燃气冷热电分布式能源系统智慧运行控制策略

作者:万博  来源:万博manbetx官网  时间:2019-10-31 18:53  点击:

  以燃气为核心的冷热电分布式能源系统,是目前分布式能源的主流模式,其运行效率直接决定了项目运行的收益与成败,基于工业物联网、数据科学与工业人工智能的智慧能源运行管理系统,可以有效提高能源耦合度,从而提高燃气冷热电分布式能源系统的智能化程度及其运行效率。本文就燃气冷热电分布式能源系统智慧运行中的控制策略与原则进行介绍,该系统也可应用于生物质热电联产、垃圾电站、热泵系统等继承的分布式能源系统中。

  燃气冷热电分布式能源系统是以天然气为主要输入一次能源,满足单体或集群建筑的能源需求的供能系统。与大电厂、大供热中心等规模化集中供能系统相比,具有能源利用效率高、品质高、节能、减排、可靠等优点。在项目实施中,燃气冷热电分布式能源系统往往需要与土壤源热泵、常规水源热泵、冰蓄冷、蓄热、太阳能热利用等技术相结合,并需要考虑一定容量的常规能源联合使用,从而形成一套综合性较强的能源转换供应系统。

  燃气冷热电分布式能源系统是否可以实现其工艺设计目标,需要根据项目特点选择和落实合理的设计、实施、运行和维护方案,配套合理的控制策略与控制系统硬件。因此,合理的控制策略和控制系统硬件,构成了燃气冷热电分布式能源控制系统的重要组成部分。控制系统服务于燃气冷热电分布式能源站各个专业或系统(热工工艺、电气专业、通风空调、燃气专业、消防报警系统、水处理系统、输送系统等),而控制策略是各个专业或系统对控制系统提出的控制逻辑要求。

  燃气冷热电分布式能源系统控制策略,来源于技术人员对能源站全局及各个系统的安全、稳定、高效、节能、节费、减排等指标的追求,而控制策略就是技术人员实现尽可能完善以上指标的方式方法,也是对以上指标进行分析平衡的最优结果。

  具体来讲,控制策略应从保障供应、安全运行、节能降耗、经济运行、综合优化调度等方面人手,使燃气冷热电分布式能源系统优势最大化。

  对于装机规模小于等于15MW的燃气冷热电分布式能源系统, 《燃气冷热电分布式能源工程技术规程》中明确要求分布式能源系统的年平均能源综合利用率应大于70%。这一强制规范是体现燃气冷热电分布式能源技术高效燃气利用特点的检验标准,也是该技术经济效益、社会效益的保证。对大于15MW的分布式能源系统也应参照相关规范,提高能源综合利用率。

  在发电机容量一定的情况下,需要合理调整发电机组负荷分配,保证其较高的运行效率及获高的年度满负荷运行时间。发电机投资是能源站投资强度相对较大的部分,其年运行时间的长直接影响系统的投资收益。发电机较高的年满负荷小时数可以实现较好的发电机投资技术经济性,从而提高项目整体经济性。

  燃气冷热电分布式能源系统运行应当最大限度地利用发电余热,减少对能量品位较高的烟气、缸套水热量的排放。特别是当运行经济性与余热完全利用之间矛盾时,应站在节约资源的高度,优先考虑余热全部利用、减少余热浪费。

  虽然一般情况下不能够改变发电机发电效率,但是可以调整发电机的运行工况,使发电机运行在发电效率较高的工况。小型燃气内燃发电机发电效率一般在35%~45%,相比大型燃气发电厂50%左右的效率低一些。若是燃气发电机组不能以较高的发电效率运行,则分布式能源系统从供电角度来看,不如大型燃气电厂。但是从多种能源需求同时解决、近距离输配的角度来看,燃气冷热电分布式能源系统是优于大型燃气电厂的。因此应该尽可能提高分布式能源系统发电效率,减少与大型电厂供电效率之间的差别,提高分布式能源系统整体效率和电能品质。

  燃气冷热电分布式能源系统应能够根据用户负荷的变化,在保证发电系统设备及配套余热利用设备得以充分利用的前提下,根据能源价格、负荷情况等因素,合理选择调峰设备和调峰方式,实现费用最低的调峰运行模式,以提高项目经济效益。

  一般区域型项目发电机装机容量大,供能区域范围广,供能建筑面积都在百万平方米以上。在既定的供冷、供热面积前提下,区域内的各类负荷有其不同的特点,运行策略的制定应考虑全年不同时间的负荷特点,做出有针对性的运行方案。对于区域型项目,运行策略应着重考虑以下几点:

  (1)针对每天的运行策略应充分考虑到冷负荷的波动特点。对于集中供冷的公建,冷负荷波动随建筑物作息特点变化较大,一般下午4时达到负荷的最高值,夜间负荷相对较低。

  (2)对于北方需要集中供热的项目,冬季日间区域总的热负荷变化幅度不是很大,系统运行可以参照常规热电联产供热系统的运行方式运行,但也应考虑“气候补偿”等节能措施。

  (3)对于一些功能性明显的建筑,如写字楼、商场等,区域电负荷需求随建筑物的作息规律变化较大。夏季用电达到全年区域电负荷高峰值, 12~16时电负荷维持较高值。居民用电所占比重较小,虽然夜间居民用电量增加,但总体来看夜间电负荷相对较低。区域型项目一般都会发电上网,发电量受地区电力调度部门调度,因此区域内电负荷与发电量不完全相关。但对于孤岛运行项目,就需要考虑电负荷的特点,合理调度发电机组运行。

  (4)区域项目集中供冷峰值负荷运行时间和年满负荷时间相对较短,在整个供冷季也有着明是的负荷波动,并且一般情况下冷负荷峰值较大,但高负荷率所占的时间段较少,冷负荷延时曲线较陡。在整个制冷季只有部分时间冷负荷是大于50%设计负荷的,其余时间冷负荷均在设计负荷的50%之下。因此对于夏季需要供冷的项目,应考虑在不同负荷下的系统运行策略。

  (5)对于那些以区域基本电负荷为设计发电装机容量的项目,应着重考虑在采暖季和过度季电负荷较低时的运行方式。除此之外,还应考虑当电负荷与冷热负荷不匹配时的运行策略。

  该类型项目一般以数栋或多栋建筑为供能对象,装机容量中等,供能建筑面积一般在20万~100万m2之间。项目负荷特点介于大型区域型项目与楼宇型项目之间,受各个建筑使用功能影自很大。如果能够取得准确的各个建筑的全年逐时负荷计算结果,应该参照该结果制定合理的运行策略。

  (1)对于由多个不同功能类型建筑组成的项目,其各类总负荷存在相互平衡的可能性,应针对项目具体特点测算总结其负荷规律,然后经过合理的运行分析给出较合适的运行方案。

  (2)对于由多个相同或者类似建筑功能类型楼宇组成的项目,应考虑一定容量的蓄能系统,并在合理的负荷预测基础上确定蓄能量和合理释能时间。对于不存在峰谷平电价的项目,需考虑减少主机投资与增加蓄能系统之间的技术经济分析。

  3)该类型项目往往需要燃气冷热电分布式能源技术与其他能源技术相结合,形成一套以布式能源为主、其他技术为辅的能源系统。在不同的外部能源价格及机组效率情况下,采取不同的供能方式有不同的成本。因此,项目若是采用多种供能方式的机组配置,应该根据不同时段外部情况及机组情况制定经济合理的运行策略。

  楼宇型项目一般以单个或少数几个建筑为供能对象,发电机装机容量不大,供能建筑面积段在20万m2以下。楼宇型项目负荷特点完全取决于建筑功能类型。应利用专业负荷计算数对建筑全年负荷进行逐时计算,并据此制定合理的系统运行策略。

  对于楼宇型项目,一般装机规模不大,且项目涉及主设备数量不多,一般不会超过8台,系统本身运行模式变化不多。因此,楼字型项目运行策略主要以燃气冷热电分布式能源系统基本行原则为主,其运行策略还应考虑灵活的发电机及楼宇配电系统切换控制方式,以实现较高的电效率及更多的年度发电量

  在制定以上运行策略的前提下,通过对不同运行周期的运行数据分析,可以得出一系列的行指标,其中最主要的指标是燃气冷热电分布式能源系统总能源利用效率、总能源消耗量及用、总能源供应量等

  燃气冷热电分布式能源系统运行工况每时每刻都在变化,系统各类负荷也都随着外界情况变化而变化,各个机组的状态也是相对变化的。

  的为了实现利用历史数据分析指导系统运行、根据负荷变化优化系统运行、整合运行经验及制策略等功能,需要建立一个较高层级的优化分析系统。优化分析系统可以是控制系统本身, t可以独立于控制系统之外,但都能够实现运行策略优化分析的功能。

  运行策略的优化是建立在理论计算、实际运行数据分析和各类运行经验的基础上的,应根据项目管理方的要求,选择相应的优化方向,执行不同的优化运行策略。

万博