供系统设备容量与运行策略集成优化

1楼宇三联供系统设备容量与运行策略集成优化研究霍小亮摘要：研究一套联供系统的最正确设备容量与最优运行策略。该联供系统包括燃气内燃机、双效溴化锂吸收式制冷机及燃气锅炉。考虑到经济性、节能性、环保性这三个联供系统性能评价指标，建立了以年运行费用最小为目标函数的非线性最优化模型。并以上海某宾馆为例，应用该优化模型，运用LINGO专业优化软件进行求解，得到了适合于该宾馆的三联供系统的最正确设备容量与最优运行策略。结果说明，该优化模型具有很好的经济性、节能性和环保性。关键词：冷热电三联供；最优化；吸收式制冷机；运行策略；燃气内燃机楼宇分布式供能系统〔BCHP〕是一种日益重要的建筑供能方式，它可以在发电的同时利用废热，到达能源的梯级利用，提高总的能源利用效率。由于楼宇建筑能耗特性比拟复杂，冷热电负荷随时间变化波动比拟大，这使得三联供系统在确定设备容量和运行策略时比拟困难。文献ADDINNE.Ref.{6FC13F25-82FA-4762-9332-C7805AC1E176}[1]，ADDINNE.Ref.{0F758400-1995-47E1-BA9B-6227EF4A9A0C}[2]等研究了联供系统的设备配置与运行优化方法。然而大局部研究成果都没有考虑CHP设备在局部负荷下的运行状况，且只考虑经济性因素的居多。局部文献也谈到了节能性和环保性，但都没有把这些指标表达在优化模型中，只是在整体上说明，不能很好的表达三联供的优越性。本文建立了以年运行费用最小为优化目标的联供系统非线性优化模型。该模型充分考虑了经济性、节能性和环保性评价指标，以及燃气内燃机的局部负荷特性。并把该模型应用到上海某宾馆建筑，应用LINGO专业优化软件进行求解，得到了最优的系统设备容量和最优运行策略。具有较好的经济性、节能性和环保性。BCHP系统结构本文研究的三联供系统〔如图1〕由燃气内燃机、双效溴化锂吸收式制冷机和燃气锅炉等设备构成。燃气内燃机作为系统原动机不但启动快、启动能耗小、局部负荷性能好,而且规格齐全、价格低廉、平安可靠。吸收式制冷机、空调热负荷和热水负荷可采用从燃气内燃机回收的低品位热源作为驱动源,缺乏负荷用燃气锅炉来驱动。空调热负荷与热水负荷通过换热器来获得热量，为了表达节能性和环保性指标，假定公用电网由燃气电厂供电。分供系统(如图2)的电负荷完全由公用电网供应，空调冷负荷也由吸收式制冷机供应。热水负荷和空调热负荷由燃气锅炉通过换热器热交换供应，吸收式制冷机由燃气锅炉驱动。SKIPIF1<0图1联供系统供能方式SKIPIF1<0图2分供系统供能方式优化模型本优化模型所涉及到的待优化变量如表1，同时为了便于分析，做以下假设：〔1〕可选择的系统设备容量连续，且无故障运行；〔2〕燃气内燃机热电比在局部负荷区不变ADDINNE.Ref.{55679666-07F0-4B10-B103-BEEB12C0C7C5}[3]；蚂〔3陵〕吸皂收式晃制冷翁机C钓OP手和燃谣气锅惑炉效严率在目运行另期间笼保持伯不变使；痕〔4框〕换齿热器指1与勒换热缸器2路的换率热效单率相绿同；营表1阿待刻优化士变量卫优化姿变量耻变量味符号慨燃气倍内燃脸机逐耽时发很电量更/k线whSKIPIF1<0猾燃气永内燃甘机逐键时发蓬电效怕率SKIPIF1<0成燃气馅内燃只机逐偷时余魂热利羞用量泼/k塞whSKIPIF1<0枯燃气辱锅炉趟逐时命供热留量/呈kw匆hSKIPIF1<0灶逐时询电网晶购电秃量/产kw粘hSKIPIF1<0洒燃气款内燃令机容妈量/即kwSKIPIF1<0银燃气析锅炉打容量应/k扣wSKIPIF1<0劈吸收涂式制里冷机傍容量陪/k杰wSKIPIF1<0盏2.蹲1目钉标函狐数宪以年详运行三费用遵最少并作为胞三联少供系策统优蚁化配顾置的假目标伴函数颤如公虽式〔吉1〕从。三眠联供厨系统评的运怜行费止用主恋要包奶括燃益料费回、设响备维羡护费帅和设虎备投有资费碧用三僚局部还。目麻前小茶型热渣电联兔产发欲电在动我国腥尚不遵能上愿网，汁故年屠运行盘费用降中将科不计剂入由倚联供昌系统伪生产菊电量欣收入骗。阅SKIPIF1<0东饮丸盏恨丈牙椅带乘〔1渴〕螺公用壁电网誓年购晋电量片计算栽方法大由式谣〔2幅〕表防示，仔燃气菌内燃益机、闭燃气君锅炉拖、吸反收式恒制冷涂机的青年运驰行费赠用分旋别由薄式〔圈3〕奇、式场〔4范〕、致式〔娃5〕舅给出临。SKIPIF1<0瓜银足复殃的皆园席乐载蛇流遍魂誓虽管个蕉〔2拳〕SKIPIF1<0赤廉岔扇叨都论洋晒舟半帝激鞭画挖〔3泊〕SKIPIF1<0耗造阅购结螺祸办再阿勇择寇惕据质震〔4始〕SKIPIF1<0毒宿返愧疑摇减兰掏烘卧狭挨齿灿阀件猜来狼〔耀5〕寸文献ADDINNE.Ref.{E9228308-3BA1-4FAD-B4F6-221585C72F5C}装[3迁]悠研究栏了燃驼气内聚燃机迹发电绳效率夕与负炉荷系离数的忆关系蜘，得困到了湾燃气侍内燃么机发乖电效矿率的瓜计算罚方法京〔如反式〔猪6〕贩〕，紫其中年负荷桐系数SKIPIF1<0桥=SKIPIF1<0搬/SKIPIF1<0燕。SKIPIF1<0痒枣娇携圣测健愿猛巾吓浮联木葱〔6此〕豆联供矿系统统各设飘备的咱年投盏资成微本计及算方群法由典式〔歼7〕打～〔释9〕谣给出素，其遇中式SKIPIF1<0票表示雨等额唇资本印回收哪系数偷。SKIPIF1<0激挡宴两队杨盖袭捏僵障粮龄刃匠设坚勒〔7第〕SKIPIF1<0绞吗非泄趁哪鱼葡恩版说畜牺之使超目焰豪〔8柿〕SKIPIF1<0盼氧愁阿辞晋脉御苹羡散似悄被闪蔑撤梢〔9董〕顷2.花2油约寺束条循件殃2.利2.纳1赏能量咐平衡洗条件壮为保驳证每碧小时软的供暖电需清求，斧从电鸭网购背电量委与内挡燃机拨发电跟量的喇和应键该大产于等逃于电收负荷丛需求除，联赤供系筒统多湿余发缎电量甜不上主网，邀式〔榴10缴〕为琴第i红小时罪电平狠衡关简系式海。SKIPIF1<0并乞塘株轧帽毙役糕协治损龟让侍狼遵押扛迫脂纯〔1垫0〕病同理阁，第演i小凯时热芹平衡更关系派式由乳式〔初11渣〕表毒示。SKIPIF1<0玻坦彩渴祖况趴闹临计喇肌坑剑自蔽蒸肢惩面县〔1揪1〕英其中清，总早热负底荷SKIPIF1<0驼计算精方法腔如式客〔1论2〕地。SKIPIF1<0连见役篇鬼菊谈址宜期喂商咐握〔1丹2〕景2.宁2.焦2聪设备隐工作百性能聚条件锹在第尽i小病时，尿燃气开内燃株机设食备容稳量〔华即最竭大发拿电量户〕与候其发权电量侵的关娱系由请式〔记13辛〕表液示，愉燃气虾内燃岸机的趋热输咽出和锻电输骆出关言系由犹式〔式14茎〕表担示。SKIPIF1<0菜剪炭基拼只览铸嘱完妹炭毕锻宇沉摆侮炸倾支标岗〔1芹3〕SKIPIF1<0绢暑虚碰苹岛寸虫父史猴种敌娃舟权产慎衡博垄踏〔1放4〕乞第i肤小时路燃气猪锅炉问容量宾〔即拿最大绿供热独量〕清与其束供热情量的姥关系粪由式赤〔1舱5〕攻表示促。SKIPIF1<0捡非接虏险隙库唉糠盟朱怜挺漂弦偏百遇筋疑醒〔1量5〕竿第i选小时话制冷推机供深冷量循与设障备容蓝量〔撒即制郊冷机条最大僵供冷乳量〕柄的关劝系由懒式〔零16拣〕表衫示。SKIPIF1<0企器片佛丙筒趣秤娇抛悟戚养冲杯爸天搅准配循妙笑〔1泄6〕伪2.洒2.椅3由评价弓指标形约束卫条件长联供尊系统棵性能背评价袖指标发主要挡包括作经济梨性、胆节能请性和仍环保朵性。缘本文歼以年萌运行倍费用金最低黑为目夺标建唐立的购优化杆函数询，把罢节能族性和页环保彻性指控标大她于零足作为愚其中册的约颂束条干件，驼这种沟优化欧方法应更能顺表达奴BC镇HP骡系统讲的优蒙越性存。育节能席率〔灰Fu可el乡e禽ne限rg骨y率sa违vi为ng枯r岁at迅io桌〕是悉评价煌BC萍HP赞系统担节能耽性的靠重要城指标炼。式陕〔1底7〕亮为第府i小筒时节黎能性光约束左条件轰。SKIPIF1<0趋肃牵察匠诱志饶渔故偏启锁详宵示良〔1拦7〕SKIPIF1<0SKIPIF1<0紧CO明2罚减排齿率〔军CO霞2举r崖ed梳uc哄ti际on酷r界at互io境〕是木评价帐BC绕HP黑系统饰环保果性的的重要械指标额，式披〔1抖8〕瘦为第女i小腥时环微保性席约束池条件淋。SKIPIF1<0周险模锦螺视扣鱼占不抱虾防脖今单帮绿甚饱〔1陆8〕SKIPIF1<0SKIPIF1<0射由于SKIPIF1<0牌与SKIPIF1<0喇均大味于零露，因乌此，葡约束松条件哪〔1赞7〕巨和〔播18界〕可次以合设并为仿由〔稠19猾〕表快示。SKIPIF1<0红盏话拖俱挣膨垮库妙〔1碎9〕亡2.戒3铸求振解方点法织该模紧型采摇用L索IN掉GO此软件赴对目皂标函闲数进渔行求沃解，腥LI首NG养O软情件是贴由美定国L嗽in遥do盗S市ys班te凑ms受有限截公司飞开发杆专门钱求解域非线套性规虑划的扰数学翠模型博[4场]确。首见先，谨需要纺将模压型转吵化成水LI指NG怖O求疾解程汇序主策要的照4个续局部跟：数帐据集稿(d提at挖as滔et垒)，胀用于解定义选变量颤；目角标函黄数(迟ob象je伍ct舞iv颤e)刺，用刻于表勉达模帜型的冤目标矮函数悄；约闯束条士件(扫re刑st系ri炕ct广io待n)诊，用澡于表拖述模谜型的死约束漂条件尼;数叛据传君输(育da捐ta异)，暂用于细实现手LI载NG浇O与慕其它盆数据装源的彼数据巴交换墓；在损将模第型转辟化完贫毕后及，就央可以掠运行灾该软打件，讲LI刊NG考O根述据模君型的黄特点富选择鬼一种杀适宜葱的内捞置算护法对助模型晃进行泰求解匪。待实例西分析岭负荷架特征炕以上末海某屯宾馆爽为例馆，运置用e顾QU忧ES谜T能垒耗模茅拟软杜件模额拟得有到宾百馆的前全年垃逐时杯负荷代，逐向时负宜荷包纳括空摄调冷舞负荷勾、空盯调热晕负荷仁、电费负荷钥和热昏水负盯荷。贸图3端为冬置季、描夏季乱、过许渡季喷的典阅型日丢负荷异曲线家。妙图3冬典型穷日逐源时负膜荷曲其线县上海少市电脖价销辉售采其用分肤季节春分时繁段电遮价标秆准，栏夏季否顶峰御时段关8～呜11狭时和拨18棒～2溉1时似电价向为1懂.0阶14茶元/同kw耽h，至低谷铜时段狂22灾时～手次日绢6时厦电价吊为0思.2扯32冠元/景kw军h，搏剩余稿时间摄段为集平谷嘱，电势价为熟0.堵69雪7元讽/k研wh庆；其幕它季晋节时阴段划哥分与盘夏季男相同龟，高辱峰时疤段价还格为底1.富01惊4元拨/k棵wh级,低信谷时愁段价拴格为颠0.剑30凉2元衬/k岭wh寄，剩萄余时挣段价盘格为竟0.鸟69彼1元讯/k奴wh爪。天钓然气威热电覆联产烘价格凯为2涌.0哀5元阿/N港m龟3拉,商峰业气狭价4炉~1乏1月常为3落.3叶元/张N哲m抖3却，其币它月安份气两价为四3.群6元硬/痰Nm肾3狭，天假然气挣热值伶取3毫5.道2M嫁J/序N膝m液3诱，C脱O碎2要排放姨标准赢取1葱.8齿56狡kg胶/m茶3愈[5道]垒。沸设备城性能呼根据调文献ADDINNE.Ref.{55679666-07F0-4B10-B103-BEEB12C0C7C5}抓[6退]招ADDINNE.Ref.{55679666-07F0-4B10-B103-BEEB12C0C7C5}评[7篇]少中的临数据注，给卫出优量化模探型涉登及的绩设备睡性能奥参数立如表结2，品银行安利率愁取0艇.2誉。具表2员设祸备性言能参闷数瓦设备喝性能遮符号徐参数茎公用城电力阵发电睛效率镰/%SKIPIF1<0牙42辜.5理燃气陷内燃采机犹热电途比勒β罢1.举5另生命费周期抚/年SKIPIF1<0忙20总投资绪费率厉/元草/k篇wSKIPIF1<0朽49距64评0想运行药维护吊费率博/元喘/k垄whSKIPIF1<0膛0.谣07喷68壳燃气进锅炉惕效率栽/%代η煎80叹生命浸周期狗/年SKIPIF1<0打20询投资括费率疼/元况/k擦wSKIPIF1<0积80撑0热运行面维护捉费率牧/元旬/k劈whSKIPIF1<0获0.教00消21缸6肌吸收浇式制塞冷机廉制冷泻效率疲CO梳P拨1.工2睬生命毒周期亮/年SKIPIF1<0姻20盘投资芦费率赴/元头/k描wSKIPIF1<0啄18编40射运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