摘要：探索優(yōu)化運(yùn)行策略和激勵(lì)機(jī)制對分布式供能系統(tǒng)的影響是加快其應(yīng)用推廣，保障其充分發(fā)揮效能的重要內(nèi)容之一。該文首先針對北方某地區(qū)辦公型建筑和賓館型建筑夏季負(fù)荷需求，構(gòu)建了一套冷熱電三聯(lián)供(combiningcooling，heatingandpower，CCHP)分布式能源系統(tǒng)三維和二維模型，考慮系統(tǒng)碳排放并引進(jìn)碳稅和電力回購(電力反向賣回電網(wǎng))，構(gòu)建了以運(yùn)行費(fèi)用為目標(biāo)的分布式能源系統(tǒng)和常規(guī)系統(tǒng)分析模型，分析了三維模型和二維模型的差異;并討論了蓄能系統(tǒng)對分布式能源系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的影響，得出該系統(tǒng)為賓館型建筑和辦公型建筑供能的最優(yōu)策略;最后對影響分布式能源系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的相關(guān)政策和激勵(lì)進(jìn)行分析，得出了分別針對辦公型建筑和賓館型建筑的分布式能源系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的氣價(jià)和碳稅激勵(lì)控制域。

　　關(guān)鍵詞：能源互聯(lián)網(wǎng);分布式能源系統(tǒng);建筑節(jié)能;電力回購;政策激勵(lì)

　　0引言

　　20世紀(jì)以來，全球氣候變暖的總體趨勢已得到證實(shí)，對生態(tài)系統(tǒng)和人居環(huán)境造成的影響也備受矚目。作為最大的發(fā)展中國家和主要的溫室氣體排放國，中國承受著巨大的溫室氣體排放控制壓力。

　　能源論文范例： 基于雙層優(yōu)化的綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃配置研究

　　長期形成的高碳發(fā)展模式導(dǎo)致中國推進(jìn)現(xiàn)代化進(jìn)程中面臨資源約束趨緊、環(huán)境污染嚴(yán)重、生態(tài)系統(tǒng)退化的嚴(yán)峻形勢，經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展面臨巨大挑戰(zhàn)。分布式能源作為一種新興的可靠的新能源利用技術(shù)，在各行各業(yè)中受到越來越大的重視，分布式能源系統(tǒng)一般指以可再生能源(生物質(zhì))或天然氣等清潔化石燃料為能源的、孤立的或只與配電網(wǎng)相聯(lián)系的小型能量系統(tǒng)[1]。其中冷熱電三聯(lián)供(combiningcooling，heatingandpower，CCHP)系統(tǒng)是分布式能源系統(tǒng)中最常用的一種技術(shù)，CCHP是一種能源梯級利用技術(shù)，可提高能源的利用效率，緩解電力緊張狀況，削峰填谷，降低能耗[2]。近些年，由于其高效、靈活、清潔、可靠的優(yōu)點(diǎn)日益受到能源行業(yè)的重視。

　　因此很多專家學(xué)者對以天燃?xì)馊��?lián)供為主的分布式能源系統(tǒng)進(jìn)行研究。但是三聯(lián)供系統(tǒng)由于設(shè)計(jì)容量不宜選擇且冷、熱、電負(fù)荷難以同時(shí)匹配的局限性，使其很難獨(dú)立推廣使用。Li等[3]對分布式能源系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真，以系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性、環(huán)境性和一次能源節(jié)約率為目標(biāo)，分別對住宅型和辦公型建筑進(jìn)行優(yōu)化，得出辦公型建筑綜合性能優(yōu)于住宅型建筑，系統(tǒng)有蓄能裝置和空氣調(diào)節(jié)裝置經(jīng)濟(jì)性更優(yōu);Hajabdollahi等[4]對以汽輪機(jī)，內(nèi)燃機(jī)和柴油機(jī)做為驅(qū)動(dòng)源的CCHP系統(tǒng)建立了性能和部分負(fù)荷率的關(guān)系，對系統(tǒng)在不同的負(fù)荷下進(jìn)行了優(yōu)化;Stanek等[5]對于基于內(nèi)燃機(jī)為主要?jiǎng)恿υ础?/p>

　　太陽能光伏發(fā)電為輔，利用內(nèi)燃機(jī)缸套水提供生活熱水并驅(qū)動(dòng)吸收式制冷機(jī)的分布式供能系統(tǒng)進(jìn)行熱力–生態(tài)費(fèi)用分析，并與傳統(tǒng)的熱力經(jīng)濟(jì)分析作對比，提出了聯(lián)供系統(tǒng)的優(yōu)化策略;Rahul等[6]針對單缸四沖程水冷恒轉(zhuǎn)速柴油機(jī)余熱，采用實(shí)驗(yàn)和模擬的方法，分別研究了單純發(fā)電，冷熱電，熱電，冷電4種模式的能源利用效率和火用效率，結(jié)果顯示在冷熱電和熱電模式下，系統(tǒng)性能最好;Fang等[7]提出了將冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)與有機(jī)郎肯循環(huán)結(jié)合(CCHP-ORC)的互補(bǔ)配置方案，并對北京一酒店進(jìn)行了假設(shè)性的案例研究，采用Energyplus模擬4個(gè)季節(jié)典型日冷熱電需求。

　　結(jié)果表明電制冷主要應(yīng)用在夏季，ORC主要應(yīng)用在其他3個(gè)季節(jié)，一次能耗，CO2排放和運(yùn)行費(fèi)用均好于常規(guī)的CCHP系統(tǒng);Wu[8]基于多目標(biāo)優(yōu)化的微型CCHP系統(tǒng)的運(yùn)行策略，以相對節(jié)能率和運(yùn)行成本相對節(jié)約率為目標(biāo)對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，分別在定電負(fù)荷和定熱負(fù)荷的情況下給出了系統(tǒng)熱(電)負(fù)荷逐步增加情況下的最優(yōu)運(yùn)行策略，并且分析了燃?xì)鈨r(jià)格與電價(jià)的比例發(fā)生改變時(shí)系統(tǒng)的運(yùn)行策略改變的情況。通過相關(guān)學(xué)者的研究發(fā)現(xiàn)國外對電力回購和碳稅政策對分布式能源系統(tǒng)影響的研究已經(jīng)很多，但在對系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真研究時(shí)，也只是建立設(shè)備性能和部分負(fù)荷率的二維模型，并沒有考慮冷卻水溫的影響[9-12]。國內(nèi)更是幾乎沒有對電力回購和碳稅政策的研究[13-15]。

　　在研究對象選擇上，賓館型建筑和辦公建筑負(fù)荷需求差異較大，辦公型建筑高負(fù)荷時(shí)段主要為白天工作時(shí)間，而賓館型建筑主要是晚上時(shí)段，因此本文針對北方地區(qū)某賓館型建筑和辦公型建筑，建立了設(shè)備普遍適用的效率和負(fù)荷率、冷卻水溫度的三維模型，考慮電力回購并引進(jìn)碳稅，構(gòu)建了以經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)的分布式和常規(guī)供能系統(tǒng)模型，并分析了二維模型和三維模型的差異;然后通過優(yōu)化得出分布式能源系統(tǒng)為辦公型建筑和賓館型建筑供能的最優(yōu)策略;最后將分布式能源系統(tǒng)與常規(guī)模式–燃煤電廠供能經(jīng)濟(jì)性對比，從供能側(cè)比較了碳稅和氣價(jià)對分布式能源系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的影響。

　　1系統(tǒng)模型介紹

　　1.1系統(tǒng)構(gòu)建

　　本文針對北方某地區(qū)辦公型建筑和賓館型建筑，構(gòu)建了一套天燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)CCHP系統(tǒng)與蓄能、電熱泵結(jié)合的分布式供能系統(tǒng)。

　　1.2負(fù)荷模型系統(tǒng)負(fù)荷需求輸入選取北方某辦公型建筑和賓館型建筑夏季典型日逐時(shí)負(fù)荷數(shù)據(jù)。冷卻水溫為冷卻塔所能冷卻到的最低溫度，即當(dāng)?shù)叵募镜湫腿杖�天的逐時(shí)濕球溫度，通過調(diào)用DEST軟件庫中環(huán)境溫度和含濕量氣象數(shù)據(jù)，并查焓濕表[23]獲得。

　　2政策激勵(lì)措施天然氣主要成分為甲烷，因此燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)每立方米天然氣輸入約產(chǎn)生CO21.96kg，即當(dāng)內(nèi)燃機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，每發(fā)1kW⋅h電約產(chǎn)生CO20.46kg。

　　3優(yōu)化與運(yùn)行策略

　　3.1優(yōu)化目標(biāo)與約束條件本文建立了以系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用為目標(biāo)函數(shù)的系統(tǒng)優(yōu)化模型，其中分布式能源系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用由購氣費(fèi)用、購電費(fèi)用(包括回購收益)和繳納碳稅費(fèi)用組成。

　　4結(jié)果與討論

　　4.1用能側(cè)經(jīng)濟(jì)性分析

　　本文首先通過將無蓄能系統(tǒng)模式最優(yōu)策略與建筑所需負(fù)荷全部由電網(wǎng)購電消耗費(fèi)用對比，分析三維模型二維模型的差異，可以看出無論是辦公型建筑還是賓館型建筑，使用分布式能源系統(tǒng)無蓄能模式為該建筑供能比全部采用電網(wǎng)購電為該建筑供能更節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用。

　　并且該賓館型建筑全部電網(wǎng)購電二維模型和三維模型日運(yùn)行費(fèi)用相差2136元，無蓄能最優(yōu)模式日運(yùn)行費(fèi)用相差5780元，辦公型建筑則分別相差為7929元和3598元。可見二維模型和三維模型結(jié)果差異較大，尤其是在負(fù)荷需求較大的時(shí)刻，辦公型建筑主要為上午9:00到下午6:00，賓館型建筑主要為下午5:00到晚上11:00。因此采用三維模型可更準(zhǔn)確地反映分布式能源系統(tǒng)的真實(shí)情況，采用分布式能源系統(tǒng)為建筑供能比全部購電供能經(jīng)濟(jì)性更好。

　　4.2供能側(cè)經(jīng)濟(jì)性分析

　　綜上分析，采用含蓄能的分布供能系統(tǒng)最優(yōu)策略為該辦公型建筑和賓館型建筑供能經(jīng)濟(jì)性最好。但是以上僅僅是在用能側(cè)進(jìn)行的經(jīng)濟(jì)性分析，即從用戶角度的用能成本分析。接下來在供能側(cè)將該分布式能源系統(tǒng)與常規(guī)供能模式中燃煤電廠的經(jīng)濟(jì)性做對比，也就是供能成本的分析。可以看出在碳稅0.3元/kg，氣價(jià)3.15元/m3時(shí)，無論是辦公型建筑還是賓館型建筑，常規(guī)供能模式中燃煤電廠的成本較分布式能源系統(tǒng)經(jīng)成本更低，即常規(guī)模式經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)。

　　4.3供能側(cè)政策激勵(lì)分析

　　分布式能源系統(tǒng)最大的優(yōu)勢就是采用天然氣作為輸入能源，一次能源利用率高、節(jié)能性和環(huán)境性好，因此天然氣價(jià)格必定會(huì)對分布式能源系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生重要影響;而碳稅作為一種市場激勵(lì)政策，對天然氣分布式能源系統(tǒng)的發(fā)展推廣具有重要意義。因?yàn)樘烊粴夥植际侥茉聪到y(tǒng)環(huán)境性較常規(guī)系統(tǒng)好，因此碳稅越高，氣價(jià)越低越有利于分布式能源系統(tǒng)的推廣。接下來在供能側(cè)，分別改變碳稅和天然氣價(jià)格，綜合比較碳稅和氣價(jià)對該分布式能源系統(tǒng)和常規(guī)模式–燃煤電廠經(jīng)濟(jì)性的影響關(guān)系。

　　5結(jié)論

　　1)采用分布式能源系統(tǒng)以最優(yōu)策略為辦公型建筑和賓館型建筑供能時(shí)，相比于建筑負(fù)荷需求全部由電網(wǎng)購電滿足，可最高分別日節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用16875元和22106元。2)當(dāng)前峰谷電價(jià)下，在氣價(jià)為3.15元/m3時(shí)，對于辦公型建筑如果碳稅大于0.45元/kg時(shí)，分布式能源系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用優(yōu)于常規(guī)模式–燃煤電廠，有利于分布式能源系統(tǒng)推廣;而對于賓館型建筑，碳稅值需要大于0.38元/kg。

　　3)當(dāng)前峰谷電價(jià)下，在碳稅為0.30元/kg時(shí)，對于辦公型建筑如果氣價(jià)小于2.73元/m3，分布式能源系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用優(yōu)于常規(guī)模式–燃煤電廠，有利于分布式能源系統(tǒng)推廣;而對于賓館型建筑，需要?dú)鈨r(jià)小于2.92元/m3;4)碳稅和氣價(jià)對分布式三聯(lián)供系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的影響是相互作用，相互影響的。當(dāng)該分布式能源系統(tǒng)以最優(yōu)策略運(yùn)行為兩種建筑供能時(shí)，碳稅和氣價(jià)分別在圖10中曲線下方區(qū)域內(nèi)，運(yùn)行費(fèi)用優(yōu)于常規(guī)模式–燃煤電廠，有利于分布式能源系統(tǒng)推廣。

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　　作者：王惠，趙軍，安青松，康利改