摘要：商业用户电能替代主要是电采暖替代传统燃煤锅炉供暖，主流技术选型有二：一是夏季用冷水机组（制冷、冬季配置蓄热式电锅炉（供暖系统；二是采用兼具供暖、制冷功能的地WCU）HSEB）源热泵（系统.为掌握两类系统适用的边界条件，在建立成本模型和运行约束条件的基础GSHP）上，提出一种以两类系统成本偏差最小为目标、直接求解边界条件的优化模型。对天津市综合性办公楼用户群测算边界条件并做摄动分析，结果表明：对特定地区特定用户群，决定两类系统适用性的边界条件参量是夏、冬季最大冷/热负荷比值和利用小时数；拉大峰谷价比或在大昼夜温差地区抬高需量电价或对无热水需求的全天供暖/制冷用户则选择HSEB＋WCU系统更具经济优势。
关键词：商业用户；电能采暖；替代；技术选型；边界条件；论证
以电代煤、以电代油在终端用能领域对于治疗城市雾霾发挥着至关重要的作用，其中电采暖替代传统燃煤锅炉供暖是一项最为重要的举措。由于缺乏应用技术原则，目前实施相关项目时往往要花大量时间进行选型论证，不利于此类电能替代技术的快速推广和优化利用。
1、电采暖/制冷系统建模
1.1简化假设
各类电采暖/制冷系统的二次系统相仿，不会对技术的选型造成任何的影响，因此后续建模只需要对一次系统的费用进行密切的关注即可；可以将各系统中的机房和控制系统投资、冷媒（水及水软化）和水阀费用等比重较小的成本项忽略掉；鉴于电采暖/制冷构成商业用户最主要用电３负荷，假设用户最大需量发生时刻即电采暖/制冷系统最大用电负荷发生时刻，从而所增最大需量可按电采暖/制冷系统最大负荷计；鉴于研究目的是求取边界条件、不是对具体４用户进行技术方案的测算分析，为减少决策变量，对用户冷/热负荷曲线做时段化的简化处理.具体方法是将一个地区夏/冬季日冷/热负荷大小相近、售电电价相同的时刻划分为同一时段。
1.2 HSEB采暖系统模型
1.2.1投运成本
HSEB一次系统用电设备主要包括电锅炉、蓄热水箱、蓄热水泵、供热水泵、板式换热器，故设备投资与安装成本为：
1.3.2运行约束条件
由于WCU系统中不存在蓄热/冷设备，因此在实际运行过程中只需要对各个时段冷量的供需平衡进行综合考虑即可。
1.4GSHP采暖/制冷系统模型
1.4.1投运成本
GSHP系统中一次系统主要用电设备包括热泵机组、地埋水循环水泵、燃气锅炉及其水泵、燃气锅炉水—地埋水换热器，设备投资与安装成本为：
1.4.2运行约束条件
GSHP系统除了需要满足各个时段冷量的供需平衡以外，还需要对辅助燃气锅小时产热量约束进行考虑。
两类电采暖/制冷系统的选型模型
2.1选型模型
电采暖／制冷可产生多种效益，政府部门／电网公司可从环境／技术效益出发，通过电价、补贴等制度设计对电能替代技术选型加以引导；但项目推广环节的技术选型需从使用者经济利益的角度出发论证。为此，以两类系统成本偏差最小化为目标构建边界条件来有效的解决各种问题。
2.2边界条件参量
一般的，模型中边界条件集ξ的具体参量包括：①反映夏、冬季冷／热负荷差距的比例系数ｋ；②夏（冬）季最大负荷利用小时数ｈc（ｈｈ），在一定的最大负荷下，这两个参量决定了夏（冬）季冷（热）负荷总量的大小；③冬季采暖日天数ｄｈ、夏季供冷日天数ｄｃ，这两个量影响冬季热负荷总量和夏季冷负荷总量；④需量电价水平ｐＤ和分时电度电价水平ｐ（ｔ）。具体应用时针对的是特定地区不同用户群，故上述第３和第４项作为已知量，而待求的边界条件参量为第１和第２项。ｋ和ｈｃ（ｈｈ）反映了用户的热／冷负荷特性，所确定的边界条件反映了两类电采暖／制冷技术对不同冷／热负荷特性用户的适用性。
3、算例分析
3.1原始数据
以天津市综合性商用楼（办公＋商场）为例，根据市此类用户夏（冬）季日冷（热）负荷典型情况和分时电价时段划分方案，将夏、冬季日划分为６个时段。
3.2分析边界条件
边界条件参量主要有k，ｈｃ以及ｈｈ，三者可以同时将一个曲面表现出来。该曲面的获得，需要在相关范围内将摄动ｈｃ以及ｈｈ确定下来，在粒子群算法的帮助下将对应2.1节模型的k边界值得到。
同时，由于GSHP自身具备很高的效率，针对昼夜温差较大的地区而言，HSEB+WCU系统比较适用于冷、热负荷总量都较小的用户，不然受移峰填谷的影响会导致蓄热水箱、电锅炉设备的投资非常高，由此会丧失HSEB+WCU系统的优势；并且，由于较高的低埋管成本，在昼夜温差较大的地区HSEB+WCU系统会由于移峰填谷的存在而更加具备经济优势，基于这种情况下GSHP系统只有在热、冷负荷差较大的地区才考虑使用。
4、结论
1）对特定地区特定用户群，夏、冬季最大冷／热负荷比值ｋ和两季最大冷／热负荷利用小时数ｈｈ（ｈｃ）是两类系统选型的边界条件参量。边界条件主要有两种表现，即一个空间曲面和一定ｈｈ（ｈｃ）的用户，若其ｋ比边界值大，则HSEB+WCU更加具有经济性，不然则GSHP更加具备经济。
2）昼夜温差大的地区，HSEB+WCU系统可以将移峰填谷的节费效益最大限度的发挥出来，进而所具备的经济性更加有优势，此时仅ｋ值很大的用户才适于选用GSHP系统。
3）全天候供暖／制冷在一定程度上会促进HSEB+WCU系统移峰填谷潜力的不但缩减，对于这类用户来说，如果对热水没有需求则可以选择GSHP系统，仅对ｈｈ（ｈｃ）较小或ｋ值很大的全天候供暖／制冷用户才适于选用HSEB+WCU系统。
4）拉大峰谷价比能提高HSEB+WCU系统的竞争性，大峰谷比下只有ｈｈ（ｈｃ）很大或ｋ值较小的用户适于选择GSHP系统。
5）实施／抬高需量电价会使GSHP系统在经济性上更占优势，此时只有ｋ值和／或ｈｈ（ｈｃ）非常大的用户才值得考虑HSEB+WCU系统。
参考文献：
[1]曲子清，辛洁晴，吴亮，郑思源.商业用户电能采暖替代技术选型的边界条件论证[J].电力系统自动化，2016，（13）.
[2]陈进，徐菱虹，胡平放．混合式地源热泵系统间歇运行研究［Ｊ］．太阳能学报，2014，（07）．
论文作者:柳立慧,鲁俊,康智
论文发表刊物:《电力设备》2017年第17期
论文发表时间:2017/10/23
标签：边界论文; 系统论文; 负荷论文; 用户论文; 条件论文; 参量论文; 电价论文; 《电力设备》2017年第17期论文;