刘安琪
上海碳索能源服务股份有限公司 上海 201100
摘要：全世界的经济与科技的飞速发展，使得环境问题与新能源问题得到政府以及人民的持续关注。CCHP不仅可以提高能源的利用率，减少环境污染，而且它的优点几乎符合人类现代对能源使用问题的所有需求。它除了利用率高，对环境污染小外，还具有能源供应可利用性和经济收益高的特点，因此，分布式冷热电联供系统是国家在新能源技术方面的重点发展方向之一。CCHP系统不仅有很大的发展潜力，在日常生活中的实际应用也是非常广泛的，但尽管如此，系统还是要再进一步优化。本文对系统的以下几种模式进行了配置的优化以及对他们的适用性进行了探究与讨论，对于新能源行业的发展，具有一定程度的现实意义。
关键词：冷热电联供 负荷结构 蓄能装置 运行模式 多目标优化
冷热电联供系统也被称为 CCHP 系统，能够对能源进行梯级利用，和分供系统相比，具有环境污染低以及能源利用率高等众多优点。而要想对该系统的优点进行全面发挥，就必须对系统结构进行优化配置，然而从现阶段该系统的优化配置情况来看，系统的各个模块比较独立，没有对电能上网售电进行全面考虑。因此对于研究人员来说，应该重新对 CCHP 系统进行审视，在此基础上提高它的优化配置效果。
1 CCHP 系统介绍
CCHP 系统主要是由燃气内燃机、吸收式制冷机、蓄能装置、余热回收装置、电锅炉以及电制冷机等组成的。该系统一共有三种运行模式。其中，模式一是以热定电模式。在设计容量允许的基础上，燃气发电机组会按照建筑所需热量，对其发电量进行明确。如果系统所产生的热量无法对冷热负荷需求进行满足，那么将会通过锅炉以及电制冷机等进行补充。由于这种模式不会产生多余热量，因此不需要对蓄能装置进行充分考虑。模式二是以电定热模式。在设计容量允许的基础上，燃气发电机组会按照建筑所需负荷对它的发电量进行明确。如果系统所产生的电量不能够对电负荷需求进行有效满足，那么需要通过外部电网进行补充；如果系统产生大量热量，那么热量将会被存储到蓄能装置当中，如果系统所产生的热量无法对冷热负荷需求进行有效满足，那么将会通过蓄能装置进行补充。模式三是一种指标最优模式。和上述两种模式相比，该模式的约束性较低，在余热分配系数以及发电机组功率等方面的指标都是最优的，通过优化调度模块对系统进行运行。
2 CCHP 系统的优点
随着天然气等清洁燃料的广泛使用，CCHP系统将成为燃气供应领域的重要末端设备，CCHP系统有望在21世纪推动世界走向低碳的能源时代。
在我国能源结构的调整中，采用CCHP系统是一条高效利用城市天然气的良好途径和城市能源建设的重要方面，有助于电网和燃气供应的削峰填谷，减少碳化物及有害气体的排放，产生良好的社会效益，将在商业、建筑能源系统中得到广泛的应用。近年来，CCHP系统在国内燃气供应领域的应用已经起步，上海、北京等城市已有天然气冷热电联供项目投入运行。值得注意的是，只有做到分布式能源和建筑的有效融合，才能实现CCHP系统在节能减排方面的优势。目前，国内在分布式能源的发电量和建筑用电量之间的平衡，分布式能源排热量和建筑采暖、制冷、生活热水用量之间的平衡等方面的规范标准以及系统运行经验的积累还都比较欠缺，相关的研究工作亟待进行，方能促进我国分布式能源系统的可持续、规模化发展。
3 优化配置分析
本文选择某地区建筑的 4 到 5 月份负荷作为春季典型日负荷，6到 9 月份代表夏季典型日负荷，10 到 11 月份代表秋季典型日负荷，12 到 3 月份代表冬季典型日负荷，并对各个典型日进行了划分，将其划分成 24 个时段。在众多典型日当中，春秋两季的典型日一共有 122天，夏季的典型日有 122 天，冬季的典型日有 121 天。定义热电比的值等于年总热负荷与年总电负荷之间的商，冷电比的值等于年总冷负荷与年总电负荷之间的商。将 2.83 元每立方米作为天然气价格，将 9.7千瓦时每立方米作为天然气热值。
整个建筑用电季冷热符负荷图
本文通过不同的热电比和冷电比下的负荷结构对不同建筑负荷工况进行表示，并通过负荷分析方法，结合热电比和冷电比的变化以及典型日中的电负荷值，能够对热负荷值以及冷负荷值进行获得。且对不同模式的节能效果以及各个能源变动对于节能的敏感性分析。在本文当中，热电比和冷电比的取值均处于 0 到 4 之间，并且相邻数值的间隔是 0.1[1]。
三联供系统图
4 系统的适用性
从模式三和模式一之间的运行指标差值来看，系统的热电比等于0，冷电比在 0.8 范围内的指标是负值，也就是说在多数负荷结构下，模式三所取得的综合效益要比模式一好，其差值甚至可达 25.6%。从模式三和模式二之间的运行指标差值来看，模式三所取得的效益要比模式二好，其差值甚至可达 48.3%。从优化结果的角度来分析，在模式一之下，燃机容量会因热电比的升高而增加，这主要是因为燃机容量增加会产生电量上网售电，可以减少运营成本，再加上 CCHP 系统具有较高的制热效率，因此会增加系统的综合效益；燃机容量会随着冷电比的上升出现先增加后减少的现象，这主要是因为燃机容量增加之后，会让发电机组处于一种低载运行的状态，严重时可能会出现停机现象，导致系统能源没有被充分利用。另外，对于电制冷机来说，其制冷效率要比吸收式制冷机高，使得 SP（分供）系统的冷负荷需求增加，进而增加了系统的运行成本，降低一次能源损耗。并且，随着冷热负荷的不断增加，燃机容量会断减少，进而对 CCHP 系统的指标下降问题进行有效抑制，最后通过分供形式对多于负荷进行供给。由此可见，对于模式一来说，对较小的冷负荷比较适用。
对于模式二而言，会受到电负荷的影响，在冷热负荷持续增加的前提下，燃机容量会趋于恒定。当系统评价指标处于最高状态时，则意味着系统供需两侧的热电比和冷电比最接近，这个时候的燃机容量会处于峰值状态。在本文当中，在春季、夏季以及秋季时，会通过蓄能装置进行蓄冷，在冬季时，会通过蓄能装置进行蓄热，因此冷负荷的需求会对蓄能装置容量产生较大影响。由此可见，电负荷需求 对模式二进行限制，并且综合效益不高，因此不适合对其进行应用。
对于模式三而言，不会受到冷热电负荷的影响，在 CCHP 系统当中，蓄能装置容量会随着燃机容量的增加而增加，再加上剩下的电量上网售电，不仅降低了系统运行成本，而且也对一次能源进行了充分利用，对温室气体排放进行了抑制。且模式三对于各个能源价格变化的敏感性更低。因此在三种模式当中，模式三的综合效益最高。通过上述分析我们可以知道，如果冷热负荷都比较小，那么可以使用模式一，除此之外，可以对模式三进行有效利用。
不论是从利用率还是从经济方面来说，CCHP系统的优点要明显多于sp系统，但是这种优势并不是一成不变的，它会在一定程度上随着某种功能的所占比例的增大而增大，因此对系统的配置进行优化，从一方面可以实现系统配置的升级处理，另一方面可以提高系统的效益，节省系统的运行成本，而且还可以促进能源行业的发展。因此对于研究开发人员来说，加大对此系统的应用与研究开发，全面发挥此系统的价值，使其对社会，对人类做出一定的贡献，实现其自身的价值。
参考文献：
[1] 胡荣，马杰，李振坤等 . 分布式冷热电联供系统优化配置与适用性分析 [J]. 电网技术，2017（02）：418-425.
[2] 郑拓 . 分布式冷热电联供系统的运行策略与优化配置研究 [D].燕山大学，2015.
论文作者:刘安琪
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第21期
论文发表时间:2019/7/9
标签：系统论文; 负荷论文; 模式论文; 冷热论文; 能源论文; 容量论文; 分布式论文; 《建筑模拟》2019年第21期论文;