劉 權(quán)，徐在亮，宋鑫華，葛 藝，韓吉田

（1.山東大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250061；2.靑島市西海岸新區(qū)市政公用事業(yè)發(fā)展中心，山東 青島 266400）

0 引言

燃?xì)饫錈犭娐?lián)供系統(tǒng)（Combined Cooling，Heating and Power，CCHP）基于能源的梯級(jí)利用原理，以天然氣為燃料，帶動(dòng)燃?xì)鈾C(jī)組發(fā)電的同時(shí)利用余熱回收裝置進(jìn)行余熱回收為用戶供冷供熱，其綜合能源利用率可達(dá)70%以上。與傳統(tǒng)的分供系統(tǒng)（Separate Production，SP）相比，CCHP 系統(tǒng)具有能源綜合利用效率高、環(huán)境友好、投資少及系統(tǒng)安全穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。作為一個(gè)典型的多能流多設(shè)備耦合的復(fù)雜供能系統(tǒng)，聯(lián)供系統(tǒng)的系統(tǒng)配置與運(yùn)行策略是影響其經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能減排性能的重要因素。由于冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)組合形式多樣，配置復(fù)雜，參數(shù)與運(yùn)行方式變化會(huì)引起系統(tǒng)性能的變化，給系統(tǒng)優(yōu)化配置帶來了較大難度。因此，研究CCHP 系統(tǒng)優(yōu)化配置和運(yùn)行優(yōu)化策略對(duì)燃?xì)饫錈犭娐?lián)供系統(tǒng)的研發(fā)和工程應(yīng)用具有非常重要的意義。

目前，國(guó)內(nèi)外在系統(tǒng)優(yōu)化配置及優(yōu)化運(yùn)行方面已進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究。魏征［1］提出了一種面向CCHP系統(tǒng)的光伏容量?jī)?yōu)化配置方法，應(yīng)用改進(jìn)小生境粒子群算法及模糊理想決策方法對(duì)方案進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化研究，得到了CCHP 系統(tǒng)的最佳光伏容量配置。江卓翰［2］提出了一種計(jì)及風(fēng)光儲(chǔ)的CCHP 雙層協(xié)同優(yōu)化配置方法，可有效實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的協(xié)同優(yōu)化。楊濤［3］建立了含蓄能裝置的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)設(shè)備配置與運(yùn)行策略協(xié)同優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型，研究結(jié)果表明，在分時(shí)電價(jià)體系下，CCHP系統(tǒng)中引入蓄能裝置能夠有效降低運(yùn)行成本、減少CO2排放和提高系統(tǒng)運(yùn)行的靈活性。葛藝［4］提出了一種具有儲(chǔ)能的太陽能輔助天然氣CCHP 系統(tǒng)，以年總成本（Annual Total Cost，ATC）為目標(biāo)，建立了考慮設(shè)備部分負(fù)荷性能的混合整數(shù)非線性規(guī)劃（Mixed Integer Nonlinear Programming，MINLP）模型，研究結(jié)果表明，引入儲(chǔ)能裝置的太陽能輔助天然氣CCHP 系統(tǒng)具有良好的經(jīng)濟(jì)性。付文鋒［5］設(shè)計(jì)了一種吸收式熱泵輔助的太陽能-地?zé)岫嗦?lián)產(chǎn)系統(tǒng)，利用雙熱泵組合的運(yùn)行調(diào)節(jié)方式，使系統(tǒng)在不同負(fù)荷時(shí)段可以靈活調(diào)節(jié)冷、熱、電比例，具有良好的綜合性能。黃景光［6］建立了包含風(fēng)電、光伏、地源熱泵和儲(chǔ)能的CCHP 模型，構(gòu)建了計(jì)及綜合需求響應(yīng)的CCHP 魯棒優(yōu)化調(diào)度模型，仿真結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有良好的經(jīng)濟(jì)性與風(fēng)電消納率。楊志鵬［7］建立了包含風(fēng)電、光伏、燃料電池、CCHP 系統(tǒng)、地源熱泵及儲(chǔ)能裝置的微網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化模型，并采用混合整數(shù)線性規(guī)劃（Mixed Integer Linear Programming，MILP）算法求解，通過與常規(guī)CCHP 系統(tǒng)比較表明，熱泵和儲(chǔ)能裝置可增強(qiáng)系統(tǒng)的靈活調(diào)節(jié)能力，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

上述研究表明，采用風(fēng)光儲(chǔ)的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)具有良好的節(jié)能減排性能和發(fā)展前景。但是已有研究主要考慮了儲(chǔ)電，而未同時(shí)耦合熱泵及蓄冷蓄熱設(shè)備。另外，已有研究主要集中在某類設(shè)備的容量?jī)?yōu)化上，很少在某類設(shè)備中（如內(nèi)燃機(jī)）考慮多種備選型號(hào)，并對(duì)不同型號(hào)的設(shè)備數(shù)量或容量進(jìn)行配置優(yōu)化以滿足用戶的不同負(fù)荷需求。

因此，建立一種耦合風(fēng)光儲(chǔ)及熱泵的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)（Wind-Solar-Storage-and-Heat-Pump-CCHP，WSSH-CCHP），構(gòu)建系統(tǒng)設(shè)備配置和運(yùn)行策略協(xié)同優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上，采用考慮經(jīng)濟(jì)、環(huán)保及能耗性能的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，結(jié)合具體案例，依據(jù)自建數(shù)據(jù)庫設(shè)備信息，利用MILP 算法實(shí)現(xiàn)不同供能模式下系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量、容量和運(yùn)行策略的整體優(yōu)化，并分析耦合風(fēng)光儲(chǔ)及熱泵的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)關(guān)鍵因素對(duì)其性能的影響。

1 CCHP系統(tǒng)

如圖1所示，本文建立的耦合風(fēng)光儲(chǔ)及熱泵的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)主要包括光伏電池、風(fēng)電機(jī)組、燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)、燃?xì)忮仩t、溴化鋰吸收式制冷機(jī)組、電制冷機(jī)、地源熱泵、電蓄冷空調(diào)、蓄熱槽及蓄電池等設(shè)備。其工作原理為：光伏電池、風(fēng)電機(jī)組與燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)為用戶提供電負(fù)荷，該系統(tǒng)并網(wǎng)不上網(wǎng)，不足電量由電網(wǎng)補(bǔ)足。利用內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的高溫?zé)煔怛?qū)動(dòng)溴化鋰機(jī)組為用戶提供冷熱負(fù)荷。當(dāng)溴化鋰機(jī)組的冷熱負(fù)荷供應(yīng)不足時(shí)，由熱泵、電制冷機(jī)及燃?xì)忮仩t補(bǔ)足。儲(chǔ)能設(shè)備在設(shè)備運(yùn)行高峰時(shí)釋能，設(shè)備運(yùn)行低谷時(shí)儲(chǔ)能，可減小聯(lián)供系統(tǒng)負(fù)荷波動(dòng)性，更好平衡冷熱電負(fù)荷。

圖1 計(jì)及風(fēng)光儲(chǔ)及熱泵的CCHP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 數(shù)學(xué)模型

CCHP 系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型包括滿足用能端逐時(shí)電熱冷能源需求的負(fù)荷功率平衡模型和體現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備轉(zhuǎn)換效率和能源消耗的性能約束模型。

2.1 功率平衡約束

2.1.1 電功率平衡

CCHP系統(tǒng)利用燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)、光伏、風(fēng)電、蓄電池等發(fā)電單元滿足用戶的電力負(fù)荷需求及系統(tǒng)內(nèi)各用電設(shè)備的需要，不滿足時(shí)從電網(wǎng)購電。電功率平衡為

2.1.2 熱功率平衡

燃?xì)忮仩t、吸收式制冷機(jī)、熱泵及蓄熱槽等制熱單元為用戶提供熱負(fù)荷需求。熱功率平衡為

2.1.3 冷功率平衡

電制冷機(jī)組、吸收式制冷機(jī)組、熱泵及蓄冷空調(diào)等制冷單元滿足用戶冷負(fù)荷需求。冷平衡約束為

2.2 設(shè)備性能約束

2.2.1 光伏電池

光伏電池（Photovoltaic，PV）利用太陽輻射能產(chǎn)生電能，與CCHP 系統(tǒng)結(jié)合后可降低污染物排放和一次能源消耗，提升系統(tǒng)性能。光伏電池輸出功率模型為［8］

式中：Npv是光伏板數(shù)量；ζpv是考慮陰影、線路損耗和積雪等影響的修正系數(shù)；Ppvr為光伏系統(tǒng)額定輸出功率，kW；W和WS分別為光伏電池實(shí)際太陽輻照值和標(biāo)準(zhǔn)條件（太陽輻照1 000 W/m2，電池溫度25℃）下的太陽輻照值，W/m2；T和TS分別為當(dāng)?shù)貧鉁丶皹?biāo)準(zhǔn)條件下的溫度，℃；αT是實(shí)際組件的功率溫度系數(shù)，為無量綱量。

2.2.2 風(fēng)電機(jī)組

風(fēng)力發(fā)電機(jī)（Wind Turbine，WT）輸出功率主要由空氣密度、葉片半徑、風(fēng)速等因素決定，其輸出功率模型為

式中：Pw為風(fēng)電機(jī)組的輸出功率，W；ρa(bǔ)ir為空氣密度，kg/m3；R為風(fēng)機(jī)葉片的半徑，m；Vwind為風(fēng)機(jī)葉尖風(fēng)速，m/s；C（λp，β）為風(fēng)能利用率，λ為葉尖速比，β為漿距角。

2.2.3 燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)

CCHP 系統(tǒng)可利用燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)（Gas Engine，GE）產(chǎn)生的高品位熱能進(jìn)行發(fā)電做功，同時(shí)將GE 發(fā)電過程中產(chǎn)生的熱量及尾氣排放中的熱量供給余熱機(jī)組進(jìn)行回收利用，實(shí)現(xiàn)能量的高效階梯利用。

燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)的數(shù)學(xué)模型為

式中：VGE為內(nèi)燃機(jī)燃?xì)夂牧浚琸W；PGE為燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電功率，kW；ηGE為內(nèi)燃機(jī)發(fā)電效率；QGE為排放余熱量，kW；αGE為內(nèi)燃機(jī)熱電比，QGE，max為設(shè)備允許安裝容量，kW。

2.2.4 吸收式制冷機(jī)

吸收式制冷機(jī)（Absorption Chiller，AC）利用燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)余熱制冷制熱，提升系統(tǒng)效率。

吸收式制冷機(jī)數(shù)學(xué)模型為

2.2.5 燃?xì)忮仩t

燃?xì)忮仩t（Gas Boiler，GB）的輸出功率與自身的輸出特性和負(fù)荷情況有關(guān)，其模型為

式中：VGB為燃?xì)忮仩t消耗天然氣量，kW；ηGB是燃?xì)忮仩t的制熱效率；QGB是供給用戶的熱量，kW；CGB是燃?xì)忮仩t允許安裝容量，kW。

2.2.6 冷水機(jī)組

選用冷水機(jī)組（Electric Chiller，EC）作為系統(tǒng)的補(bǔ)冷設(shè)備，滿足系統(tǒng)冷負(fù)荷需求。其數(shù)學(xué)模型為

式中：QEC是冷水機(jī)組制冷量，kW；EEC是冷水機(jī)組耗電量，kW；ηCOP為電制冷冷水機(jī)組性能系數(shù)；CEC是冷水機(jī)組允許安裝容量，kW。

2.2.7 地源熱泵

地源熱泵（Ground Source Heat Pump，HP）是一種利用淺層地?zé)豳Y源實(shí)現(xiàn)供冷與供熱的高效節(jié)能環(huán)?？照{(diào)系統(tǒng)，與CCHP 系統(tǒng)結(jié)合可進(jìn)一步提升系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性。地源熱泵數(shù)學(xué)模型為

2.2.8 儲(chǔ)能設(shè)備

CCHP系統(tǒng)供需不匹配會(huì)降低系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性，引入儲(chǔ)能設(shè)備（Energy Storage，ES）可以有效協(xié)調(diào)冷、熱、電負(fù)荷間的調(diào)度和轉(zhuǎn)換，緩解供需不匹配問題。儲(chǔ)能設(shè)備模型為

式中：Ed，t+1、Ed，t分別為第d天的t+1時(shí)刻與t時(shí)刻儲(chǔ)能前后設(shè)備容量，kW；ε為儲(chǔ)能設(shè)備損耗率；分別為設(shè)備充放能功率，kW；γin和γout分別為設(shè)備充放能效率。

儲(chǔ)能設(shè)備需要運(yùn)行在一定范圍內(nèi)，其充放能功率約束為

2.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)

分布式能源系統(tǒng)的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則主要考慮能效、經(jīng)濟(jì)及環(huán)保性能。選取分供系統(tǒng)作為對(duì)照系統(tǒng)，分供系統(tǒng)由電網(wǎng)供電，電制冷機(jī)供冷，燃?xì)忮仩t供熱，根據(jù)實(shí)際情況結(jié)合上述三項(xiàng)指標(biāo)提出綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。

2.3.1 能效

燃?xì)釩CHP 系統(tǒng)具有良好的節(jié)能減排效益，系統(tǒng)一次能源消耗量（Primary Energy Consumption，PEC）更少。本文以聯(lián)供系統(tǒng)相比分供系統(tǒng)的年一次能源節(jié)約率作為能效指標(biāo)［9-10］，則：

2.3.2 經(jīng)濟(jì)性

投入成本是實(shí)際工程項(xiàng)目落地的關(guān)鍵因素。因此，本文選取年總成本節(jié)約率作為經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，年總成本費(fèi)用包括設(shè)備投資折合到每年的費(fèi)用Ccap、土建安裝費(fèi)Ca、設(shè)備維護(hù)費(fèi)用Com、燃料消耗費(fèi)Cfuel和電網(wǎng)購電費(fèi)Cgrid。CCHP系統(tǒng)年總成本節(jié)約率為

式中：CCCHP和Csp分別為聯(lián)供系統(tǒng)和分供系統(tǒng)的年綜合成本，元。

年綜合成本為

式中：Ccap為系統(tǒng)的年設(shè)備投資費(fèi)用，元；Com為系統(tǒng)年維護(hù)費(fèi)用，元；Cfuel為系統(tǒng)年燃料費(fèi)用，元；Cgrid為系統(tǒng)購電費(fèi)用，元；Ca為系統(tǒng)土建費(fèi)用，元。

系統(tǒng)各項(xiàng)費(fèi)用為

2.3.3 環(huán)保性

CCHP 系統(tǒng)所排放的污染物主要有CO2、NOx及SO2。本文不考慮排放量小的SO2的影響，以CO2與NOx減排率作為環(huán)境性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，定義為：

式中：EGE為燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)年發(fā)電量，kWh；EAC為余熱機(jī)組年制冷量和制熱量，kWh；EGB為燃?xì)忮仩t年制熱量，kWh。

2.4 目標(biāo)函數(shù)

本文系統(tǒng)綜合考慮能效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保三方面，使其綜合收益最大化，建立綜合評(píng)價(jià)性能指標(biāo)Zmax，并以Zmax為本文優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)。

式中：ωi（i=1，2，3，4）為各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，ω1+ω2+ω3+ω4=1，Zmax值越大，代表系統(tǒng)性能相比分供系統(tǒng)越好，考慮工程實(shí)際，設(shè)定本文評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重分布為ω1>ω2>ω3>ω4［12-14］。

3 案例分析

3.1 建筑動(dòng)態(tài)負(fù)荷模擬與分析

以濟(jì)南某規(guī)劃總面積約130 000 m2的能源中心為例，該區(qū)域屋頂光伏可利用面積約14 000 m2，風(fēng)電安裝容量2 342 kW。通過建筑能耗模擬軟件DeST 可以獲得建筑的相關(guān)數(shù)據(jù)［15］。

根據(jù)本文所得到的建筑負(fù)荷信息，選取4 個(gè)典型日，其持續(xù)時(shí)長(zhǎng)如表1所示。

表1 典型日持續(xù)時(shí)長(zhǎng) 單位：天

不同時(shí)段的能源價(jià)格如表2所示。

表2 能源價(jià)格

圖2—圖4 分別表示典型日逐時(shí)冷熱電負(fù)荷數(shù)據(jù)、該地區(qū)典型日太陽輻照量及風(fēng)速信息。

圖2 典型日逐時(shí)冷熱電負(fù)荷曲線

圖3 地區(qū)典型日太陽光輻照量

圖4 區(qū)域典型日風(fēng)速

表3—表4 為本文系統(tǒng)設(shè)備數(shù)據(jù)庫中數(shù)量型設(shè)備的參數(shù)信息［16-17］，表5為可靈活配置的容量型設(shè)備參數(shù)［18］。

表3 燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)及燃?xì)忮仩t參數(shù)

表5 容量型設(shè)備部分參數(shù)

結(jié)合案例冷熱電風(fēng)光負(fù)荷數(shù)據(jù)及設(shè)備信息，本文建立如表6的3種方案，探究不同設(shè)備組合方式下的系統(tǒng)配置與運(yùn)行效果。

表6 不同系統(tǒng)方案

3.2 設(shè)備選型優(yōu)化結(jié)果

針對(duì)以上濟(jì)南能源中心負(fù)荷參數(shù)，選擇設(shè)備品牌，考慮能源價(jià)格，采用并網(wǎng)不上網(wǎng)的運(yùn)行策略，以綜合指標(biāo)為優(yōu)化目標(biāo)，運(yùn)用MILP 算法對(duì)三種能源系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化求解，優(yōu)化選型結(jié)果如表7—表9所示。

表7 SP系統(tǒng)優(yōu)化選型結(jié)果

表8 CCHP系統(tǒng)優(yōu)化選型結(jié)果

表9 WSSH-CCHP系統(tǒng)優(yōu)化選型結(jié)果

分析上述優(yōu)化選型結(jié)果可知，SP 系統(tǒng)冷負(fù)荷僅由冷水機(jī)組負(fù)責(zé)，所以其容量配置很高。WSSHCCHP 和CCHP 中燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)、溴化鋰制冷機(jī)組等設(shè)備容量相差不大，由于電網(wǎng)購電綜合指標(biāo)較差，WSSH-CCHP 和CCHP 相比SP 都大幅減少了冷水機(jī)組容量，被溴化鋰機(jī)組替代。WSSH-CCHP 相比CCHP 引入了風(fēng)光設(shè)備，減小了內(nèi)燃機(jī)、溴化鋰機(jī)組的數(shù)量，WSSH-CCHP 系統(tǒng)與CCHP 系統(tǒng)都引入了儲(chǔ)能設(shè)備，從配置容量可以看出耦合風(fēng)光后的WSSHCCHP系統(tǒng)儲(chǔ)能量遠(yuǎn)高于CCHP系統(tǒng)。

3.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)優(yōu)化結(jié)果

以本文的綜合性能指標(biāo)Zmax為優(yōu)化目標(biāo)，得出各方案優(yōu)化結(jié)果如表10所示。

表10 評(píng)價(jià)指標(biāo)優(yōu)化結(jié)果

不同能源系統(tǒng)折合每年各項(xiàng)費(fèi)用如圖5 所示。由圖5 可見，WSSH-CCHP 相比CCHP 年總費(fèi)用減少了319 萬元，而CCHP 與WSSH-CCHP 雖年總費(fèi)用相差不大，但后者污染物排放更少，PEC指標(biāo)更低。此外由于WSSH-CCHP與CCHP主要依靠自身發(fā)電，設(shè)備費(fèi)及維護(hù)費(fèi)用遠(yuǎn)高于SP，但同時(shí)兩者購電費(fèi)用相比SP 少。CCHP 由于無風(fēng)光供電，主要供能方式為燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)，故燃料費(fèi)用相比其他方案較多。總體來說，從年總費(fèi)用來看，CCHP系統(tǒng)年總費(fèi)用最少，引入風(fēng)光設(shè)備的WSSH-CCHP系統(tǒng)次之，SP系統(tǒng)年總費(fèi)用最高。

圖5 不同能源系統(tǒng)各項(xiàng)費(fèi)用對(duì)比

相較于SP 系統(tǒng)，WSSH-CCHP 及CCHP 各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)比優(yōu)化如圖6 所示。由圖可以看出WSSHCCHP 系統(tǒng)及CCHP 系統(tǒng)相比SP 系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)均有很大提升。由于聯(lián)供系統(tǒng)減少電網(wǎng)供電份額，從而減少電廠耗煤量，使得二氧化碳及氮氧化物排放量大幅下降，故SCDE及SNDE相比SP 系統(tǒng)均提升45%以上，而WSSH-CCHP 系統(tǒng)由于引入光伏風(fēng)電等可再生能源為系統(tǒng)提供電能，進(jìn)一步削減了天然氣耗量，使得二氧化碳及氮氧化物排放極低，極大提升了系統(tǒng)的環(huán)保性。此外，兩種聯(lián)供系統(tǒng)由于高比例的采用可再生能源及轉(zhuǎn)化效率極高的天然氣，故其一次能源消耗量遠(yuǎn)少于SP 系統(tǒng)，PEC 節(jié)約率分別達(dá)49.3%及62.3%。WSSH-CCHP 及CCHP雖然購電費(fèi)用很小，但是由于系統(tǒng)自身設(shè)備費(fèi)及燃?xì)赓M(fèi)的上升，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)性提升較小，約11.1%和10.41%，且由于WSSH-CCHP系統(tǒng)引入成本較高的風(fēng)電光伏，提高了系統(tǒng)運(yùn)行成本，經(jīng)濟(jì)性相較CCHP 系統(tǒng)有所下降，但是環(huán)保指標(biāo)提升較為明顯。綜合來說，從提升效率來看，環(huán)保指標(biāo)提升最為顯著，能耗指標(biāo)次之，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)提升較小。

圖6 不同供能方案指標(biāo)提升對(duì)比

3.4 系統(tǒng)敏感性分析

以WSSH-CCHP 系統(tǒng)為研究對(duì)象，以綜合性指標(biāo)為目標(biāo)函數(shù)，進(jìn)一步研究能源價(jià)格參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)影響。設(shè)定氣價(jià)格變化范圍為-20%～20%，間隔10%，比較WSSH-CCHP 系統(tǒng)及SP 系統(tǒng)各指標(biāo)變化，結(jié)果如圖7 所示。由圖7 可見，氣價(jià)由-20%變化至20%的過程中，WSSH-CCHP 系統(tǒng)成本波動(dòng)較SP 系統(tǒng)更大，聯(lián)供系統(tǒng)主要?jiǎng)恿υ词翘烊粴?，而分供系統(tǒng)僅熱負(fù)荷由燃?xì)馓峁?，故燃?xì)鈨r(jià)格波動(dòng)對(duì)WSSHCCHP 系統(tǒng)影響更大。從綜合指標(biāo)來看，因?yàn)楸疚木C合考慮經(jīng)濟(jì)、能耗及環(huán)境等因素，且綜合指標(biāo)中環(huán)境因子占比較大，故系統(tǒng)綜合性能隨氣價(jià)上漲總體變化不大。隨著氣價(jià)的不斷上漲，系統(tǒng)購氣減少，不足的負(fù)荷需求由風(fēng)光出力滿足，故一次能源節(jié)約率、CO2及NOx減排率隨之升高。同時(shí)由于風(fēng)光出力的升高及燃料價(jià)格的上漲，WSSH-CCHP 系統(tǒng)的總成本升高，成本節(jié)約率下降?？傊?，隨著氣價(jià)的升高，系統(tǒng)能源節(jié)約率及環(huán)保指標(biāo)越來越好，但成本升高，綜合性能提升不明顯。

圖7 氣價(jià)敏感性分析

設(shè)定電價(jià)變化范圍為-30%～30%，間隔為15%，比較WSSH-CCHP 系統(tǒng)指標(biāo)變化，結(jié)果如圖8 所示。由圖8 可以看出隨著電價(jià)由70%變化到130%，系統(tǒng)綜合指標(biāo)提升，說明隨著電價(jià)上漲系統(tǒng)收益升高，綜合性能提升，而隨著電價(jià)上漲，SP 系統(tǒng)投入成本升高，WSSH-CCHP 系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)凸顯，其總成本與同SP系統(tǒng)相比越來越低。而環(huán)保性能WSSH-CCHP 也遠(yuǎn)高于SP 分供系統(tǒng)。由圖右側(cè)各項(xiàng)性能指標(biāo)也可看出，隨著電價(jià)由70%變化到130%，WSSH-CCHP 系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)均提升明顯，可見隨著電價(jià)上漲，WSSHCCHP系統(tǒng)綜合收益越來越高。

圖8 電價(jià)敏感性分析

4 結(jié)論

將風(fēng)光儲(chǔ)及熱泵引入到冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)中，提出了一種新型的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)（WSSH-CCHP），采用綜合考慮經(jīng)濟(jì)、能源和環(huán)境的綜合性能指標(biāo)，結(jié)合算例，利用混合整數(shù)線性規(guī)劃算法，以綜合性能指標(biāo)為優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行了優(yōu)化研究，得出了設(shè)備最優(yōu)選型結(jié)果，并將WSSH-CCHP 系統(tǒng)與其他系統(tǒng)進(jìn)行了比較，得到了如下結(jié)論：

1）提出的耦合風(fēng)光儲(chǔ)及熱泵的CCHP 系統(tǒng)可減少電網(wǎng)購電，加入風(fēng)光減少了內(nèi)燃機(jī)出力，提升了系統(tǒng)環(huán)保性能，耦合儲(chǔ)能及熱泵設(shè)備進(jìn)一步提高了系統(tǒng)調(diào)節(jié)的靈活性及移峰填谷能力，具有良好的運(yùn)行特性。

2）加入風(fēng)光設(shè)備可有效提升系統(tǒng)的環(huán)境友好性，且本文目標(biāo)函數(shù)環(huán)境因子權(quán)重高，使得WSSHCCHP系統(tǒng)綜合性能優(yōu)于CCHP系統(tǒng)。

3）隨著天然氣價(jià)格的上漲，WSSH-CCHP 綜合性能變化不大，而隨著電價(jià)上漲其綜合性能明顯升高。