集中供热系统中可再生能源站的布局同步优化模型研究与应用

为实现高比例可再生能源的“非电利用”,对集中供热系统引入可再生能源站(由电锅炉和电动空气源热泵构成),提高系统对波动性可再生能源的利用率及经济性。在集中供热系统中针对新增可再生能源站配置数量、接入位置及装机容量分配方案建立同步优化模型,该模型分为内、外两个优化模块,内部优化一级网循环泵的总功耗成本以及供热系统对波动性可再生能源的利用率,外部优化全生命周期的经济收益净现值,在项目全生命周期内以内、外两个模块的综合最优为目标,利用遗传算法实现高效全局优化。通过案例分析表明,在供热系统中新增能源站之后,通过该同步优化模型,整个集中供热系统的水力工况得到优化,管网全部热力站用户的平均资用压差减小,消耗在输配管网和热力站调节阀上的功耗显著降低,并带来可观的节能经济收益。

集中供热管网的蓄热模式与蓄热能力评估

为了明确供热管网蓄放热的基本概念和可行性,促进供热系统动态运行水平的提高,基于理论分析对集中供热管网的2种基本蓄热模式(温度提升式蓄热和流量增加式蓄热)进行了研究,并给出了管网综合蓄热能力的计算公式;对长输供热管线参与系统蓄放热的运行调节方法进行了讨论。基于某实际案例的计算结果表明:大型供热管网(尤其是长输供热管线)具有相当可观的蓄热能力;管网的总蓄热能力随室外温度的升高显著增大;充分利用管网的蓄热能力能够为热源的抢修工作赢得更多的时间。

提升风能消纳清洁供热项目的经济性优化配置

在中国三北地区,热电联产机组"以热定电"的运行调节模式是供暖季出现严重弃风的重要原因之一.推进电供热、配置蓄热设备是促进风电消纳、降低系统能耗的有效方式.为实现清洁供热项目的经济性最优,提出了一种基于遗传算法和传统机组组合的双层优化模型.首先,在分析热、电能源供需的基础上,给出了区域能源系统的典型结构;然后,将日内净收益作为经济性优化的定量评价指标;通过分析能源系统的短期优化调度方式,得到最终的双层优化模型.在该模型中,外层优化利用遗传算法对不同的配置组合情况进行全局搜索,内层优化则通过求解线性规划给出特定组合条件下清洁供热项目的日内净收益.案例分析表明,清洁供热项目的经济性最优配置与区域能源系统的热、电负荷、风电出力特性和社会经济条件有关;同时,遗传算法可稳定收敛到全局最优点附近,优化计算结果完全满足工程应用的要求.另外,虽然清洁供热改造能够显著降低系统的弃风量,但出于经济性考虑,弃风并不能完全消除.

高风电渗透区域能源系统的电热设备经济优化配置

我国风电多采用集中式开发、远距离输送的发展模式。然而,我国电网建设相对滞后、热电联产机组冬季“以热定电”运行严重影响到区域电网对波动性可再生能源的消纳,造成北方地区许多风电场在供暖季出现严重弃风。适度发展集中式电供热、充分挖掘燃煤供热机组参与电网调节的潜力,能够有效促进风电消纳并减少系统的总运行能耗。对于接入高比例风电的北方某典型区域能源系统,配置一定容量的乏汽余热回收热泵和电锅炉能够显著降低风电场的弃风率并带来可观的经济收益。本文以区域能源系统电热改造项目在整个供暖季的净收益最大为目标,对新增电热设备的最优装机容量进行遗传优化。案例计算表明:设备优化配置容量受可变投资成本的影响较大、同时配置一定容量的余热回收热泵和电锅炉能够取得最佳的经济效益。此外,由于电热设备投资的边际收益递减,完全消除弃风并不经济。

工业余热回收储备系统的经济优化配置

对既有区域供热系统清洁改造的经济优化配置问题进行深入研究,给出利用低价电能进行工业余热回收利用的系统改造方案,对改造系统的运行优化调度进行分析,基于增量比较法提出余热回收储备设备的双层优化配置模型。基于案例计算对提出的经济优化配置模型进行验证,结果表明:相比遗传算法,模式搜索在求解双层优化配置模型时,具有更快的收敛速度和更高的计算稳定性;合理配置余热回收储备设备能够获得可观的供暖期综合收益。

供热系统动态热特性研究

供热系统动态热特性研究不仅可以优化供热系统运行调节,对于提高新能源供热的安全性、经济性、环保性也具有重要意义。本文利用节点法对供热系统的动态热特性进行研究,在快速且大幅度的热源供水温度变化情况下,利用节点法模拟距离热源不同远近的换热站的供水温度,分析供热管网的动态热特性。结果表明:每个换热站的总温降与距离热源的远近成正比,但是每单位长度的温降与距离热源的远近没有必然关系,主要与热源到换热站的管道流量(直径)和管长有关;同时分析节点法对不同温度变化阶段的模拟精度;节点法在快速且大幅度温度变化下的平均误差和标准差分别为0.46℃和1.18℃;最后通过定义动态响应时间分析流体在管网中的延迟时间,结果显示利用节点法计算得到的动态响应时间相对误差分别为5.8%和5.74%。所以节点法对于管网热动态特性研究的精度可以满足实际工程的需要。

热源循环泵流量对热电联供系统优化运行影响

建立利用热网蓄热以促进风电消纳的热电联合优化运行模型,分析热源循环泵流量对热电联供系统运行经济性的影响。案例分析结果表明,循环泵日电费随相对流量减小而降低。相对流量87%~100%范围内,目标函数(热电机组的日运行费用、日市电费、日弃风罚款之和最小)不变。当相对流量降至86%后,目标函数不降反升,且增大幅度大于循环泵日电费降低幅度。受供水温度及供回水温差的限制,随着相对流量减小,日间热电机组制热功率受到限制。为了满足热电联合优化运行模型热平衡条件(总供热量等于总耗热量),夜间热电机组制热功率无法降低,热电机组发电功率居高不下,导致风电消纳受限,弃风电量增大。日弃风罚款随之增加,最终导致目标函数升高。相对流量为87%时,热电联供系统的日运行费用最低。