天然气冷热电联供能源系统运行机制优化分析

天然气冷热电联供系统(Combined Cold Heat and Power, CCHP)是与大电网和天然气管网相连接的,向一定区域内的用户同时提供电能、冷能和热能的能源服务系统。电力装机容量在100MW级的天然气CCHP运行方式为“冷热电联供+调峰电厂”,容量较小的天然气CCHP则可常年稳定运行。天然气CCHP的优势在于冷热电三种能量形式的梯级利用,但是,用户侧冷热电负荷需求的不确定性使得大多数天然气CCHP运行于变工况状态。在较差的运行工况和负荷条件下,天然气CCHP不但不能节能,反而更加耗能,这将无法凸显和发挥天然气CCHP的高能效特性。因此,从能源综合的角度研究天然气CCHP的发电优化和制冷制热优化就显得尤为重要。 首先,分析了天然气CCHP运行机制优化的必要性。总结了我国天然气发电现状,从范围经济学的角度探讨了发展天然气CCHP及其运行机制优化的意义。 其次,研究了天然气CCHP对电能、冷能和热能的生产和优化过程。研究了天然气CCHP的动力子系统,供热子系统,供冷子系统和优化控制子系统等模块的工作原理,具体分析了广州大学城分布式能源站的生产工艺。 再者,分析了天然气CCHP接入电力系统的影响。研究了天然气CCHP“并网不上网”和“并网且上网”的两种并网方式以及“冷热电联供”和“冷热电联供+调峰电厂”的两种运行方式。 然后,建立了天然气CCHP运行机制优化模型。研究了系统的运行机理以及冷/热负荷跟踪和电负荷跟踪运行方式下系统的能量平衡关系。在传统运行机制优化模型的基础上,考虑在目标函数中增加开停机费用和环境成本,在约束条件中增加开停机次数约束和污染物排放量约束,构造了以年总费用最小和年环境成本最小为目标函数,以电量需求、冷量需求、热量需求、设备运行负荷、开停机次数和污染物排放为约束条件的天然气CCHP运行机制优化模型。 最后,选取某天然气CCHP算例验证模型的可行性和优越性。运用MATLAB软件编程实现基于自然选择的PSO算法功能,在夏季典型日、冬季典型日和过渡季典型日以及全年运行优化情景下,对某天然气CCHP运行机制优化模型进行求解,并与传统运行机制优化模型进行对比,验证了本文模型的优越性。