試析與建筑一體化的綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化模型應(yīng)用研究

李洪濤 石程廣

摘 要：綜合能源系統(tǒng)能夠促進(jìn)清潔能源的發(fā)展，并且可以提高能源利用效率。與傳統(tǒng)能源單極利用形式相比，綜合能源系統(tǒng)能夠綜合電力、冷、熱、天然氣等多種形式能源，開展多級利用過程。利用多能互補(bǔ)方式可以提高能源綜合利用效率。但是綜合能源系統(tǒng)在應(yīng)用過程中應(yīng)用系統(tǒng)間耦合比較緊密，流動變化情況相對復(fù)雜的問題。如果沒有對綜合能源系統(tǒng)進(jìn)行有優(yōu)化，可能會導(dǎo)致綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行存在較大問題。因此，要加強(qiáng)綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化研究工作，利用綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化模型，為大型建筑綜合能源系統(tǒng)調(diào)控以及運(yùn)行優(yōu)化提供有效指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：建筑一體化;綜合能源系統(tǒng);優(yōu)化模型

一、 綜合能源系統(tǒng)概述

綜合能源系統(tǒng)在應(yīng)用過程中，將電力電子控制技術(shù)與高級通信采集技術(shù)充分結(jié)合，其靈活性與韌性都比較強(qiáng)。綜合能源系統(tǒng)主要包括跨區(qū)級綜合能源系統(tǒng)、區(qū)域級綜合能源系統(tǒng)以及園區(qū)級綜合能源系統(tǒng)。天然氣、電力、冷、熱等能源是構(gòu)成綜合能源系統(tǒng)的基本要素。主要組成如圖1所示。

綜合能源系統(tǒng)可以將電、冷、熱、氣等多種能源進(jìn)行耦合，并利用梯級利用方式提高能源的綜合利用效率。這是能源領(lǐng)域的主要發(fā)展趨勢之一。在綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行過程中，可以促進(jìn)多種能源相互融合是其系統(tǒng)運(yùn)行的主要標(biāo)志。這就對系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化提出了新的要求。而在大型公共建筑節(jié)能降耗進(jìn)程不斷推進(jìn)的過程中，綜合能源系統(tǒng)的應(yīng)用也越來越廣泛。一般情況下，建筑能源消耗是以暖通空調(diào)系統(tǒng)為主，暖通空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行模式以及控制模式會影響系統(tǒng)優(yōu)化效果。目前，大多數(shù)研究都是對能源供應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，同時考慮用戶能源需求特性以及熱網(wǎng)傳輸特性，對協(xié)同供給側(cè)、傳輸側(cè)以及需求側(cè)的優(yōu)化研究相對較少。因此，需要在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上對構(gòu)建能源網(wǎng)絡(luò)體系進(jìn)行研究，發(fā)揮綜合能源系統(tǒng)的積極作用。這樣才能夠提升大型公共建筑綜合能源利用效率。

二、 綜合能源系統(tǒng)模型

在大型公共建筑建設(shè)中對電、冷以及熱負(fù)荷都有需求，利用綜合能源系統(tǒng)能夠滿足大型公共建筑的這些需求。在綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行中，電網(wǎng)主要滿足電力需求。在電力供應(yīng)過程中，燃?xì)馊?lián)供電機(jī)組在發(fā)電時可以利用溴化鋰機(jī)組回收煙氣，并利用回收的煙氣實(shí)現(xiàn)供熱與制冷需求。冬季供熱來源主要是以市政熱源為主，在供熱系統(tǒng)中，需要配置多個燃?xì)忮仩t作為補(bǔ)充設(shè)施。供冷系統(tǒng)在運(yùn)行過程中可以使三聯(lián)供機(jī)組、基載機(jī)組、雙工況機(jī)組并聯(lián)合，同時與冰蓄冷裝置串聯(lián)運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)供冷需求。但是需要注意，雖然冰蓄冷、三聯(lián)供等設(shè)備在實(shí)現(xiàn)電力消峰填谷的同時，可以提高能源的綜合利用率。但是該系統(tǒng)的運(yùn)行方式比較復(fù)雜，在制冷工況下，綜合能源系統(tǒng)可能會出現(xiàn)基載機(jī)組單獨(dú)供冷、冰蓄冷單獨(dú)供冷、三聯(lián)供與冰蓄冷同時供冷等運(yùn)行模式?，F(xiàn)階段，系統(tǒng)運(yùn)行是以設(shè)備開關(guān)順序控制為主，用的是單一策略。例如三聯(lián)供機(jī)組優(yōu)先、冰蓄冷融冰優(yōu)先、按比例分配等，會影響系統(tǒng)的運(yùn)行效率，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化存在問題。因此，需要對綜合能源系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，提高綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行效率。

三、 綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化策略

（一）多時段優(yōu)化

在建筑一體化中對綜合能源系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化的方法已經(jīng)從傳統(tǒng)單一手段發(fā)展到目前的滾動優(yōu)化模型。在構(gòu)建綜合能源系統(tǒng)調(diào)度成本模型時，需要利用混沌粒子群算法求解，要綜合考慮電熱聯(lián)合系統(tǒng)中分布式能源的持續(xù)特征，才能對調(diào)度時段內(nèi)各個可控分布式電源的最優(yōu)處理，同時可以對運(yùn)行成本進(jìn)行準(zhǔn)確計算。此外，還要分析儲熱消納風(fēng)電的基本機(jī)制，可以在調(diào)度模型內(nèi)添加儲熱運(yùn)行約束。這些優(yōu)化都只考慮了日前單一手段的優(yōu)化調(diào)度。在實(shí)際運(yùn)行中可能會導(dǎo)致其與實(shí)際情況存在偏差而出現(xiàn)違反約束的問題?？梢砸阅Ｐ皖A(yù)測控制方法為基礎(chǔ)建立多時間尺度、冷熱電協(xié)同優(yōu)化模型，同時利用實(shí)時調(diào)度能夠有效消除可再生能源處理中存在的波動性問題。在多時段優(yōu)化控制時，可以提高控制精準(zhǔn)性，但是會增加計算量，這會導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行不能滿足實(shí)時性要求。特別在實(shí)時滾動階段對算法的要求比較高。因此，需要特定場景下優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，提高算法效率，達(dá)到實(shí)時性控制要求。

（二）不確定性優(yōu)化

在綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行過程中存在很多不確定因素。這些不確定因素主要包括可再生能源存在不確定性、負(fù)荷預(yù)測存在誤差、量測信息存在誤差等。這些不確定因素都會對綜合能源系統(tǒng)的運(yùn)行效果產(chǎn)生影響。在對現(xiàn)有綜合能源系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計時，可以利用隨機(jī)優(yōu)化、區(qū)間優(yōu)化以及魯棒優(yōu)化等方法提高綜合能源系統(tǒng)的優(yōu)化效果。以區(qū)間法和可能度方法可以描述風(fēng)電不確定性，同時考慮電氣轉(zhuǎn)化，獲取的結(jié)論可以為調(diào)度員對不確定性進(jìn)行處理提供參考。對魯棒優(yōu)化和隨機(jī)優(yōu)化進(jìn)行結(jié)合應(yīng)用時，可以根據(jù)電轉(zhuǎn)氣設(shè)備進(jìn)行精細(xì)化建模，從而獲取準(zhǔn)確的調(diào)度結(jié)果，提高調(diào)度運(yùn)行的可靠性。

（三）分布式優(yōu)化

在綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行過程中，需要面對多個平級能源系統(tǒng)，這時可以利用分布式算法對各系統(tǒng)間的運(yùn)行進(jìn)行協(xié)同，從而提高調(diào)度優(yōu)化的靈活性。在分布式優(yōu)化控制過程中，可以將聯(lián)合優(yōu)化模型進(jìn)行分解，使其成為電力系統(tǒng)機(jī)組組合子問題以及天然氣網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行子問題。這時電力運(yùn)營商以及天然氣運(yùn)營商都可以交換對偶乘子信息，保證滿足耦合約束條件。同時還可以利用交叉乘子迭代算法。采用解耦電氣能量流實(shí)現(xiàn)協(xié)同控制。在綜合能源系統(tǒng)分布式優(yōu)化控制過程中，需要對多能系統(tǒng)規(guī)劃、智能調(diào)控以及協(xié)同控制等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行歸納和應(yīng)用，才能提高綜合能源系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)行效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]周玲.基于南方（桂南）地區(qū)的太陽能光伏光熱建筑一體化研究[D].南寧：廣西大學(xué)，2019.

[2]趙樂.基于BIM技術(shù)的光伏建筑一體化模型應(yīng)用研究[J].鐵路技術(shù)創(chuàng)新，2017（1）.

[3]張曉明，劉瑞囡.BIM技術(shù)在光伏建筑一體化中的應(yīng)用探究[J].河南建材，2019（4）：24-25.

作者簡介：李洪濤，石程廣，國網(wǎng)河北綜合能源服務(wù)有限公司。