- 頭條上海交大學者提出區域冷熱電聯供系統的站網協同優化設計方法2022-04-11 作者：姚志力、王志新 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語現有的區域能源站規劃未考慮負荷時空特性，且能源站的選址、設備選型定容、網絡布局和管道選徑等與區域冷熱電聯供系統的經濟性直接相關。為此，上海交通大學電子信息與電氣工程學院的研究人員姚志力、王志新，在2021年第22期《電工技術學報》上撰文，提出考慮負荷特性的區域冷熱電聯供系統站網協同優化設計方法。
經濟高速發展推動著能源利用規模不斷擴大，能源危機問題愈發嚴重。優化能源結構已成為當今各國解決能源供需平衡的重要戰略舉措之一。冷熱電聯供系統（Combined Cooling, Heating and Power, CCHP）能夠實現多能供應，并提高能量利用效率，是能源系統發展的重要方向。建設冷熱電聯供系統對于推動能源結構轉型具有重要意義。
冷熱電聯供系統主要包括供能站點、配送網及冷熱電負荷。集中供能站通過能源產生、轉換和存儲為用戶供給能量，需根據負荷水平進行容量優化配置；配送網絡通過輸送管道連接供能站與冷熱負荷，具有復雜的拓撲結構及參數選擇。由于冷熱電聯供系統站網規劃受能源站站址、供能范圍、管道布局和負荷水平及其分布等多因素影響，因此，冷熱電聯供系統站網規劃需綜合考慮各因素的影響，最大程度地節約投資成本，提高區域系統經濟性。
目前，國內外對冷熱電聯供系統的站網配置布局進行了相關研究，大致分為兩類：①給定供能站點，優化站點供能區域內的設備選型定容或管網布局；②同時優化待規劃區域內供能站點及其供能范圍和各站點選型定容或管網布局。
然而，相關文獻均是對單個冷熱電聯供系統進行的設備配置優化或管網規劃優化，未涉及區域內冷熱電聯供系統站網的整體規劃。有學者提出了“智慧綜合能源系統”構想，雖然構建計及交通流量的多綜合能源站點選址和選型定容優化模型，但未考慮區域內管網布局優化。
有學者研究對象為區域內多個冷熱電聯供系統，但其僅研究區域內考慮負荷特性的管網最優布局規劃，未涉及區域內站點選型定容配置優化問題。有學者雖對供能系統進行站網聯合規劃，但其僅研究如何實現供能站點間的互聯協同與互補互濟。由于供能站點及其配置與管道布局密切相關，因此在區域內冷熱電聯供系統規劃中需考慮站網協同優化問題。
針對上述問題，上海交通大學電子信息與電氣工程學院的研究人員提出了一種考慮負荷特性的區域冷熱電聯供系統站網協同優化設計方法，充分考慮區域內負荷的時空特性，對區域內站點數量、選址、設備選型定容、供能網絡布局和管道選徑進行交替協同規劃。
圖1 冷熱電聯供系統結構
首先，根據供能站供能半徑確定新建站點數量，基于區域內負荷的空間分布特征，采用改進p-中位優化模型建立了區域內冷熱電聯供站點選址和供能范圍劃分模型；其次，基于區域內負荷的時序互補特性，考慮多能流耦合和網絡協調，提出基于Prim算法的管道建設最小樹網絡布局優化方法，結合供能范圍內的負荷特性進行管徑優化；再次，在確定的供能站網方案下，基于冷熱電聯供站、網規劃間的相互作用，以區域站網年化總成本最低為目標對冷熱電聯供站點的設備選型定容和管網布局選徑進行交替協同優化，采用GA求解各供能站點設備選型問題。對待規劃區域進行算例分析。
仿真結果表明，考慮負荷特性的區域冷熱電聯供系統站網協同優化模型能夠實現負荷在時空尺度上的峰谷轉移，改善負荷分配不均現象，優化系統整體經濟性，提高設備和管網的利用率。
研究人員得到結論如下：
1）考慮負荷空間分布特征的改進p-中位優化模型能夠實現冷熱電聯供站點最優選址；考慮負荷時序互補和網絡多能流耦合協調的Prim算法能夠優化網絡布局和管徑選擇，從而協調區域內各類負荷的時空峰谷錯峰情況，提升綜合能源站設備和管網的利用效率。
2）采用區域冷熱電聯供系統站網協同雙層交替優化設計，規劃方案較其他方案在管網建設成本方面有所增加，但區域冷熱電聯供系統整體經濟性得以明顯提升，提高了區域內設備集中度、供能設備和粗徑管道的利用率等。
3）采用考慮負荷特性的區域冷熱電聯供系統站網協同優化設計方法，解決了傳統方法因未考慮各類負荷的時空特性，造成站網設備投資規模偏大、系統經濟性不高等問題。
4）進一步研究計及風光等可再生能源對區域內綜合能源系統站網協同規劃的影響及改進方法，有利于提高能源綜合利用效率、促進可再生能源的就地消納等。
本文編自2021年第22期《電工技術學報》，論文標題為“考慮負荷特性的區域冷熱電聯供系統站網協同優化設計方法”，作者為姚志力、王志新。
