【《某工业园区综合能源系统优化设计》3700字（论文）】

某工业园区综合能源系统优化设计目录TOC\o"1-3"\h\u4771某工业园区综合能源系统优化设计 1170051.1新疆工业园区综合能源系统构建 110751.1.1系统优化指标建立 220181.1.2模型约束条件 2113891.2新疆工业园区新能源消纳系统案例分析 3203911.2.1新疆工业园区综合能源系统仿真 349681.2.2新疆工业园区综合能源系统全寿命周期经济性分析 6新能源与传统能源协同发展的综合能源系统伴随着新能源的推广与化石能源的转型而逐渐发展壮大。一方面，综合能源系统内部化石能源可以作为电、热、气的原料供应者，加快了化石能源从发电燃料向化工燃料的转变[65]；另一方面，各种储能设备、能源转换设备与负荷侧耗能设备的大量消纳新能源，缓解当前较为严重的弃风弃光现象，因此，综合能源系统被认为是改善新能源与传统能源现状的重要方式。将本章所构建的一“大”一“小”两种新疆新能源消纳形式的系统进行耦合，建立能够实现能源内部能量循环的工业园区，同时考虑到所构建系统属于新疆新能源的就地消纳，能够充分实现对系统源-荷之间的能量转换，完成对新能源的充分消纳。因此，搭建了一种涵盖整个工业园区的新能源耦合传统能源的系统框架，并以系统支出成本最低、系统净利润最大为目标函数，同时在考虑到系统各设备之间的约束关系前提下，构建出新疆工业园区综合能源系统模型。1.1新疆工业园区综合能源系统构建本章所构建的新疆工业园区综合能源系统组织架构以新疆新能源耦合煤化工系统为主体框架，以基于氢能应用的新疆综合能源系统作为应用补充，通过系统内部的优化调度，在满足系统煤化工用电需求的同时，还可以满足系统其余用能负荷的不同的能量需求。由图5-1可以看出，系统的电能主要由风光互补发电系统提供，其中热电联产只在紧急状况下提供电力补充，同时由电力枢纽进行电力调度；系统的热能主要由热电联产与燃气锅炉提供。并且当存在天然气供给困难时，煤化工系统提供的过量氢气经由P2G装置为系统进行燃气补充，用以满足用户热负荷。该园区能够进行能量自循环，减少对外界的能量需求，保证了系统稳定性。图5-1新疆工业园区综合能源系统基本架构1.1.1系统优化指标建立所构建的新疆工业园区新能源消纳系统的优化目的是为了减少系统的支出成本，增加系统的经济收益。系统支出成本包括设备的购入、设备的运行维护、燃料的购入，同时系统的收益主要包括售卖氢气与氧气收入、售出甲醇收入、并网电力收入与满足用户电热需求的收入。本章的优化指标与第3、4章中系统的优化指标相同，主要的目的仍和前两章相同，即以综合能源系统运行日成本最低、系统的经济利润最大为系统目标。目标函数如下所示：（5-1）（5-2）式中：为园区系统日运行经济最低值；为园区系统经济利润最大值；、分别为基于氢储能的综合能源系统供热与供电的收入；为在时刻用户侧所需求热量，为用户侧所需求电量；、为系统在时刻的单位热量价格与单位电价。其余式中各项参数均参考第三章与第四章，其中，由于所构建的系统的风光互补发电系统产生的电力足够供给整个园区的电力负荷使用，因此在无特殊情况下无需向外电网购电。1.1.2模型约束条件本章模型约束条件在第3章与第四章已有的约束条件基础上增加以下约束：（1）原料购买及消纳风光约束：（5-3）式中：、分别为系统购买煤炭的上下限；、分别为系统购买电力的上下限，一般情况下风光互补发电向系统提供电力已足够满足负荷侧需求；、分别为消纳风光电功率的上下限。（2）天然气调整约束：（5-4）式中：为系统在时间段的购气量；、为时间段内天然气罐的输出与输入量；为甲烷化装置在时间段内的生产天然气量；为时间内燃气轮机消耗天然气量；为时间内燃气锅炉消耗天然气量。（3）电功率调整：(5-5）式中：为系统在时间内燃气轮机供电量；为系统在时间内风光互补系统供电量；系统在时间内电负荷耗电量；为甲烷化装置在时间段内的甲烷化装置耗电量；为电解槽装置在时间内耗电量。（4）热功率调整：(5-6）式中：为系统在时间内燃气轮机供热量；为系统在时间内燃气锅炉的供热量；系统在时间内热负荷耗热量；其余设备的模型及负荷功率约束参见第3、4章。1.2新疆工业园区新能源消纳系统案例分析1.2.1新疆工业园区综合能源系统仿真本章以新疆工业园区为研究对象，结合实际数据，通过计算机仿真，验证系统优化后的经济性。由于煤化工系统对电力需求随规划方案变动，此时仅考虑除应用至煤化工系统的剩余部分工业园区负荷需求。此时基于多能互补的该园区电、热负荷以及光伏风电负荷预测出力如图5-2至图5-4所示。图5-2园区电负荷预测曲线图5-3园区热负荷预测曲线图5-4园区风光发电出力预测曲线求考虑多能互补的园区综合能源优化调度的各时段用户的用电、热功率平衡情况如下图所示：图5-5电功率优化调度结果图5-6热功率优化调度结果由图5-5、5-6可知优化调度计划满足新疆工业园区综合能源系统中对电热负荷的需求并从图中可出以下结论：（1）由图5-5可得：系统电负荷供给方在大多数情况下都由园区分配给综合能源系统的风光发电配额提供。但在17时至22时之间，风光发电出力处于低谷阶段，此时，在系统的优化调度下，各设备之间相互配合，协同出力，同时园区将电力富余区域的电力调度过来，以满足用户侧电力需求。在风光发电量高于用户侧用电量的时间段，系统同样采用优化调度，将储能设备与能量转换设备协同合作，共同消纳新能源，提高新能源消纳率。（2）由图5-6可得：系统主要热负荷支出由燃气轮机提供，结合图5-5可知，系统中热电联供系统的主要出力方向为满足用户侧热负荷需求。其中系统热负荷的供给方主要为燃气轮机，而燃气锅炉主要起到辅助作用。综合来看，本章新疆工业园区综合能源系统在多种能源协同作用后，能够充分发挥所构建系统的新能源优势，大幅度提升了系统的新能源的消纳率，同时改善了系统的经济性。本章模型优化前后的日成本费用对比情况如表5-1所示。表5-1新疆工业园区综合能源系统优化调度前后日用成本对比优化前（元）优化后（元）费用节约（元）81456678366230904可见，多能互补的新疆工业园区综合能源系统不但提高了能源利用率，而且降低了自身的用能成本，获得额外的经济效益。在经过优化后，相对节约了3.8%的费用，虽然节约费用相对较小，但这是以整个园区作为参照，若仅对比供给于用户侧负荷的综合能源系统，系统节约费用可达到12.4%，节约费用颇为可观。1.2.2新疆工业园区综合能源系统全寿命周期经济性分析对于新疆工业园区综合能源系统来说，作用于用户侧的综合能源部分较为灵活，作为煤化工生产侧的综合能源部分则更依赖于系统的规划。本章以第四章为基础，对工业园区综合能源系统进行经济性分析，相比于新疆新能源耦合煤化工系统来说，新疆工业园区综合能源系统添加了第三章的基于氢能应用的新疆综合能源系统，因此系统的投入与产出必定发生变化。本文以对不同电解水制氢比例与氢气生产煤化工比例为切入点，分析系统在不同因素下系统的资金回收周期与系统净利润分别是多少，确定了系统是否更为经济。（1）制氢规模对系统的影响为了能和前文所构建的系统形成对比，系统各设备参数参考前文。电解水制氢比例与设备投资及周期净（b）电解水制氢比例对资金回收周期净利润间的关系期的影响图5-7不同电解水制氢比例下对系统投资、收入及资金回收期的影响当改变系统当前风光发电用于电解水制氢比例，而将煤制氢系统产氢量固定，同时系统其余设备的参数都不发生改变。由上图5-7分析可知：伴随着电解水制氢比例的增加，系统设备投入在不断上升，同时系统周期净利润也在不断增加。但与图4-4类似，系统的周期净利润增长速率同样低于系统设备投资增长量，但综合对比，图4-4的系统设备资金增长速率是周期净利润的1.995倍，但图5-7各种设备投入资金增长速率是周期净利润的1.791倍，说明该园区综合能源系统构成更加合理一些。同时由图5-7（b）可知系统的资金回收周期徘徊于11年至12年内，说明不断提高的电解水制氢比例对系统的资金回收周期的影响力不是很大。（2）煤制甲醇规模对系统的影响与第四章相同，考虑到煤制甲醇中氢气供给比例对系统的经济性造成的影响，规定各子系统设备参数不发生任何改变，同时将煤制氢比例固定，探究在不同的甲醇生产规模下电解水制氢与系统周期净利润及资金回收周期的关系。（a）电解水制氢参与制甲醇的比例对资金回收周期的影响（b）电解水制氢参与制甲醇的比例对统净利润的影响图5-8不同煤制甲醇规模下系统收入及资金回收期的影响由图5-8可知，当电解水制氢比例与电解水制氢参与煤制甲醇比例在0.5附近时，系统的资金回收周期最短，周期净利润相对较高。当单一的电解水制氢比例或电解水制氢参与煤制甲醇比例增加时，系统的资金回收周期与系统净利润显著增加，其中系统资金回收周期将要超出一般大型工程10~15年的工程期限，因此单一变量的增加不适合项目的规划发展。而当两者同时作用时，可以看出其结果与第四章的图4-7类似，即当电解水制氢比例与电解水制氢参与煤制甲醇的比例同时增加时，系统的资金回收周期增加，但对应的系统净利润却呈下降状态，这是因为系统设备及原料支出的增长率高于系统