PDF《与电力系统协同区域型分布式冷热电联供能源系统集成方案》

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6 与电力系统协同区域型分布式冷热电联供能源系统集成方案 王进1,

2 ,李欣然1 ,杨洪明2 ,陈戈3 ( 1. 湖南大学电气与信息工程学院,湖南省长沙市

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8 2;

2. 长沙理工大学电气与信息工程学院,湖南省长沙市

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3. 湖南康拜恩分布式能源科技有限公司,湖南省长沙市

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0 5 ) 摘要:在分析了分布式冷热电联供系统( D E S / C CH P) 的研究和发展面临的新机遇的基础上, 提出 了与电力系统协同的区域型 D E S / C CH P的总体集成思路和技术集成方案.通过变结构的集成方 式来实现系统结构与功能的协同优化, 提出了多个区域型 D E S / C CH P、 区域内其他形式的分布式 能源系统、 多源链式微网、 多源环状热网和大电网的整合集成技术, 并通过能源利用流程的动态组 合, 提出了协同互补运行方式.为清洁能源的高效、 梯阶、 互补利用及分布式可再生能源的规模化 应用提供一种通用的集成方案.该集成方案将在湖南省创建国家示范性工程中得到应用. 关键词:冷热电联供系统;

变结构;

微网( 微电网) ;

多源环状热网;

协同运行;

集成方案 收稿日期:

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修回日期:

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1 9. 国家自然科学基金资助项目(

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2 5 ) .

0 引言 分布式冷热 电联供系统( D E S / C CH P) 是一项以分散的形式实现化石能源( 天然气) 和新能源的高 效、 梯阶和互补利用的综合型能源系统, 是冷热电需 求侧管理与控制平台.通过与大电网及其他形式的 分布式能源系统的协同运行, 实现对电力负荷 削峰 填谷 和新能源规模化利用, 从而大幅度提高系统的 安全稳定运行水平和经济效益, 并减少二氧化碳和 废气废物的排放, 符合国家实施节能减排和建设生 态社会的发展趋势. D E S / C CH P正在朝区域型的集成构建模式发 展.区域 型DES/CCH P 一般采用中小型燃气轮机, 发电效率较高, 由中小型冷热电联供系统向一个 或多个区域供应冷热电, 如住宅区、 商业区、 大学园 区、 政府 办公区等, 其发电能力在10~2

0 MW 之间, 工业区一般在5 0~1

0 0 MW 之间.由于在一定 区域内建筑或建筑群之间冷热电负荷的动态变化存 在差异, 有利于冷热电负荷的动态互补调配、 设备高 效综合利用和能源充分梯阶利用. 国家能源局在创建国家新能源示范城市中提出 了按照 清洁高效、 多能互补、 分布利用、 综合协调 的原则, 将分布式光伏、 分布式风电、 分布式太阳能 供热、 地热等各类能源与城市集中供电、 供热、 供冷 结合起来进行试点示范的意见.这为 D E S / C CH P 的研究和发展带来了新机遇. 由于国家可持续发展的要求, D E S / C CH P在宏 观层面上涌现的结构和功能的演化, 将可再生能源 与化石能源有机结合在一起, 由若干相对独立的分 散式中小型冷热电联供系统共同构成一个与电力系 统协同互补的能源供应网络的区域型 D E S / C CH P 有着极好的应用前景[

1 G 3] . 文献[

4 ] 提到的将 D E S / C CH P与微网、 热网和 大电网联合的系统集成, 在国内外一直备受关 注. 区域型 D E S / C CH P 的推广应用, 使电源布局由大 型发电系统和微型分布式发电系统向大型、 中小型 和微型发电系统转变.这将对微网、 热网和大电网 的系统集成及绿色能源供应链在能源高效、 互补、 梯 阶利用和需求侧管理方面带来深刻的变化. 本文提出了多个区域型 D E S / C CH P、 区域内其 他形式的分布式能源系统、 多源链式微网、 多源环状 热网和大电网的整合集成及协同互补运行方案.为 清洁能源的高效、 梯阶、 互补利用, 分布式可再生能 源的规模化应用及与大电网的协同运行提供了具有 通用性的集成解决方案.

1 总体集成思路 本技术集成方案借助系统科学和需求侧管理的 理论和方法, 以 电为龙头 进行分析研究, 在集成结 构和功能上重点解决如下5个关键性问题: ①与电 力系统协同运行问题, 挖掘区 域型 D E S / C CH P 及 其所构建的能源网对大电网电力负荷 削峰填谷 的 能力, 提高电力系统的能源利用效率、 经济效益和安 全运行水平;

②按照 温度对口、 品位对口、 高能高 用、 低能低用、 多能互补、 负荷互补、 梯阶利用 的能 ―

6 1 ― 第38卷第16期2014年8月25日Vol.38No.16Aug.25,

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1 4 源利用原则, 从结构和功能上优化区域冷热电动态 负荷的同步匹配性, 提高能源综合利用效率;

③提高 区域型 D E S / C CH P与分布式可再生能源系统协同 互补利用的水平, 实现分布式可再生能源系统规模 化应用, 减少区域型DES/CCH P 化石能源(天然气) 的消耗;

④提出微网与热网的组合集成方案, 实 现分布式能源系统大规模应用所带来的联网互补协 同利用和与大电网并网问题;

⑤解决大量的分布式 能源系统并网发电和需求侧管理措施对电力系统负 荷类型的随机性交叉作用将严重制约未来电力供应 发展的问题. 1.

1 能源利用模式 对于区域型 D E S / C CH P的能源利用方式包括 梯阶利用、 转换利用、 搬运利用、 直接利用和互补利 用这5种模式.

1 ) 梯阶利用.如高温蒸汽用于汽轮机发电, 发 电后的中温蒸汽可以用于供热或吸收式溴化锂制冷 机制冷, 供热后或用于制冷后的热水可以用做生活 热水.

2 ) 转换利用.如化石能源( 天然气) 通过燃气轮 机发电机组转换为电能和热能.另外, 电能可以转 换为热能, 热能也可以转换为电能.

3 ) 搬运利用.如电能通过压缩式制冷机、 热能 通过吸收式溴化锂制冷机将室内的热量 搬运到室 外, 使室内温度降低;

还可以通过吸收式转轮除湿机 和吸收式溴化锂制冷机对燃气轮机的进气进行除湿 冷却, 提高其输出功率和效率.

4 ) 直接利用.如蒸汽直接供热, 热水直接供应 生活热水.

5 ) 互补利用.如对电力系统 削峰填谷 , 与区 域内其他微型分布式能源( 风电、 光伏、 太阳能集热 装置) 互补利用. 从上述5种能源利用方式, 可以得出冷热电之 间是可以相互利用的.由于建筑物的冷热电负荷是 动态变化的, 且不动态耦合匹配, 因此可以采用动态 的选择能源利用模式的组合来予以解决. 1.

2 节能策略 区域型 D E S / C CH P的节能策略可分为狭义节 能策略和广义节能策略.其中, 狭义节能策略是目 前应用广泛的一种节能策略, 而广义节能策略是本 文提出的一种节能策略. 狭义节能策略是一种单纯考虑系统本身的节能 效益, 而不考虑对其他能源系统的能源利用效率产 生不利影响的节能策略.如分布式区域型冷热电联 供系统与电力系统及其他分布式发电系统在电力供 应时段上的矛盾冲突.狭义节能策略不考虑这类矛 盾冲突, 把矛盾冲突交给大电网解决, 大电网要处理 这一矛盾冲突没有区域型 D E S / C CH P灵活方便. 广义节能策略是一种将系统自身的节能策略和 其他能源系统的节能策略实现有机整合的节能策 略, 把促进提高其他能源系统的能源利用率和节能 效益也作为自身节能效益的一部分, 以实现提高社 会整体能源利用效率和效益为准则. 与电力系统协同的区域型冷热电联供系统应遵 循广义节能策略, 具体来说就是遵循系统内、 外部余 电互补利用和系统内部余热梯阶利用之间的综合协 调, 余电的互补利用和余热的梯阶利用都是系统的 节能举措.区域型 D E S / C CH P在这方面具有很大 潜力. 1.

3 需求侧管理策略 随着将来大量分布式能源系统和需求侧管理措 施的推广应用, 其能源的利用方式会极其丰富.而 对于电力系........