调度模型】

考虑复杂生产约束的电池生产工业园区能源网络与生产管理综合优化运行供能系统运行成本生产成本购电成本目标函数运行成本研

究

工作

ΔTpdΔTdc

策略优化后ΔTcpt/h电芯电价<0研

究

工作

数学模型基于资源任务网的蓄电池生产流程建模：

为了体现不同的生产环节对应的阶段性任

务和产品状态的动态变化，根据资源任务网方法，

以中间状态的产品为状态节点，

在同一时间维度下建立了综合考虑生产设备、存储以及物料传输等生产资源的蓄电

池生产流程模型。仓储环节

Smt

=

Smt

−1

+

Ka

Σ

=1

ua