園區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)能效評(píng)估指標(biāo)體系研究

楊蘋(píng)++陳瀅++張經(jīng)緯++康龍?jiān)?+羅志昭

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.25.157

昭新技術(shù)應(yīng)用有限公司 廣東廣州 510080）

摘 要：首先將園區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目分為供給側(cè)、傳輸網(wǎng)、需求側(cè)及儲(chǔ)能這四個(gè)模塊，分別構(gòu)建這四個(gè)模塊的能效評(píng)估指標(biāo)體系，然后通過(guò)模糊算法來(lái)評(píng)價(jià)園區(qū)內(nèi)能源互聯(lián)網(wǎng)的綜合能效，最終成功建立了園區(qū)內(nèi)能源互聯(lián)網(wǎng)的綜合能效評(píng)價(jià)體系。

關(guān)鍵詞：園區(qū) 能源互聯(lián)網(wǎng) 能效評(píng)估指標(biāo)體系 模糊算法

中圖分類(lèi)號(hào)：N945 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）09（a）-0157-04

Abstract： The energy internet in industry park project is divided into four modules： supply side， transmission network， demand side and energy storage. The energy efficiency evaluation index system of these four modules is constructed respectively， and then the comprehensive energy efficiency of energy internet in the industry park is evaluated by fuzzy algorithm. And finally a comprehensive energy efficiency evaluation index system for energy internet in the industry park was successfully established.

Key Words： Industry park； Energy internet； Energy efficiency evaluation index system； Fuzzy algorithm

近年來(lái)，我國(guó)政府一直積極推動(dòng)能源革命。2016年7月《關(guān)于組織實(shí)施“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源（能源互聯(lián)網(wǎng)）示范項(xiàng)目的通知》發(fā)布，標(biāo)志著我國(guó)開(kāi)展能源互聯(lián)網(wǎng)示范項(xiàng)目的研究和落實(shí)工作正式拉開(kāi)帷幕[1]。在2017年3月，首批“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源（能源互聯(lián)網(wǎng)）示范項(xiàng)目評(píng)選結(jié)果出爐，其中包括多個(gè)工業(yè)園區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目。園區(qū)型能源互聯(lián)網(wǎng)已成為能源互聯(lián)網(wǎng)試點(diǎn)落地的主要形式。

發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)的目標(biāo)是加大可再生能源的消納以及提高能效，因此，對(duì)工業(yè)園區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目的能效進(jìn)行評(píng)估將為園區(qū)的進(jìn)一步規(guī)劃建設(shè)及節(jié)能減排工作提供借鑒和幫助，具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 園區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)能效分析

傳統(tǒng)習(xí)慣上，我們將電力系統(tǒng)分為發(fā)電、輸電、配電及用電四個(gè)部分，在對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行整體能效分析及建模時(shí)，常?；谏鲜鏊膫€(gè)部分分別建模[2]。由于能源互聯(lián)網(wǎng)以電力系統(tǒng)為核心，因此面對(duì)園區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目的整體能效建模，我們同樣可以參考電力系統(tǒng)的整體能效建模方式。

與電力系統(tǒng)不同的是，園區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目通常沒(méi)有大容量的發(fā)電機(jī)組，取而代之的是分布式能源系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)冷熱電三聯(lián)供；在能源的傳輸方面，園區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)在輸配電線路的基礎(chǔ)上搭建了冷熱傳輸網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了多種能源的傳輸；在用能方面，用能主體主要是工業(yè)企業(yè)。此外，儲(chǔ)能系統(tǒng)由于在調(diào)度及抑制發(fā)電功率波動(dòng)方面等的特殊優(yōu)勢(shì)，同樣在園區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目中得到廣泛應(yīng)用。

基于上述分析，我們將園區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目分為供給側(cè)、傳輸網(wǎng)、需求側(cè)及儲(chǔ)能這四個(gè)模塊，下文將分別構(gòu)建這四個(gè)模塊的能效評(píng)估指標(biāo)體系。

1.1 面向供給側(cè)的能效評(píng)估指標(biāo)體系

供給側(cè)的研究對(duì)象是分布式能源系統(tǒng)，它是建立在用戶附近的能源綜合利用系統(tǒng)，燃料以天然氣為主，可再生能源為輔，可以同時(shí)或單獨(dú)輸出冷、熱、電等二次能源，直接滿足用戶的不同需求。分布式能源系統(tǒng)的類(lèi)型多種多樣，包括光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電以及基于燃?xì)廨啓C(jī)的冷熱電聯(lián)產(chǎn)等能源綜合利用系統(tǒng)?；谄涔餐c(diǎn)本文建立如圖1所示能效評(píng)估指標(biāo)體系。

1.2 面向傳輸網(wǎng)的能效評(píng)估指標(biāo)體系

1.2.1 電網(wǎng)的能效評(píng)估指標(biāo)體系

對(duì)于園區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目，電能的傳輸是借助配電線路完成的，在傳輸?shù)倪^(guò)程中總會(huì)有能量的損耗；同時(shí)，由于配電線路與分布式電源發(fā)電側(cè)、園區(qū)外輸電側(cè)及園區(qū)內(nèi)負(fù)荷側(cè)的電壓等級(jí)有差異，因此變壓器同樣在電能的傳輸中扮演著關(guān)鍵作用，在變壓器升降壓的過(guò)程中也存在能量的損耗。由此，我們可以認(rèn)為，園區(qū)電網(wǎng)的能耗主要集中在配電線路和變壓器這兩種設(shè)備上。

基于上述分析，本文以變壓器能效指標(biāo)及配電線路能效指標(biāo)為一級(jí)指標(biāo)，分別建立了配電線路靜態(tài)指標(biāo)、動(dòng)態(tài)指標(biāo)、損耗指標(biāo)、變壓器靜態(tài)指標(biāo)、動(dòng)態(tài)指標(biāo)、損耗指標(biāo)等6個(gè)二級(jí)能效指標(biāo)，進(jìn)一步對(duì)二級(jí)能效指標(biāo)進(jìn)行分解，最終可得到完整的電網(wǎng)能效評(píng)估指標(biāo)體系[3]，如圖2、圖3所示。

1.2.2 冷熱傳輸網(wǎng)的能效評(píng)估指標(biāo)體系

在工業(yè)園區(qū)冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)中，冷量和熱量分別是在管道中以冷水和熱水的形式從源側(cè)傳輸?shù)截?fù)荷側(cè)，考慮到冷水和熱水在傳輸過(guò)程中的能耗原理大體相同，因此本文以冷水的傳輸為例建立冷傳輸網(wǎng)的能效評(píng)估指標(biāo)體系，熱傳輸網(wǎng)的能效評(píng)估可從中獲得參考。

在冷水的傳輸過(guò)程中，冷凍水泵和冷卻水泵起到了動(dòng)力作用，冷水管道起到了載體作用，而對(duì)于工業(yè)園區(qū)的能源互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目而言，由于工業(yè)園區(qū)的區(qū)域較大，因此冷凍水泵需要兩次壓泵。因此，在建立冷傳輸網(wǎng)的能效評(píng)估指標(biāo)體系時(shí)，本文分別以冷凍水一次泵、二次泵、冷卻水泵能效指標(biāo)和輸冷管道能效指標(biāo)為一級(jí)能效指標(biāo)，建立了如圖4、圖5所示的能效評(píng)估指標(biāo)體系[4]。endprint

1.3 面向需求側(cè)（工業(yè)企業(yè)）的能效評(píng)估指標(biāo)體系

考慮到工業(yè)園區(qū)的企業(yè)數(shù)量較多，不同工業(yè)園區(qū)的企業(yè)類(lèi)型也存在較大差異，如對(duì)每種類(lèi)型的企業(yè)都建立相應(yīng)的能效評(píng)估指標(biāo)體系，工作量巨大并且實(shí)際效果不明顯，因此，本文以電參數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建一個(gè)面向工業(yè)園區(qū)不同企業(yè)的能效評(píng)估指標(biāo)體系[5]，如圖6所示。

1.4 面向儲(chǔ)能系統(tǒng)的能效評(píng)估指標(biāo)體系

在工業(yè)園區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目中，電動(dòng)汽車(chē)作為一種特殊的儲(chǔ)能裝置將得到廣泛的應(yīng)用。本文主要對(duì)電動(dòng)汽車(chē)充換電過(guò)程進(jìn)行能效評(píng)估，建立評(píng)估指標(biāo)體系[6]。

2 園區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)的綜合能效評(píng)估指標(biāo)體系構(gòu)建

由于園區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)綜合能效評(píng)估指標(biāo)體系下包含的模塊眾多，對(duì)問(wèn)題的描述具有模糊性，很難用確切的定量關(guān)系表示。模糊算法是一種處理模糊信息的有效工具。因此，本文采用模糊算法，整合上述四個(gè)模塊各項(xiàng)指標(biāo)，進(jìn)行園區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)綜合能效評(píng)估指標(biāo)體系的構(gòu)建。

應(yīng)用模糊算法首先要確定隸屬度函數(shù)。本文采用的方法是模糊統(tǒng)計(jì)法，并且是在初步確定大概函數(shù)的基礎(chǔ)上不斷“學(xué)習(xí)”修改，最終得到有效的隸屬函數(shù)。我們?cè)谶M(jìn)行模糊統(tǒng)計(jì)時(shí)，重復(fù)n次試驗(yàn)，其中m次，則m/n為μo對(duì)A的隸屬頻率t。

隨著n增大，隸屬頻率會(huì)趨于某一穩(wěn)定值，這一穩(wěn)定值便定為μo對(duì)A的隸屬度μA（μo）。

為實(shí)現(xiàn)對(duì)上文各類(lèi)指標(biāo)和因素的重要性進(jìn)行排序，最后為園區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)的綜合能效評(píng)估指標(biāo)體系的確立提供科學(xué)的指標(biāo)權(quán)重值，本文采用層次分析法（Analytic Hierarchy Process，簡(jiǎn)稱AHP）。

用AHP層次分析法確定上中確定的指標(biāo)權(quán)重的步驟可用如下框圖表示：

園區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)的綜合能效評(píng)估指標(biāo)體系的構(gòu)建，還需把園區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)的綜合能效分為優(yōu)質(zhì)、良好、中等、合格、不合格五個(gè)等級(jí)，表示為評(píng)判集表示為

然后確定影響目標(biāo)等級(jí)的各單項(xiàng)指標(biāo)，本文納入評(píng)價(jià)體系的首層指標(biāo)有面向供給側(cè)、傳輸網(wǎng)、需求側(cè)和儲(chǔ)能互聯(lián)網(wǎng)能效評(píng)估指標(biāo)，則指標(biāo)集表示為

再定義各指標(biāo)隸屬度大小與園區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)綜合能效等級(jí)的關(guān)系如下：

由前文介紹的模糊統(tǒng)計(jì)法可得各單項(xiàng)指標(biāo)的隸屬度，再分別計(jì)算四個(gè)首層指標(biāo)落在上述五個(gè)等級(jí)的幾率，推導(dǎo)出單指標(biāo)評(píng)判矩陣R

（4）

作模糊矩陣的變換和運(yùn)算

最終可根據(jù)歸一化處理和最大隸屬度原則確定園區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)綜合能效的等級(jí)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文旨在得出園區(qū)內(nèi)能源互聯(lián)網(wǎng)的綜合能效評(píng)價(jià)體系，首先對(duì)園區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目的整體能效建模，將園區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目分為供給側(cè)、傳輸網(wǎng)、需求側(cè)及儲(chǔ)能這四個(gè)模塊，分別構(gòu)建這四個(gè)模塊的能效評(píng)估指標(biāo)體系。然后綜合分析，采用模糊算法來(lái)評(píng)價(jià)園區(qū)內(nèi)能源互聯(lián)網(wǎng)的綜合能效。先用模糊統(tǒng)計(jì)法確定隸屬函數(shù)，再根據(jù)層次分析法確定權(quán)重，最終依據(jù)此方法成功建立了園區(qū)內(nèi)能源互聯(lián)網(wǎng)的綜合能效評(píng)價(jià)體系。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳榮煒.綠色產(chǎn)業(yè)園區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐——上海金山工業(yè)區(qū)能效環(huán)控管理服務(wù)平臺(tái)[J].上海節(jié)能，2016（10）：545-548.

[2] 劉歡.基于電力系統(tǒng)整體能效的電網(wǎng)運(yùn)行與規(guī)劃研究[D].東南大學(xué)，2016.

[3] 張星星.電網(wǎng)設(shè)備能效評(píng)估方法及應(yīng)用研究[D].湖南大學(xué)，2016.

[4] 張少良.云計(jì)算工業(yè)園區(qū)CCHP系統(tǒng)優(yōu)化研究[D].重慶大學(xué)，2014.

[5] 孟金嶺，胡嘉驊，文福拴，等.利用電參數(shù)的工業(yè)用戶能效模糊綜合評(píng)估[J].電力建設(shè)，2016（11）：16-22.

[6] 范鈺波.電動(dòng)汽車(chē)有序充電及充換電設(shè)施能效研究[D].華北電力大學(xué)，2014.endprint