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user: 4. 算例分析 某城区含学校、商场、酒店、医院、数据中心、食品加工厂、化妆品制造厂、航空设备加工及研发基地、多处居民楼和办公楼，其各建筑供冷季节、供暖季节耗能情况见表1和表2，各分布式能源投资运行成本参数以及功率约束见表3，燃气、供电、供热、供冷的分时价格见图3，政府补贴风力发电0.28元/kWh、光伏发电0.42元/kWh。 Table 1 Energy consumption characteristics of building 建筑功能 用能需求 时间特性 建筑功能 商业建筑 采暖供冷空间、办公用电 连续运行 商业建筑 住宅建筑 采暖供冷空间、生活用电 间歇运行 住宅建筑 办公建筑 采暖空间、办公用电 日间运行 办公建筑 学校 采暖空间、办公用电 日间运行 学校 医院 采暖供冷空间、设备、办公用电 连续运行 医院 数据中心 采暖供冷空间、设备、办公用电 连续运行 数据中心 轻工业建筑 采暖供冷空间、办公用电 间歇运行 轻工业建筑 重工业建筑 采暖供冷空间、办公用电 连续运行 重工业建筑 地铁站 采暖供冷空间、照明 间歇运行 地铁站 表1. 建筑能耗特点 [ 15 ] Table 2 Daily cooling heating and electrical load of building 建筑负荷 供冷季节日负荷 供暖季节日负荷 电负荷MWh/d 热负荷MWh/d 冷负荷MWh/d 电负荷MWh/d 热负荷MWh/d 医院 289.1 3.664 169.2 396.1 320.8 学校 142.03 1.663 77.02 118.45 114.49 商场 346.19 4.008 200.04 296.8 232.27 酒店 38.37 2.949 61 37.396 29.59 数据中心 32.06 1.839 20.817 28.469 18.48 食品厂 53.893 3.179 16.168 49.315 33.06 化妆品厂 32.404 1.765 9.721 29.169 17.73 航空设备研发基地 107.42 8.546 25.993 95.477 85.536 办公楼 3.346/万m 2 0.18/万m 2 3.443/万m 2 2.728/万m 2 2.255/万m 2 居民楼 2.45/万m 2 0.20/万m 2 3.774/万m 2 2.082/万m 2 4.422/万m 2 地铁 21.979 1.574 18.118 19.48 11.688 表2. 建筑日冷/热/电负荷 Table 3 Parameters of distributed energy resourc 设备类型 额定容量/kW 初始投资/万 维修费用元/年 工程寿命/年 等值投资元/年 运维费用元/kWh 地源热泵 280 17.6 5280 20 16，223 0.04 燃气锅炉 300 24 7200 20 22，122 0.03 余热锅炉 200 28 8400 20 25，597 0.045 燃气轮机 400 20 6000 20 18，435 0.04 储热设备 100 10 3000 20 10，000 0.02 储电设备 50 2 600 5 5000 0.02 制冷装置 300 28.2 8460 10 39，535 0.048 光伏 1 2.5 750 20 2304 0.02 风机 10 8 2400 20 7374 0.02 表3. 分布式能源参数 图3. 供能分时价格 4.1. 基于区块划分的能源站分布 根据各建筑类型、地理位置和用能特性，对城区进行区块划分。学校与办公楼的用能特性相似，划分为同一区块；居民楼按地理位置划分为两个区块，与学校和办公楼相邻，可实现能源空域互补；商场与酒店位于市中心位置，划分为同一区块，实现区内用能时域互补；医院与数据中心属于一级负荷，划分为同一区块，增加备用容量，提高供能可靠性；食品加工厂与化妆品制造厂处于城区边缘，用能特性相似，划分为同一区块；航空设备加工及研发基地占地面积巨大，划分为一个区块。区域块规划结果如图4所示。 为实现各区块自平衡能力，在城区中配置1个分布式能源总站(风机、燃气锅炉、储电设备、储热设备)和7个分布式能源子站(光伏、CHP系统、燃气锅炉、地源热泵、吸收式制冷装置、储热设备)分别为各区块供能。多能源系统能量流动如图1所示。 图4. 区域块规划图 4.2. 兼顾运行的多能源系统优化规划结果分析 本文提出的多能源系统优化规划模型，在考虑配置成本的基础上，兼顾规划方案在实际运行中的收益、碳排放量和一次能源消耗量，实现了多能源系统分层嵌套一体规划，得出各能源站优化配置规划方案如表4所示。对计及配置成本和运行综合效益的规划模型( β 2 = 0.164 ， β 3 = 0.4 )和仅考虑配置成本的规划模型( f 2 = 0 )进行比较，其各项指标对比如表5所示。 Table 4 Optimal sizing result of the energy station 设备站 站1/MW 站2/MW 站3/MW 站4/MW 站5/MW 站6/MW 站7/MW 总站/MW 燃气轮机 32 38 30.4 7.6 11.2 32.8 36 - 余热锅炉 5.6 8 7 1.2 2.4 4 5.4 - 燃气锅炉 7.8 7.2 6 0.6 1.5 5.7 6.9 6 地源热泵 9.24 12.32 9.52 1.4 2.24 6.72 9.24 - 储热设备 2.7 4.1 2.9 - 1.8 1 1 6 储电设备 - - - - - - - 9.4 光伏 1.97 1.5 1.63 2.01 1.99 2.98 2.98 - 风机 - - - - - - - 1.01 吸收式制冷装置 17.1 16.2 13.2 1.5 1.2 - - - 表4. 各能源站优化配置规划方案 Table 5 The indexes comparisons between different optimal sizing method 不同目标 的方案 供暖季节 运行收益元/季 供冷季节 运行收益元/季 年等值 投资费用元/年 净收益元/年 回收年限/年 碳排放量 kg/年 一次能源 消耗量kg/年 需求侧响应 节省费用元/年 方案 2.2512 × 10 8 2.0235 × 10 8 0.7801 × 10 8 3.4946 × 10 8 1.80 2.1147 × 10 8 1.0598 ×10 9 - 方案 2.6015 × 10 8 2.2670 × 10 8 0.8425 × 10 8 4.0260 × 10 8 1.29 1.4164 × 10 8 7.9290 × 10 8 6.0961 × 10 6 表5. 不同规划方案各项指标对比 由表5分析，方案①仅考虑配置成本，方案②计及配置成本和运行综合效益。在经济性指标方面，方案②由于配置过程中增加了对高节能、高环保设备和低运行成本设备的投资(风机、光伏、地源热泵)，年等值投资费用增加了6.24 × 106元，但运行收益增加了5.938 × 107元，由于运行收益增量大于年等值投资增量，净收益增加了5.314 × 107元，成本回收年限缩短了0.51年。在环保性指标方面，方案③的碳排放量降低了6.983 × 107 kg，折合成的经济效益为2.095 × 106元；在节能性指标方面，一次能源消耗量降低了2.6690 × 108 kg，折合成的经济效益为1.067 × 108元。由此可见，计及配置成本和运行综合效益的规划方法与仅考虑配置成本的规划方法相比，其经济性、环保性和节能性都有明显的提高。方案②引入需求侧响应后，实现了“源–网–荷–储”协调策略，可削减负荷追踪可再生能源出力，增加了可再生能源的消纳，可平移负荷与储能设备配合，平滑了负荷曲线，降低了负荷峰值，减少了多能源系统购能费用，每年节省费用6.0961 × 106元。