李瑤虹，陳 虹，楊曉霞，余 濤，呂志鵬，杜許鋒，薛 琳

（1.國網(wǎng)江蘇省電力有限公司常州供電分公司，江蘇 常州 21300；2.國網(wǎng)上海能源互聯(lián)網(wǎng)研究院有限公司，上海 201210）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，工業(yè)和外圍產(chǎn)業(yè)的規(guī)模擴(kuò)大，用能主體從工業(yè)用戶高比例向生態(tài)建設(shè)、交通、餐飲、等多元占比發(fā)展。綠色建筑、智慧交通、餐飲等用戶的能源供給形式多元，綜合能源、可再生能源因素更加明顯，綜合能源需求更加多樣、靈活多變。多種能源供給滿足多元化負(fù)荷需求的難度更加突出。隨著鄉(xiāng)村振興、生態(tài)建設(shè)、綠色低碳園區(qū)的理念不斷更新，我國以節(jié)能降耗、小型多功能園區(qū)為主要載體，更加需要清潔低碳、安全高效的能源體系，而傳統(tǒng)的集中供能不能滿足小型園區(qū)的供能要求，而布局分散的供能設(shè)備無法滿足小型園區(qū)的綜合能源協(xié)同供應(yīng)體系。因此，用戶側(cè)綜合能源系統(tǒng)將成為小型園區(qū)、綠色生態(tài)園區(qū)、低碳園區(qū)等各種建筑的標(biāo)配[1]。

根據(jù)我國國家發(fā)展和改革委員會(huì)、國家能源局《關(guān)于推進(jìn)多能互補(bǔ)集成優(yōu)化示范工程建設(shè)的實(shí)施意見》中指出：多能互補(bǔ)集成優(yōu)化示范工程中包括，面向終端用戶電、熱、冷、氣等多種用能需求，因地制宜、統(tǒng)籌開發(fā)、互補(bǔ)利用傳統(tǒng)能源和新能源，優(yōu)化布局建設(shè)一體化集成供能基礎(chǔ)設(shè)施，通過天然氣冷熱電三聯(lián)供、分布式可再生能源和能源智能微網(wǎng)等方式，實(shí)現(xiàn)多能協(xié)同供應(yīng)和能源綜合梯級(jí)利用；而我國目前用戶側(cè)多能互補(bǔ)還處在示范階段，預(yù)計(jì)每年10%的增長，每個(gè)地區(qū)的終端一體化供能系統(tǒng)的投資至少在200 萬元，預(yù)計(jì)年銷售額在3 億元左右[2]。

1 建模分析

用戶側(cè)綜合能源艙匯集光、氣、電、水等多種能源輸入，先通過電能轉(zhuǎn)換裝置，例如微燃機(jī)、燃料電池、光伏等，將各種能源轉(zhuǎn)化為電能，再通過各種電轉(zhuǎn)熱、電轉(zhuǎn)冷等設(shè)備，如電熱鍋爐、熱泵、燃機(jī)、燃料電池余熱回收，將電能利用起來，并通過儲(chǔ)能設(shè)備，例如蓄電池、蓄熱水箱、冰儲(chǔ)冷等存儲(chǔ)未用電能，最后通過電力多端口裝置對(duì)電力的發(fā)、用集中管控達(dá)到多能協(xié)同一站式供能[3]。

1.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)建模

如圖1 所示，光伏電池是光伏系統(tǒng)的主要發(fā)電單元，其單個(gè)的硅晶體輸出電壓、輸出電流、功率都很低。而組合成光伏組件和光伏陣列，可達(dá)到高的輸出電壓和更大的輸出功率。光伏陣列是一種直流電源，它是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的實(shí)際電源，用戶側(cè)綜合能源艙在頂部和周圍充分利用當(dāng)?shù)赝恋刭Y源結(jié)合，部署光伏陣列，通過電力電子變換裝置經(jīng)過DC-DC 或者DC-AC 轉(zhuǎn)換為直流/交流給負(fù)荷供電。

圖1 光伏系統(tǒng)

光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率由輻照強(qiáng)度和環(huán)境溫度、安裝角度共同決定：

式中：Ppv（It，Tt）為輻照強(qiáng)度It與光伏表面溫度Tt對(duì)應(yīng)的光伏輸出功率；fpv為光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率降額系數(shù)，一般取0.8；Ppv為光伏額定出力；ISTC為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的輻照強(qiáng)度，為1 kW/m2；αp為功率溫度系數(shù)，一般取-0.47%/℃；TSTC為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的光伏表面溫度，一般取25 ℃。

輻照強(qiáng)度It可以根據(jù)HDKR 模型計(jì)算得到：

式中：Ibt，Idt，Irt是It的三個(gè)分量，分別對(duì)應(yīng)輻照強(qiáng)度的直接分量、天空散射分量與地面反射分量；Ib，Id分別為t 時(shí)段的直接輻照量與天空散射輻照量；A=Ib/I0，I0為t 時(shí)段的地外水平輻照量；RB為斜面束輻照與水平面束輻照之比；β 為電池板的安裝傾角；ρ 為地面反射系數(shù)，一般取0.2[3]。，I 為t 時(shí)段的當(dāng)?shù)乜傒椪樟?；kt為t 時(shí)段的天空晴朗指數(shù)，可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)或通過隨機(jī)分解法模擬得到。

1.2 氣體供能系統(tǒng)建模

1.2.1 氫氣供能系統(tǒng)

氫氣供能系統(tǒng)主要由燃料電池發(fā)電系統(tǒng)、余熱回收系統(tǒng)、電制氫系統(tǒng)[5]。燃料電池堆為氫氣和氧氣反應(yīng)提供催化劑，與光伏系統(tǒng)類似，每個(gè)單體電池的工作電壓范圍通常在0.5～1 V，工作電流密度在0.2～2 A/cm2，單體電池串聯(lián)組合成燃料電池組。在相同電壓水平下，電極性能高低與電流密度、電池組的單體數(shù)量和每片電池的活性面積相關(guān)。單體電池的數(shù)量越多，燃料電池的工作電壓越高。單體電池的活性面積越大電堆的工作電流也越大，電堆包含單體的數(shù)量和每片活性面積的大小共同決定了電堆的輸出功率。燃料電池參數(shù)如表1 所示。

表1 燃料電池參數(shù)

燃料電池的余熱回收系統(tǒng)主要有3 種回收途徑：燃料電池內(nèi)部生成的水氣化產(chǎn)生的熱量；燃料電池的熱輻射產(chǎn)生的熱量；循環(huán)后的冷卻水帶來的熱量。

燃料電池的很多熱量都是循環(huán)水和熱輻射的熱量，其熱量占燃料電池余熱的80%以上。所以水系統(tǒng)是熱量的主要來源，燃料電池的水路主要分兩部分：主水路和輔水路。主水路為燃料電池主循環(huán)水路，作用是保證燃料電池的溫度恒定。輔水路主要作用是為除燃料電池電堆外的其他零部件提供水循環(huán)。為了最大程度提高能源綜合效率。用戶側(cè)能源艙系統(tǒng)對(duì)燃料電池電堆的循環(huán)水進(jìn)行余熱回收，可以為用戶提供生活用熱水及供暖熱量。

如表2 所示，電解氫系統(tǒng)主要利用了堿式電解水制氫技術(shù)，整個(gè)系統(tǒng)可以達(dá)到自動(dòng)停機(jī)、自動(dòng)檢測(cè)和控制的效果，全自動(dòng)運(yùn)行，并保持水電解槽氫氣和氧氣之間的壓力差處于較低值，設(shè)定＜0.5 kPa。氧氣出氣管和氧氣總管之間設(shè)置了放空管和切斷閥防止氣體混合，并安裝氧中氫自動(dòng)分析儀，會(huì)根據(jù)設(shè)定閾值進(jìn)行報(bào)警，配置氫氣泄漏檢測(cè)傳感器，報(bào)警閾值為0.3%體積濃度。

表2 電解制氫系統(tǒng)

用戶側(cè)綜合能源艙結(jié)合燃料電池特性、經(jīng)濟(jì)性和光伏比例，按照燃料電池20～50 kW 的范圍配置。

1.2.2 天然氣供能系統(tǒng)

天然氣進(jìn)入燃機(jī)燃燒產(chǎn)生的熱量把水氣化推動(dòng)機(jī)械設(shè)備驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)輸出交流電，通過電能變換裝置進(jìn)行穩(wěn)壓和交直流變換，供應(yīng)交流/直流負(fù)荷。產(chǎn)生的余熱，與燃料電池的余熱回收系統(tǒng)類似，高溫?zé)煔夂透滋姿?jīng)過余熱回收系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成熱水給負(fù)荷供熱或者經(jīng)循環(huán)水泵混合后流向儲(chǔ)熱裝置。

余熱回收裝置模型可表示為：

圖2 為微燃機(jī)功能框圖。

圖2 微燃機(jī)功能框圖

1.3 電-熱/冷設(shè)備建模1.3.1 蓄熱式電熱鍋爐

用戶側(cè)綜合能源艙選用的是蓄熱式電熱鍋爐，主要利用電阻絲或者電磁感應(yīng)為鍋爐加熱，分為電開水鍋爐、電熱水鍋爐和電蒸汽鍋爐，是利用電能轉(zhuǎn)換為熱能，把水加熱至有壓力的熱水或蒸汽（飽和蒸汽）的一種熱力設(shè)備。安裝使用方便、全自動(dòng)、安全可靠，熱效率可達(dá)98%以上等特點(diǎn)，是一種綠色環(huán)保產(chǎn)品。電熱鍋爐模型可表示為[6]：

式中：ηB，j為電熱鍋爐j 的轉(zhuǎn)換效率；PEB，j為電熱鍋j 的功率。

如圖3 所示，蓄熱鍋爐以電鍋爐為熱源，利用低谷電加熱水儲(chǔ)能，在用電高峰期關(guān)閉電鍋爐保溫，達(dá)到降低用電費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的效果。包括電鍋爐、電鍋爐控制柜、保溫控制裝置和水處理裝置。用戶側(cè)綜合能源艙選用蓄熱式電鍋爐的功率為100 kW，配置蓄熱水箱3～5 t。

圖3 蓄熱式電鍋爐系統(tǒng)

1.3.2 熱泵

如圖4 所示，熱泵主要分為空氣源熱泵、水源熱泵和地源熱泵。用戶側(cè)能源艙選用空氣/水源型熱泵，利用室外采用風(fēng)冷，室內(nèi)采用水循環(huán)的介質(zhì)，冬季采用壓縮機(jī)的冷凝模式，室內(nèi)水通過冷凝器吸收室外空氣熱量加熱水，采暖采用地?zé)嵝?，形成從下到上的自然?duì)流，有較好的舒適度，而夏季壓縮機(jī)在蒸發(fā)模式，室內(nèi)水經(jīng)過冷凝器后產(chǎn)生冷凝水，采用循環(huán)水的風(fēng)機(jī)盤管，冷風(fēng)從上到下，采用35 ℃的熱水供應(yīng)。

圖4 熱泵功能框圖

結(jié)合用戶側(cè)的不同情況還可以選用水源熱泵，與空氣源熱泵類似，水源熱泵的室外為水源，室內(nèi)可以為空氣源也可以為水源，用戶側(cè)能源艙中熱泵由兩部分組成：地能采集系統(tǒng)（在能源艙附近）、水源熱泵機(jī)組、控制系統(tǒng)。與空氣源/水源熱泵類似，冬季水源熱泵通過室內(nèi)水的循環(huán)或空氣與室外的水系統(tǒng)通過冷凝器進(jìn)行換熱，夏季水源熱泵通過室內(nèi)水循環(huán)或者空氣與室外水系統(tǒng)通過蒸發(fā)進(jìn)行換熱。

熱泵的制冷系數(shù)比較高，通常熱泵的制冷系數(shù)為3～4。熱泵的應(yīng)用能夠有效提升綜合能源系統(tǒng)的能源利用效率，而且用戶側(cè)綜合能源艙利用儲(chǔ)熱、儲(chǔ)冷技術(shù)，根據(jù)用戶的用能情況，在用電低谷期，根據(jù)外界溫度變化實(shí)時(shí)把多余的熱、冷存儲(chǔ)在儲(chǔ)能設(shè)備中，以備在用電高峰期放熱、放冷，起到電負(fù)荷調(diào)節(jié)的作用。

1.4 儲(chǔ)能設(shè)備建模

1.4.1 儲(chǔ)氣設(shè)備

氫儲(chǔ)能技術(shù)被認(rèn)為是智能電網(wǎng)和可再生能源發(fā)電規(guī)?；l(fā)展的重要支撐。隨著綠色生態(tài)建設(shè)，氫能被越來越多的接收，從2021 年開始我國很多省市開展了儲(chǔ)氫的示范應(yīng)用，并成為能源科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)支持的焦點(diǎn)。用戶側(cè)綜合能源艙系統(tǒng)把儲(chǔ)氫系統(tǒng)分為兩部分：氫氣儲(chǔ)氣和氮?dú)鈨?chǔ)氣。氫氣儲(chǔ)氫采用0.6 m3/1.6 MPa 的儲(chǔ)氣罐用來對(duì)電解水制氫的氫氣進(jìn)行儲(chǔ)存，燃料電池工作時(shí)，作為燃料。氮?dú)馐亲鳛槿細(xì)庀到y(tǒng)吹掃和氣體的置換使用，可以直接采用集裝格的方式進(jìn)行儲(chǔ)放。如表3 所示。

表3 儲(chǔ)氫系統(tǒng)

1.4.2 儲(chǔ)熱/蓄冷

如圖5 所示，相變熱池采用納米晶技術(shù)為相變儲(chǔ)能材料，熱池可將儲(chǔ)存的熱能按需要時(shí)間方式釋放熱能，同時(shí)可通過熱池的串并聯(lián)以實(shí)現(xiàn)不同的蓄熱量和熱交換效率要求。其熱池溫度曲線如圖6 所示。用戶側(cè)綜合能源艙的相變儲(chǔ)熱用于余熱回收系統(tǒng)，儲(chǔ)能密度為180 kWh/m3，儲(chǔ)熱時(shí)間6 h，充放電熱效率>95.3%，24 h 熱損<4‰。在綜合能源艙中選擇相變熱池的功率為50～100 kW，在電網(wǎng)低谷時(shí)段消納無法上網(wǎng)的電力或下載棄風(fēng)電能轉(zhuǎn)換為熱能儲(chǔ)存，可以實(shí)現(xiàn)深度調(diào)峰的同時(shí)保證供熱能力不下降，有效解決熱電矛盾，實(shí)現(xiàn)熱電解耦。增加機(jī)組供熱能力以應(yīng)對(duì)新增供熱面積[7]。

圖5 納米晶相變材料的溫度分布

圖6 相變熱池溫度曲線

1.4.3 蓄電池建模

蓄電池根據(jù)凈負(fù)荷正負(fù)情況不同分為充電、放電和閑置三種狀態(tài)，根據(jù)以上狀態(tài)構(gòu)建的數(shù)學(xué)模型首先定義電力系統(tǒng)t 時(shí)段的凈負(fù)荷為：

根據(jù)以上分析，用戶側(cè)綜合能源艙選配的儲(chǔ)能盡量在光伏容量的50%，滿足光伏白天用電負(fù)荷的直接供應(yīng)和少部分儲(chǔ)能作用。

2 多能協(xié)同控制分析

由于用戶側(cè)綜合能源艙分層調(diào)控的復(fù)雜性和冷、熱、電、氣相互轉(zhuǎn)化的特性，多能協(xié)同調(diào)控需要采用分層調(diào)控[8]的思路，主要分為需求響應(yīng)層、就地控制層和執(zhí)行層。

2.1 需求響應(yīng)層

用戶側(cè)綜合能源艙不僅能夠?qū)崿F(xiàn)光、電、氣等能源的輸入和存儲(chǔ)，而且可以實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)冷、熱、電等多種形式能量的相互轉(zhuǎn)換和輸出，為提高多種能源系統(tǒng)和綜合利用提供解決方案。

綜合能源艙將相互獨(dú)立的電、熱、氣等不同形式能源耦合為集成的多能源系統(tǒng)，通過電、熱、氣等多種能源間的互濟(jì)互補(bǔ)，提升能源利用效率，增加能源系統(tǒng)中可再生能源消納比例，降低能源供應(yīng)成本。

需求側(cè)的響應(yīng)控制策略可以為電網(wǎng)起到降低用電負(fù)荷的目的，通過電網(wǎng)側(cè)的安全協(xié)議和通信鏈路把電網(wǎng)控制綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化策略傳達(dá)到綜合能源系統(tǒng)的管控層，完成需求響應(yīng)的控制。

在熱泵和蓄熱鍋爐的調(diào)控中，若為谷價(jià)時(shí)段，優(yōu)先采用熱泵供熱，用電鍋爐給相變熱池蓄熱；若為峰價(jià)時(shí)段，優(yōu)先采用相變熱池供熱，隨后熱源為空氣源熱泵；若為平段時(shí)間，優(yōu)先用空氣源熱泵供熱。

電力系統(tǒng)中，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)出需求側(cè)響應(yīng)指令、就地管控系統(tǒng)按照需求側(cè)響應(yīng)機(jī)制檢測(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)、光伏系統(tǒng)，按照價(jià)格激勵(lì)和用戶負(fù)荷發(fā)出儲(chǔ)能放電或者余電上網(wǎng)指令，按照控制策略，光伏系統(tǒng)從自發(fā)自用模式改為余電上網(wǎng)模式，儲(chǔ)能系統(tǒng)自檢自身系統(tǒng)后改為放電模式響應(yīng)電網(wǎng)，優(yōu)化策略見圖7。通過電網(wǎng)的需求側(cè)響應(yīng)調(diào)度指令，實(shí)時(shí)響應(yīng)電網(wǎng)的調(diào)峰信號(hào)與電網(wǎng)進(jìn)行互動(dòng)。

圖7 優(yōu)化策略算法

2.2 就地控制層

就地控制層中，主要是用戶側(cè)綜合能源艙就地能源控制器的策略控制，各能源設(shè)備設(shè)定為經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)和能源綜合利用率最優(yōu)兩種模式。

2.2.1 經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)模式

控制目標(biāo)為運(yùn)行成本最低，控制變量主要包括光伏系統(tǒng)、儲(chǔ)氫、燃料電池系統(tǒng)，儲(chǔ)熱、儲(chǔ)能配合達(dá)到節(jié)省市電、天然氣的利用最低化?？刂撇呗詾椋焊鶕?jù)預(yù)測(cè)的或者系統(tǒng)反饋的用電負(fù)荷、熱冷負(fù)荷，利用程序計(jì)算出燃料電池功率、天然氣功率、進(jìn)而控制燃料電池和天然氣功率，使系統(tǒng)運(yùn)行在整個(gè)階段的成本最低的狀態(tài)。主要應(yīng)用遺傳算法來滿足策略優(yōu)化的選擇過程，如圖8 所示。

圖8 遺傳算法流程

在利用遺傳算法進(jìn)行尋優(yōu)求解時(shí)，首先是從控制策略得出的可能解按照某種預(yù)先設(shè)定的順序排列編碼。然后隨機(jī)選擇這些編碼的組合設(shè)定為初始的組合群，通過利用策略函數(shù)的適應(yīng)性計(jì)算，使得編碼中具有高適合度的多次出現(xiàn)不斷優(yōu)化。在進(jìn)化過程中，初始編碼組通過迭代更新，適應(yīng)度高的不斷更新。重復(fù)上述過程，重復(fù)度高，利用性高的編碼作為最接近優(yōu)化解，即可得到所求目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解。

2.2.2 能源綜合利用率最優(yōu)模式

能源綜合利用率最優(yōu)是按照能源高效低碳化運(yùn)行為目標(biāo)[9]，根據(jù)預(yù)測(cè)或?qū)嶋H的用電量、熱冷量等優(yōu)化策略控制計(jì)算最高能效比，調(diào)整系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，使得系統(tǒng)的綜合能源高效利用，主要通過動(dòng)態(tài)規(guī)劃法滿足策略的優(yōu)化過程，如圖9所示。

圖9 規(guī)劃算法流程

按照調(diào)度策略以每小時(shí)或者每15 min 為一個(gè)周期做循環(huán)，按照日前優(yōu)化調(diào)度可以分為24個(gè)或者96 個(gè)階段決策過程。系統(tǒng)每次做決策時(shí)，按照用戶側(cè)負(fù)荷從本階段直至最后一個(gè)階段的總目標(biāo)進(jìn)行計(jì)算。

2.3 執(zhí)行控制層

執(zhí)行控制層主要包括各個(gè)設(shè)備的控制指令和狀態(tài)設(shè)定值，它是用戶側(cè)綜合能源艙的就地控制層和設(shè)備的接口部分，主要包括氫能系統(tǒng)[10]、電熱儲(chǔ)能控制器、光伏[11]等環(huán)節(jié)控制器?？刂破髋c設(shè)備組合，上層控制環(huán)節(jié)與控制器通信實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)綜合能源艙的整體協(xié)調(diào)管控[12]。

2.3.1 氫能系統(tǒng)控制策略

氫能系統(tǒng)控制[13]策略：根據(jù)就地控制層下發(fā)的指令，調(diào)控氫燃料電池系統(tǒng)的發(fā)電、滿足氫氣供應(yīng)的前提下，排除電網(wǎng)限電，電解水制氫啟動(dòng)，按照設(shè)定的程序流程完成自檢，滿足壓力、燃料正常的條件下，啟動(dòng)燃料電池系統(tǒng)發(fā)電。

燃料電池發(fā)電后，滿足余熱回收系統(tǒng)的條件后啟動(dòng)，供給熱能到蓄熱系統(tǒng)。如果就地控制層輸出停止命令，燃料電池控制系統(tǒng)通過自檢，滿足條件后啟動(dòng)停止燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，余熱回收系統(tǒng)停止余熱回收。控制策略如圖10 所示。

圖10 氫能系統(tǒng)控制策略

2.3.2 燃機(jī)系統(tǒng)控制策略

燃機(jī)系統(tǒng)控制策略為：微燃機(jī)控制器收到就地控制系統(tǒng)的指令后啟動(dòng)，與微燃機(jī)水箱連接的循環(huán)水泵自動(dòng)開啟，在燃機(jī)余熱回收系統(tǒng)滿足設(shè)定的溫度條件后自動(dòng)開啟，熱量存儲(chǔ)蓄熱裝置中。微燃機(jī)控制器收到就地控制器關(guān)閉指令后，自動(dòng)設(shè)定與微燃機(jī)水箱連接的循環(huán)水泵在2 h 后關(guān)閉，余熱回收裝置在滿足時(shí)停止余熱回收。控制策略如圖11 所示。

圖11 燃機(jī)系統(tǒng)控制策略

2.3.3 光伏-儲(chǔ)電系統(tǒng)控制策略

在光伏-儲(chǔ)能系統(tǒng)的就地管控系統(tǒng)沒有收到電網(wǎng)的需求側(cè)響應(yīng)指令的情況下按照以下控制策略：光伏系統(tǒng)按照自發(fā)自用模式，余電優(yōu)先儲(chǔ)能系統(tǒng)，儲(chǔ)能系統(tǒng)不滿足要求，再啟動(dòng)余電上網(wǎng)模式?？刂撇呗匀鐖D12 所示。

圖12 光伏-儲(chǔ)電控制策略

2.3.4 熱泵-儲(chǔ)熱/冷系統(tǒng)控制策略

熱泵-儲(chǔ)熱控制策略：就地管控層發(fā)出熱泵制冷、制熱的開啟指令后，熱泵進(jìn)行自檢滿足控制和溫度條件后開啟熱泵進(jìn)行制熱，如果熱泵不滿足熱量供應(yīng)時(shí)收到就地管控層發(fā)出的增加制熱、制冷量要求時(shí)，啟動(dòng)蓄熱、蓄冷裝置，控制策略為檢測(cè)蓄熱、蓄冷裝置是否滿足控制條件，啟動(dòng)蓄熱/蓄冷裝置，如果檢測(cè)到就地管控層的降低熱量要求時(shí)，就地管控層先檢測(cè)儲(chǔ)熱/儲(chǔ)冷裝置是否開啟，如果開啟首先啟動(dòng)蓄熱/蓄冷到存儲(chǔ)狀態(tài)，啟動(dòng)熱泵的變頻控制，滿足多余熱量存儲(chǔ)的同時(shí)，對(duì)溫度的時(shí)間滯后性調(diào)節(jié)作用，達(dá)到溫度要求。控制策略如圖13 所示。

圖13 熱泵-儲(chǔ)熱/冷控制策略

3 綜合能源系統(tǒng)評(píng)估分析

用戶側(cè)綜合能源艙的系統(tǒng)評(píng)估方法主要有以下3 個(gè)方面，分別為經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)、環(huán)保性指標(biāo)、節(jié)能性指標(biāo)[14]。

3.1 經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)

1）投資成本

式中：K 為設(shè)備總臺(tái)數(shù)；y 為設(shè)備壽命。

綜合能源系統(tǒng)中各設(shè)備單位容量初投資成本見表4。

表4 投資成本

根據(jù)以上公式可以得出用戶側(cè)綜合能源艙配置光伏、燃?xì)廨啓C(jī)、余熱回收系統(tǒng)和電鍋爐的R值為0.16，由此可算出年投資成本大約在32～40萬元之間。

2）年維護(hù)成本

根據(jù)公式，可計(jì)算出用戶側(cè)綜合能源艙的年維護(hù)成本為6～10 萬元。

3）年運(yùn)行成本

式中：D（m）為光伏以外需要另外買電的典型季節(jié)的天數(shù)。

根據(jù)公式，可以估算出400 kWh 綜合能源艙的年運(yùn)行成本在60～70 萬元。

用戶側(cè)綜合能源艙系統(tǒng)年初投資成本、年維護(hù)成本以及年運(yùn)行成本的總和C 可表示為:

經(jīng)過測(cè)算后，用戶側(cè)綜合能源系統(tǒng)年度成本大約在98～120 萬元之間。比相同配置的獨(dú)立供能系統(tǒng)（即電、熱等能源分開供應(yīng)）年度成本降低25%。

3.2 環(huán)保性指標(biāo)

用戶側(cè)綜合能源艙系統(tǒng)采用CO2排放量mCO2作為環(huán)保性的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

引入環(huán)境成本系數(shù)α，α 的需要如表5 所示?，F(xiàn)在將CO2的排放量需要轉(zhuǎn)換為與年度成本可比對(duì)的經(jīng)濟(jì)值，作為經(jīng)濟(jì)分析的一部分，轉(zhuǎn)化后可以表示為：

表5 性能參數(shù)值

測(cè)算后，綜合能源系統(tǒng)CO2排放量年度成本比獨(dú)立供能系統(tǒng)年度成本降低13%～16%。

我國能源利用效率低，節(jié)能潛力和減排壓力巨大。綜合能源系統(tǒng)應(yīng)充分利用用戶側(cè)資源，通過橫向“冷熱電氣”和縱向“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”協(xié)同，充分利用可再生能源的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的節(jié)本增效、低碳環(huán)保。先進(jìn)的綜合能源系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)化的綜合效率達(dá)到70%以上[16]。

4 結(jié)論

用戶側(cè)綜合能源艙通過建模以能源利用率最優(yōu)和經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)兩個(gè)目標(biāo)構(gòu)建設(shè)備的冷、熱電、水選型，從三層優(yōu)化用能策略對(duì)能源設(shè)備的協(xié)調(diào)和多能互補(bǔ)利用、分時(shí)電價(jià)等方面達(dá)到經(jīng)濟(jì)性、集約性用能，最后通過綜合能源評(píng)估方法評(píng)估綜合能源艙的性能指標(biāo)，為用戶能效對(duì)標(biāo)和運(yùn)行管理提供參考，為用戶側(cè)能源裝備的建模和策略優(yōu)化以及評(píng)估分析提供參考。