基于集中质-量调节的综合能源系统供能管网管径优化设计方法及系统经济性分析

第37卷第6期2017年6月电力自动化设备ElectricPowerAutomationEquipmentVJ。un3720170．、F基于集中质一量调节的综合能源系统供能管网管径优化设计方法及系统经济性分析管霖，江泽涛，唐宗顺1,2(1．华南理工大学电力学院，广东广州510641；2．广州供电局有限公司，广东广州510620)摘要：供能管网的投资和运行损耗对综合能源系统的工程可行性和经济性有重要的影响，因此提出了一套基于集中质一量调节运行模拟的综合能源系统供能管网管径优化设计方法运行调节根据当前时刻负荷比最大的用户的负荷情况调节综合能源站的供水流量和温度．较好地贴近总负荷曲线：优化设计方法以等年值总投资最小为目标选择最优管径组合．综合考虑了系统初始投资和长期运行费用．提高了总体经济性。选择广州中新知识城某商住混合区作为算例．验证了所提方法的有效性，并分析了供能调节下的运行成本和综合能源系统供能半径对管网规划的影响关键词：综合能源系统：供能管网；集中质量一流量调节；管径优化设计；经济性分析中图分类号：TM761文献标识码：ADOI：10．16081／j．issn．1006—6047．2017．06．01l0引言面对当前日益严重的能源和环境问题．用户端的电／气／冷／热能源需求综合利用和控制已成为广泛关注的热点问题．也是实现能源互联网的重要环节C1]。耦合电、气、热网络的冷热电综合能源系统IES(IntegratedEnergySystem)的优势主要体现在供能技术对能量的高效梯度使用和系统内能量流的优化调度对于区域型IES的规划运行．其供能管网的投资和运行损耗是较大的组成部分．对整个系统的经济效益及投资可行性有显著影响目前．国内外对耦合多能源区域IES的建模及规划研究已有不少的成果文献『3]综述了冷热电联供系统的优化运行和规划研究成果文献『4]提出了综合供能站的两阶段规划方法．将长期运行模拟纳入规划环节文献『5]用熵权法结合专家评价法，对综合能源站备选方案中各类设备对方案经济性及排放的影响进行评价在综合能源站运行调节策略方面．2种传统策略分别是以热定电FTL(FollowingtheThermalLoad)和以电定热FEL(FollowingtheElectricLoad)。为了更好地匹配负荷．减少运行费用和能量浪费，更多基于上述策略改进的混合运行策略_7．．以及同时基于负荷预测和实时调节的运行策略[9-10]也被相继提出目前，绝大部分针对供冷、供热管网的建模、规划和运行调节研究是面向传统的大规模集中供暖进行的热损失分析和水力计算[n]。近年来，少数文献针收稿日期：2016—12—14：修回日期：2017—05—06基金项目：国家自然科学基金重点项目(51437006)ProjectsupposedbytheKeyProgramofNationalNaturalScienceFoundationofChina(51437O06)对IES管网的规划和运行进行了研究。文献『121运用遗传算法优化了冷热传输网络的空间连接方式。文献『131基于投资和运行费用最低进行区域供冷网整体优化。文献『l4]以成本最低为目标进行了运行中的管网最优流量和供给温度优化。文献fl51考虑多个综合供能站问存在热网能量交互情境下的系统规划．但并未考虑实际供给负荷的配热网。由于实际工程中大规模的集中供暖或供冷系统根据气温进行供能调节．不考虑不同建筑类型负荷特性的差异．规划和调节方式都比较粗放．其模型对于新一代小规模、冷热联供的区域型IES并不适用。综合来看．目前对于IES的研究主要集中于能源站的规划和运行．对于供能管网的运行和规划研究相对较少，尚未形成通用的、具有良好精细度的管网分析模型而在实际工程中管网的建设和运行成本对综合供电系统的效益具有突出的影响本文综合供热管网设计和运行相关成果．提出了适用于IES冷热联供运行优化和设计的管网分析模型．该模型基于集中质量一流量调节．可以实现每小时综合能源站出口热(冷)水温度和流量的优化调节。并通过长期运行模拟求解全年运行热(冷)损失和泵电耗费用．实现供能管网的优化运行和管径优化设计。本文选择广州中新知识城的一个商住混合区的综合能源站优化问题进行了模型应用测试．以年运行费和等年值投资最低为目标．利用多种群遗传算法MPGAfMultiplePopulationGeneticAlgorithm)进行管径组合寻优．获得了最优IES管网方案．验证了模型的有效性：并根据供能调节下的管网运行数据．对比了IES供能半径对不同管径设计方案的影响囝电力自动化设备第37卷1传统热网管径设计方法2考虑供能调节的IES管网管径优化模型目前区域IES的供能管网管径设计模型多参考传统集中供热管网建立。集中供热网管径计算方法如下。a．获得能源站位置、