供系统设备容量与运行策略集成优化研究.docx

楼宇三联供零碎设备容量与运转策略集成优化研讨
霍小亮
摘要：研讨一套联供零碎的最好设备容量与最优运转策略。该联供零碎包括燃气内燃机、双效溴化锂吸收式制冷机及燃气锅炉。考虑到经济性、节能性、环保性这三个联供零碎功能评价目标，建立了以年运转费用最小为目标函数的非线性最优化模型。并以上海某宾馆为例，运用该优化模型，运用LINGO专业优化软件进行求解，得到了适合于该宾馆的三联供零碎的最好设备容量与最优运转策略。结果表明，该优化模型具有很好的经济性、节能性和环保性。

关键词：冷热电三联供；最优化；吸收式制冷机；运转策略；燃气内燃机

楼宇分布式供能零碎（BCHP）是一种日益重要的建筑供能方式，它可以在发电的同时利用废热，达到能源的梯级利用，提高总的能源利用效率。
由于楼宇建筑能耗特性比较复杂，冷热电负荷随时间变化波动比较大，这使得三联供零碎在确定设备容量和运转策略时比较困难。文献ADDINNE.Ref.{6FC13F25-82FA-4762-9332-C7805AC1E176}[1]，ADDINNE.Ref.{0F758400-1995-47E1-BA9B-6227EF4A9A0C}[2]等研讨了联供零碎的设备配置与运转优化方法。然而大部分研讨成果都没有考虑CHP设备在部分负荷下的运转状态，且只考虑经济性要素的居多。部分文献也谈到了节能性和环保性，但都没有把这些目标体如今优化模型中，只是在全体上说明，不能很好的体现三联供的优越性。本文建立了以年运转费用最小为优化目标的联供零碎非线性优化模型。该模型充分考虑了经济性、节能性和环保性评价目标，和燃气内燃机的部分负荷特性。并把该模型运用到上海某宾馆建筑，运用LINGO专业优化软件进行求解，得到了最优的零碎设备容量和最优运转策略。具有较好的经济性、节能性和环保性。
BCHP零碎结构
本文研讨的三联供零碎（如图1）由燃气内燃机、双效溴化锂吸收式制冷机和燃气锅炉等设备构成。燃气内燃机作为零碎原动机不但启动快、启动能耗小、部分负荷功能好,而且规格齐全、价格低廉、安全可靠。吸收式制冷机、空调热负荷和热水负荷可采用从燃气内燃机回收的低品位热源作为驱动源,不足负荷用燃气锅炉来驱动。空调热负荷与热水负荷通过换热器来获得热量，为了体现节能性和环保性目标，假定公用电网由燃气电厂供电。分供零碎(如图2)的电负荷完全由公用电网供给，空调冷负荷也由吸收式制冷机供给。热水负荷和空调热负荷由燃气锅炉通过换热器热交换供给，吸收式制冷机由燃气锅炉驱动。
SKIPIF1<0
图1联供零碎供能方式
SKIPIF1<0
图2分供零碎供能方式
优化模型
本优化模型所涉及到的待优化变量如表1，同时为了便于分析，做以下假设：
（1）可选择的零碎设备容量连续，且无故障运转；
（2）燃气内燃机热电比在部分负荷区不变ADDINNE.Ref.{55679666-07F0-4B10-B103-BEEB12C0C7C5}[3]；
（3）吸收式制冷机COP和燃气锅炉效率在运转期间保持不变；
（4）换热器1与换热器2的换热效率相同；
表1待优化变量
优化变量变量符号燃气内燃机逐时发电量/kwhSKIPIF1<0燃气内燃机逐时发电效率SKIPIF1<0燃气内燃机逐时余热利用量/kwhSKIPIF1<0燃气锅炉逐时供热量/kwhSKIPIF1<0逐时电网购电量/kwhSKIPIF1<0燃气内燃机容量/kwSKIPIF1<0燃气锅炉容量/kwSKIPIF1<0吸收式制冷机容量/kwSKIPIF1<02.1目标函数
以年运转费用最少作为三联供零碎优化配置的目标函数如公式（1）。三联供零碎的运转费用主要包括燃料费、设备维护费和设备投资费用三部分。目前小型热电联产发电在我国尚不能上网，故年运转费用中将不计入由联供零碎生产电量收入。
SKIPIF1<0（1）
公用电网年购电量计算方法由式（2）表示，燃气内燃机、燃气锅炉、吸收式制冷机的年运转费用分别由式（3）、式（4）、式（5）给出。
SKIPIF1<0（2）
SKIPIF1<0（3）SKIPIF1<0（4）
SKIPIF1<0（5）
文献ADDINNE.Ref.{E9228308-3BA1-4FAD-B4F6-221585C72F5C}[3]研讨了燃气内燃机发电效率与负荷系数的关系，得到了燃气内燃机发电效率的计算方法（如式（6）），其中负荷系数SKIPIF1<0=SKIPIF1<0/SKIPIF1<0。
SKIPIF1<0（6）
联供零碎各设备的年投资成本计算方法由式（7）～（9）给出，其中式SKIPIF1<0表示等额本钱回收系数。
SKIPIF1<0（7）
SKI