Page 20 - 电力与能源2022年第二期

1 2 0 沈主浮, 等: 风光氢综合能源系统设计及运行集成优化

下界和上界。 求分别为 1066.57 MWh 和 1148.19 MWh , 主
要集中在三餐时间及晚上, 并且具有典型的季节
3 案例描述
性特点, 冬季供暖需求较高造成热负荷明显增高,
基于风光氢综合能源系统设计及集成优化模 而夏季供冷需求较高造成电力负载增大。若全部
型, 本研究系统考察了不同用能负荷、 不同风光资 采取传统向电网买电方式供能, 办公楼和居民楼
源禀赋场景, 对综合能源系统优化设计及运行情况 用能场景下的年运行成本分别为 152.58 万元和
的影响。在本模型中, 风力发电系统、 光伏发电系 153.36 万元, 折合的全生命周期成本净现值分别
统、 电解槽、 燃料电池、 储氢罐、 电热锅炉等设备的 为 1750.08 , 1759.02 万元。
相关参数见表1 。系统设计寿命为 20a , 折现率为

6% , 系统单位调度时间为 1h 。模型均在 GAMS
平台实现, 采用 CPLEX 优化算法进行求解。
表 1 系统各设备参数
设备 参数 数值
投资成本 /( 元· kW -1 ) 4653
光伏发
年运行成本 /( 元· kW -1 ) 50
电系统
寿命 / a 20
投资成本 /( 元· kW -1 ) 5353
年运行成本 /( 元· kW -1 ) 50
风力发 切入风速 /( m · s ) 3
-1
电系统 切出风速 /( m · s ) 45
-1
额定风速 /( m · s ) 10
-1
寿命 / a 20
投资成本 /( 元· kW -1 ) 4000
年运行成本 /( 元· kW -1 ) 20
电效率 / % 55
燃料电池
热效率 / % 33.5
寿命 / a 4
替换成本 /( 元· kW -1 ) 4000
投资成本 /( 元· kW -1 ) 3850
年运行成本 /( 元· kW -1 ) 10
电解效率 / % 75
电解槽
寿命 / a 10
替换成本 /( 元· kW -1 ) 3500 图 2 办公楼与居民楼的典型热电负荷特性
-1
电氢转换系数 /( kWh · k g ) 33 由于办公楼与居民楼在向电网买电时分属工
-1
投资成本 /( 元· k g ) 3500
商业用电和居民用电, 本文采用上海市工商业电
-1
年运行成本 /( 元· k g ) 50
储氢罐 寿命 / a 10 费和居民电费的分时计算方法, 如表 2 所示。
替换成本 /( 元· k g ) 3000 表 2 工商业和生活电费标准
-1
-1
压缩机运行成本 /( 元· k g ) 2.95
季节 时段 电价 /( 元· kWh )
-1
锅炉电热效率 / % 80
其他 居民用电
最大允许弃电率 / % 10
全年 6 : 00-22 : 00 0.677
考虑到工商业电热负荷和普通居民电热负荷 22 : 00 至次日 6 : 00 0.337
在电热负荷比例、 负荷时间、 气温特性上的不同特 工商业用电
8 : 00-11 : 00 、 18 : 00-21 : 00 1.189
点, 本研究基于 eQUEST 能耗软件对典型办公楼
非夏季 6 : 00-8 : 00 、 11 : 00-18 : 00 、 0.738
和居民楼的热电负荷进行模拟仿真, 其逐小时及 21 : 00-22 : 00
每月的平均热电负荷特性如图 2 所示 [ 12 , 15-16 ] 。办 22 : 00 至次日 6 : 00 0.351
8 : 00-11 : 00 、 13 : 00-15 : 00 、
公楼的年度总电和热负荷需求分 别为 1400.72 1.224
18 : 00-21 : 00
MWh 和 227.26MWh , 主要集中在上午 7 : 00 至 夏季 6 : 00-8 : 00 、 11 : 00-13 : 00 、
0.773
晚上 8 : 00 的工作时间, 晚上的负荷需求较低, 热 15 : 00-18 : 00 、 21-22 : 00
负荷需求远小于居民楼。居民楼的电和热负荷需 22 : 00 至次日 6 : 00 0.280