CN104457023B - 区域型冷热电三联供系统的设备容量优化配置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种区域型冷热电三联供系统的设备容量优化配置方法，所述区域型冷热电三联供系统的设备包括：原动机、吸收式热泵机组、压缩式热泵机组、压缩式冷水机组、燃气锅炉、蓄冷装置，优化配置方法包括：项目信息及负荷分析、夏季规划求解、冬季规划求解、蓄冷装置优化、输出结果。本方法结合系统负荷特性，考虑全寿命周期内系统的初投资及运行费用，对区域型冷热电三联供系统中各种供能和蓄能设备的容量的配置进行优化，提高系统的投资和运行经济性，同时提高各设备的使用率，具有极高的推广价值。

Description

区域型冷热电三联供系统的设备容量优化配置方法

技术领域

本发明涉及一种区域型冷热电三联供系统的设备容量优化配置方法，属于能源技术领域，特别涉及冷热电三联供的系统组成与配置。

背景技术

冷热电三联供系统一般以天然气为燃料，利用原动机(燃气轮机、燃气内燃机或微燃机等设备)发电，同时回收原动机产生的余热，余热以烟气、蒸汽或热水形式被利用冬季用于供暖，夏季则通过吸收式制冷机制冷，同时还可以提供生活热水。冷热电三联供系统可实现能源的高效转化及梯级利用，其单项发电效率不及大型发电厂的高，一般只有30％左右，但联供系统能够充分利用燃料燃烧废热及余热，其一次能源利用率高达70％以上，总体效率要高于常规系统。

目前三联供系统大多是针对楼宇规模，也可称之为楼宇冷热电三联供系统，主要用于酒店、医院和办公项目中一栋或多栋建筑，建筑应用规模一般在10万平方米以下。然而随着国内项目建设规模的不断加大、规划及设计水平的不断提高、对节能环保意识的不断增强，国内已经有十余个大规模集中建造的区域能源中心，为周边建筑供冷、供热，建筑应用规模一般都超过30万平方米。区域型能源中心目前有常规的冷水机组+燃气锅炉、地水源热泵、电厂余热回收集中供热等种类系统形式。近年来冷热电三联供系统由于其对能源高效梯级利用和对环境较小影响而受到市场青睐，区域型冷热电三联供系统将成为区域能源中心系统应用的主要形式之一。

然而由于区域型冷热电三联供系统规模庞大、设备类型较多、建设周期较长、建筑接入时间不一致、建筑使用功能不一致等特点，其设备配置容量与系统初投资和系统运行费用的关系非常大，是系统建设前期考虑的主要问题之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是解决区域型冷热电三联供建设前期设备配置容量的确定方法，提升区域型冷热电三联供系统投资和运行经济性。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种区域型冷热电三联供系统的设备容量优化配置方法，所述区域型冷热电三联供系统的设备包括：原动机、吸收式热泵机组、压缩式热泵机组、压缩式冷水机组、燃气锅炉、蓄冷装置，其中吸收式热泵机组的输入端与原动机连接，用于回收余热同时提供冷冻水或热水；压缩式热泵机组与外部冷热源连接，用于提供冷冻水或热水；压缩式冷水机组分别与蓄冷装置、外部冷却塔连接，用于提供冷冻水；燃气锅炉用于提供热水；蓄冷装置用于提供冷冻水；所述优化配置方法包括步骤：

(1)项目信息及负荷分析：根据输入项目信息进行动态负荷模拟、负荷特征分析；

(2)夏季规划求解，具体为：

(2.1)根据夏季三联供系统运行时间、原动机最小运行时间、项目最大冷负荷对各设备容量赋值；

(2.2)根据各设备容量进行设备初投资计算，根据冷负荷随时间逐时变化数据进行夏季运行费用计算得到本寿命周期内费用；

(2.3)根据多目标规划求解理论判断本寿命周期内费用是否大于本寿命周期内费用的最小值，若是，则根据(2.1)中赋值的各设备容量预判出夏季设备容量，若否，则返回(2.1)重新对各设备容量赋值，进行寿命周期费用循环判断；

(3)冬季规划求解，具体为：

(3.1)根据冬季三联供系统运行时间、原动机最小运行时间、项目最大热负荷对各设备容量赋值；

(3.2)根据各设备容量进行设备初投资计算，根据热负荷随时间逐时变化数据进行冬季运行费用计算得到本寿命周期内费用；

(3.3)根据多目标规划求解理论判断本寿命周期内费用是否大于本寿命周期内费用的最小值，若是，则根据(3.1)中赋值的各设备容量预判出冬季设备容量，若否，则返回(3.1)重新对各设备容量赋值，进行寿命周期费用循环判断；

(4)蓄冷装置优化：根据预判出的夏季设备容量、冬季设备容量得到预判设备容量，根据预判设备容量进行蓄冷、释冷平衡计算，确定蓄冷设备容量；

(5)输出结果：输出设备容量，即夏季设备容量、冬季设备容量、蓄冷设备容量。

进一步的，本发明的区域型冷热电三联供系统的设备容量优化配置方法，步骤(1)中所述负荷特征分析结果包括三联供系统的冷负荷随时间逐时变化数据及曲线图、热负荷随时间逐时变化数据及曲线图、最大冷负荷、最大热负荷。

进一步的，本发明的区域型冷热电三联供系统的设备容量优化配置方法，步骤(2)中所述各设备容量赋值时其逻辑关系为：

${\mathrm{\η}}_1=\frac{A_1}{A_1+A_2},{\mathrm{\η}}_2=\frac{A_3}{A_1+A_2},{\mathrm{\η}}_3=\frac{A_4}{A_3},A_1=\frac{A_5}{{\mathrm{\η}}_5},$ L_max1＝A₄+A₅+A₆，A₄+A₅＞A₆；

其中A₁为原动机夏季发电量，A₂为原动机夏季产热量，A₃为原动机夏季余热利用量，A₄为吸收式热泵机组夏季制冷量，A₅为压缩式热泵机组夏季制冷量，A₆为压缩式冷水机组制冷量，L_max1为最大冷负荷，单位均为kW；其中η₁为原动机发电效率，η₂为原动机余热利用效率，η₃为吸收式热泵机组制冷效率，η₅为压缩式热泵机组制冷效率。

进一步的，本发明的区域型冷热电三联供系统的设备容量优化配置方法，步骤(2.2)中进行夏季运行费用计算时其逻辑关系为：

(2.2.1)当L_n＞A₄+A₅时，逐时运行费用 $O_n=\frac{A_1{P}_{\mathrm{gas}}}{9.886{\mathrm{\η}}_1}+\frac{(L_n-A_4-A_5)P_n}{{\mathrm{\η}}_7};$

(2.2.2)当A₆＜L_n＜A₄+A₅，且L_n＜A₅+A₆时，逐时运行费用

(2.2.3)当A₆＜L_n＜A₄+A₅，且L_n＞A₅+A₆时，逐时运行费用

(2.2.4)当L_n＜A₆时，逐时运行费用

(2.2.5)夏季总运行费用

其中L_n为逐时冷负荷，单位为kW；O_n为逐时运行费用，单位为元；P_n为逐时电价，单位为元/kWh；η₇为压缩式制冷效率，P_gas为天然气价格，单位为元/m³；O_cooling为夏季总运行费用，单位为元。

进一步的，本发明的区域型冷热电三联供系统的设备容量优化配置方法，步骤(3)中所述各设备容量赋值时其逻辑关系为：

${\mathrm{\η}}_1=\frac{B_1}{B_1+B_2},{\mathrm{\η}}_2=\frac{B_3}{B_1+B_2},{\mathrm{\η}}_4=\frac{B_4}{B_3},B_1=\frac{B_5}{{\mathrm{\η}}_6},$ L_max2＝B₄+B₅+B₆η₈，B₄+B₅＞B₆η₈；

其中B₁为原动机冬季发电量，B₂为原动机冬季产热量，B₃为原动机冬季余热利用量，B₄为吸收式热泵机组冬季制热量，B₅为压缩式热泵机组冬季制热量，B₆为燃气锅炉冬季制热量，L_max2为最大热负荷，单位均为kW；η₄为吸收式热泵制热效率，η₆为压缩式热泵制热效率，η₈为燃气锅炉效率。

进一步的，本发明的区域型冷热电三联供系统的设备容量优化配置方法，步骤(3.2)中进行冬季运行费用计算时其逻辑关系为：

(3.2.1)当L_n＞B₄+B₅时，逐时运行费用 $O_n=\frac{B_1{P}_{\mathrm{gas}}}{9.886{\mathrm{\η}}_1}+(L_n-B_4-B_5){\mathrm{\η}}_8{P}_{\mathrm{gas}};$

(3.2.2)当B₅＜L_n＜B₄+B₅，且L_n＞B₄时，逐时运行费用

(3.2.3)当B₅＜L_n＜B₄+B₅，且L_n＜B₄时，逐时运行费用

(3.2.4)当L_n＜B₅时，逐时运行费用

(3.2.5)冬季总运行费用

其中L_n为逐时热负荷，单位为kW；O_n为逐时运行费用，单位为元；P_n为逐时电价，单位为元/kWh；P_gas为天然气价格，单位为元/m³；O_heating为冬季总运行费用，单位为元；η₇为压缩式制冷效率，f₁(L_n-B₅)为判定函数，当L_n-B₅＞0时，函数为f₁(L_n-B₅)＝L_n-B₅，当L_n-B₅＜0时，函数为f₁(L_n-B₅)＝0。

进一步的，本发明的区域型冷热电三联供系统的设备容量优化配置方法，所述设备初投资计算是将用于三联供系统的设备价格和设备容量进行了拟合，各设备价格随容量变化的函数如下：

(a)原动机为燃气轮机时价格为指数函数，其中y₁为燃气轮机价格，单位元，x₁为燃气轮机额定工况发电量，单位为kw,，C₁、D₁为常数，根据不同时间、不同品牌的价格确定具体数值；

(b)原动机为燃气内燃机时价格为线性函数，y₂＝C₂x₂+D₂，其中y₂为燃气内燃机价格，单位元，x₂为燃气内燃机额定工况发电量，单位为kw,，C₂、D₂为常数，根据不同时间、不同品牌的价格确定具体数值；

(c)吸收式热泵机组价格为抛物线函数，其中y₃为吸收式热泵机组价格，单位元，x₃为吸收式热泵机组额定制热量，单位为kw，C₃、D₃、E₃为常数，根据不同时间、不同品牌的价格确定具体数值；

(d)压缩式热泵机组价格为线性函数，y₄＝C₄x₄，其中y₄为压缩式热泵机组价格，单位元，x₄为压缩式热泵机组额定制热量，单位为kw，C₄为常数，根据不同时间、不同品牌、不同热泵冷热源的价格确定具体数值；

(e)压缩式冷水机组价格为线性函数，y₅＝C₅x₅，其中y₅为压缩式冷水机组价格，单位元，x₅为压缩式冷水机组额定制热量，单位为kw，C₅为常数，根据不同时间、不同品牌的价格确定具体数值；

(f)燃气锅炉价格为线性函数，y₆＝C₆x₆，其中y₆为燃气锅炉价格，单位元，x₆为燃气锅炉供热量，单位为kw，C₆为常数，根据不同时间、不同品牌的价格确定具体数值。

进一步的，本发明的区域型冷热电三联供系统的设备容量优化配置方法，本寿命周期内费用的最小值判定依据如下：

夏季规划求解时，各设备寿命周期内费用的最小值判据为：

冬季规划求解时，各设备寿命周期内费用的最小值判据为：

其中y_i为各种设备价格，α为系统使用年限，O_cooling为夏季总运行费用，单位为元，O_heating为冬季总运行费用，单位为元。

进一步的，本发明的区域型冷热电三联供系统的设备容量优化配置方法，预判设备容量的依据如下：

(4.1)当原动机夏季发电量A₁≤原动机冬季发电量B₁时，吸收式热泵机组冬季制热量B₄为吸收式热泵机组夏季制冷量A₄的0.7倍，压缩式热泵机组冬季制热量B₅为压缩式热泵机组夏季制冷量A₅的1.3倍，压缩式冷水机组制冷量A₆直接由夏季设备容量得出，燃气锅炉制热量B₆＝L_max2-0.7A₄-1.3A₅；

(4.2)当原动机夏季发电量A₁＞原动机冬季发电量B₁时，吸收式热泵机组夏季制冷量A₄为吸收式热泵机组冬季制热量B₄的1.5倍，压缩式热泵机组夏季制冷量A₅为压缩式热泵机组冬季制热量B₅的0.8倍，压缩式冷水机组制冷量A₆＝L_max1-1.5B₄-0.8B₅，燃气锅炉制热量B₆直接由冬季设备容量得出。

进一步的，本发明的区域型冷热电三联供系统的设备容量优化配置方法，其中蓄冷、释冷平衡的计算依据如下：

其中A'₆为优化后的压缩式冷水机组制冷量，单位为Kw，T₁为低谷电价持续时间，单位为hr，T₂为蓄冷装置调峰运行时间，单位为hr，η₉为蓄冷装置蓄冷热力完善度；

蓄冷设备容量的计算依据如下：A₇＝A'₆T₁，其中A₇为蓄冷设备容量，单位为Kwh。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本发明结合系统负荷特性，考虑全寿命周期内系统的初投资及运行费用，对区域型冷热电三联供系统中各种供能和蓄能设备的容量的配置进行优化，提高区域型冷热电三联供系统的投资和运行经济性，同时提高各设备的使用率，具有极高的推广价值。

附图说明

图1是本发明所涉及系统设备原理图；

图1中各部件编号及名称如下：

S1-燃气内燃机或燃气轮机等原动机发电设备，S2-吸收式热泵机组，S3-燃气锅炉，S4-压缩式冷水机组，S5-压缩式热泵机组，S6-冷却塔，S7-压缩式热泵机组冷热源，S8-蓄冷装置，P1-P8均为循环水泵，V1-V8均为切换阀门。

图2是本发明的优化配置方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

如图2所示，本发明将区域型冷热电三联供系统的设备容量优化配置方法分为以下五个模块：项目信息及负荷分析模块、夏季规划求解模块、冬季规划求解模块、蓄冷装置优化模块、输出结果模块。若项目无蓄冷、蓄热需求，可跳过蓄冷装置优化模块直接执行下一个模块。

项目信息及负荷分析模块，用于输入项目信息、动态负荷模拟、负荷特征分析。本模块的模拟和分析是暖通行业的一种常规手段，即动态负荷模拟、负荷特征分析可以采用常规的比较成熟的商业化动态负荷分析软件进行，在此不再赘述。

夏季规划求解模块，用于输入夏季运行时间、原动机最小运行时间、各设备容量赋值，以及进行设备初投资计算、夏季运行费用计算、寿命周期费用循环判断、预判夏季设备容量。

冬季规划求解模块，用于输入冬季运行时间、原动机最小运行时间、各设备容量赋值，以及进行设备初投资计算、冬季运行费用计算、寿命周期费用循环判断、预判冬季设备容量。

蓄冷装置优化模块，用于预判设备容量、蓄冷释冷平衡计算、确定蓄冷设备容量。

输出结果模块，用于输出设备容量。

本发明所涉及冷热电三联供系统包括原动机、吸收式热泵机组、压缩式热泵机组、压缩式制冷机组、燃气锅炉和蓄冷设备，其系统原理图见附图1，其中吸收式热泵机组的输入端与原动机连接，用于回收余热同时提供冷冻水或热水；压缩式热泵机组与外部冷热源连接，用于提供冷冻水或热水；压缩式冷水机组分别与蓄冷装置、外部冷却塔连接，用于提供冷冻水；燃气锅炉用于提供热水；蓄冷装置用于提供冷冻水；本系统中原动机发电应用方式应为并网上网，原动机发电主要用于驱动压缩式热泵机组。

如图2所示，夏季规划求解模块中包括输入夏季运行时间、输入原动机最小运行时间、各设备容量赋值、设备初投资计算、夏季运行费用计算、寿命周期费用循环判断、预判夏季设备容量等七个步骤。

如图2所示，冬季规划求解模块中包括输入冬季运行时间、输入原动机最小运行时间、各设备容量赋值、设备初投资计算、冬季运行费用计算、寿命周期费用循环判断、预判冬季设备容量等七个步骤。

本方法中，冬夏季分别按照逐时动态负荷求解运行费用，按照最大负荷求解最大设备容量配置，不断调整设备容量配置，直至达到初投资和系统使用年限内运行费用最小为止。

本发明所提出的区域型冷热电三联供系统夏季设备容量优化配置方法，其逻辑关系及限定条件如下：

${\mathrm{\η}}_1=\frac{A_1}{A_1+A_2},{\mathrm{\η}}_2=\frac{A_3}{A_1+A_2},{\mathrm{\η}}_3=\frac{A_4}{A_3},A_1=\frac{A_5}{{\mathrm{\η}}_5},$ L_max1＝A₄+A₅+A₆，A₄+A₅＞A₆；

其中A₁为原动机夏季发电量，A₂为原动机夏季产热量，A₃为原动机夏季余热利用量，A₄为吸收式热泵机组夏季制冷量，A₅为压缩式热泵机组夏季制冷量，A₆为压缩式冷水机组制冷量，L_max1为最大冷负荷，单位均为kW。其中η₁为原动机发电效率，η₂为原动机余热利用效率，η₃为吸收式热泵制冷效率，η₅为压缩式热泵制冷效率，η₇为压缩式制冷效率。

本发明所提出的区域型冷热电三联供系统夏季设备容量优化配置方法，其夏季运行费用计算时逻辑关系如下：

(1)当L_n＞A₄+A₅时，逐时运行费用 $O_n=\frac{A_1{P}_{\mathrm{gas}}}{9.886{\mathrm{\η}}_1}+\frac{(L_n-A_4-A_5)P_n}{{\mathrm{\η}}_7};$

(2)当A₆＜L_n＜A₄+A₅，且L_n＜A₅+A₆时，逐时运行费用

(3)当A₆＜L_n＜A₄+A₅，且L_n＞A₅+A₆时，逐时运行费用

(4)当L_n＜A₆时，逐时运行费用

(5)夏季总运行费用

其中L_n为逐时冷负荷，单位为kW；O_n为逐时运行费用，单位为元；P_n为逐时电价，单位为元/kWh；P_gas为天然气价格，单位为元/m³；O_cooling为夏季总运行费用，单位为元。

本发明所提出的区域型冷热电三联供系统冬季设备容量优化配置方法，其逻辑关系及限定条件如下：

${\mathrm{\η}}_1=\frac{B_1}{B_1+B_2},{\mathrm{\η}}_2=\frac{B_3}{B_1+B_2},{\mathrm{\η}}_4=\frac{B_4}{B_3},B_1=\frac{B_5}{{\mathrm{\η}}_6},$ L_max2＝B₄+B₅+B₆η₈，B₄+B₅＞B₆η₈；

其中B₁为原动机冬季发电量，B₂为原动机冬季产热量，B₃为原动机冬季余热利用量，B₄为吸收式热泵机组冬季制热量，B₅为压缩式热泵机组冬季制热量，B₆为燃气锅炉冬季制热量，L_max2为最大热负荷，单位均为kW。η₄为吸收式热泵制热效率，η₆为压缩式热泵制热效率，η₈为燃气锅炉效率。

本发明所提出的区域型冷热电三联供系统冬季设备容量优化配置方法，其冬季运行费用计算时逻辑关系如下：

(1)当L_n＞B₄+B₅时，逐时运行费用 $O_n=\frac{B_1{P}_{\mathrm{gas}}}{9.886{\mathrm{\η}}_1}+(L_n-B_4-B_5){\mathrm{\η}}_8{P}_{\mathrm{gas}};$

(2)当B₅＜L_n＜B₄+B₅，且L_n＞B₄时，逐时运行费用

(3)当B₅＜L_n＜B₄+B₅，且L_n＜B₄时，逐时运行费用

(4)当L_n＜B₅时，逐时运行费用

(5)冬季总运行费用

其中L_n为逐时热负荷，单位为kW；O_n为逐时运行费用，单位为元；P_n为逐时电价，单位为元/kWh；P_gas为天然气价格，单位为元/m³；O_heating为冬季总运行费用，单位为元；f₁(L_n-B₅)为判定函数，当L_n-B₅＞0时，函数为f₁(L_n-B₅)＝L_n-B₅，当L_n-B₅＜0时，函数为f₁(L_n-B₅)＝0。

本发明将用于三联供系统的设备价格和设备容量进行了拟合，各设备价格随容量变化的函数如下：

(1)原动机为燃气轮机时价格为指数函数，其中y₁为燃气轮机价格，单位元，x₁为燃气轮机额定工况发电量，单位为kw,，C₁、D₁为常数，可根据不同时间、不同品牌的价格确定具体数值。

(2)原动机为燃气内燃机时价格为线性函数，y₂＝C₂x₂+D₂，其中y₂为燃气内燃机价格，单位元，x₂为燃气内燃机额定工况发电量，单位为kw,，C₂、D₂为常数，可根据不同时间、不同品牌的价格确定具体数值。

(3)吸收式热泵机组价格为抛物线函数，其中y₃为吸收式热泵机组价格，单位元，x₃为吸收式热泵机组额定制热量，单位为kw，C₃、D₃、E₃为常数，可根据不同时间、不同品牌的价格确定具体数值。

(4)压缩式热泵机组价格为线性函数，y₄＝C₄x₄，其中y₄为压缩式热泵机组价格，单位元，x₄为压缩式热泵机组额定制热量，单位为kw，C₄为常数，可根据不同时间、不同品牌、不同热泵冷热源的价格确定具体数值。

(5)压缩式冷水机组价格为线性函数，y₅＝C₅x₅，其中y₅为压缩式冷水机组价格，单位元，x₅为压缩式冷水机组额定制热量，单位为kw，C₅为常数，可根据不同时间、不同品牌的价格确定具体数值。

(6)燃气锅炉价格为线性函数，y₆＝C₆x₆，其中y₆为燃气锅炉价格，单位元，x₆为燃气锅炉供热量，单位为kw，C₆为常数，可根据不同时间、不同品牌的价格确定具体数值。

以上所述仅是一种设备价格随容量的变化函数，应当指出，对于其他类型设备价格随容量变化的函数仍然适用于本发明专利。

本发明中寿命周期内费用最小值判定依据如下：

夏季各设备容量的判据为：

冬季各设备容量的判据为：

其中yi为各种设备价格，α为系统使用年限。

以上所述仅是一种寿命周期内费用最小值判定方法，应当指出，对于其他类型寿命周期内费用最小值判定方法仍然适用于本发明专利。

本发明分别得出夏季和冬季设备容量后，应保证原动机、吸收式热泵机组、压缩式热泵机组的使用率，预判设备容量的依据如下：

(1)当A₁≤B₁时，原动机夏季发电量为A₁，吸收式热泵机组夏季制冷量为A₄，吸收式热泵机组冬季制热量B₄＝0.7A₄，压缩式热泵机组夏季制冷量为A₅，压缩式热泵机组冬季制热量为B₅＝1.3A₅，压缩式冷水机组制冷量为A₆，燃气锅炉制热量B₆＝L_max2-0.7A₄-1.3A₅。

(2)当A₁＞B₁时，原动机夏季发电量为B₁，吸收式热泵机组夏季制冷量为A₄＝1.5B₄，吸收式热泵机组冬季制热量B₄，压缩式热泵机组夏季制冷量为A₅＝0.8B₅，压缩式热泵机组冬季制热量为B₅，压缩式冷水机组制冷量为A₆＝L_max1-1.5B₄-0.8B₅，燃气锅炉制热量B₆。

该求解方法中将使得原动机及其对应的吸收式机组和压缩式热泵机组的使用率较高，夏季压缩式冷水机组和冬季燃气锅炉用于调峰，在蓄冷装置优化模块中仅针对压缩式冷水机组和蓄冷装置容量进行优化。在于本方法中蓄冷、释冷平衡的计算依据如下：

$A_6=\frac{{\mathrm{\η}}_9{A}_6^{\′}{T}_1}{T_2}+A_6^{\′};$

其中A'₆为优化后的压缩式冷水机组制冷量，单位为Kw，T₁为低谷电价持续时间，单位为hr，T₂为峰值电价持续时间，单位为hr，η₉为蓄冷装置蓄冷热力完善度。

蓄冷设备容量的计算依据如下：

A₇＝A'₆T₁；

其中A₇为蓄冷设备容量，单位为Kwh。

以上所述是蓄冷装置的优化方法，应当指出，对于包含蓄热装置的系统，该方法仍然适用于本发明专利。

本技术领域技术人员可以理解的是，本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本发明中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。

以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种区域型冷热电三联供系统的设备容量优化配置方法，所述区域型冷热电三联供系统的设备包括：原动机、吸收式热泵机组、压缩式热泵机组、压缩式冷水机组、燃气锅炉、蓄冷装置，其中吸收式热泵机组的输入端与原动机连接，用于回收余热同时提供冷冻水或热水；压缩式热泵机组与外部冷热源连接，用于提供冷冻水或热水；压缩式冷水机组分别与蓄冷装置、外部冷却塔连接，用于提供冷冻水；燃气锅炉用于提供热水；蓄冷装置用于提供冷冻水；其特征在于，所述优化配置方法包括步骤：

(1)项目信息及负荷分析：根据输入项目信息进行动态负荷模拟、负荷特征分析；

(2)夏季规划求解，具体为：

(2.1)根据夏季三联供系统运行时间、原动机最小运行时间、项目最大冷负荷对各设备容量赋值；

(2.2)根据各设备容量进行设备初投资计算，根据冷负荷随时间逐时变化数据进行夏季运行费用计算得到本寿命周期内费用；

(2.3)根据多目标规划求解理论判断本寿命周期内费用是否大于本寿命周期内费用的最小值，若是，则根据(2.1)中赋值的各设备容量预判出夏季设备容量，若否，则返回(2.1)重新对各设备容量赋值，进行寿命周期费用循环判断；其中夏季规划求解时，各设备寿命周期内费用的最小值判据为：

其中y_i为各种设备价格，α为系统使用年限，O_cooling为夏季总运行费用，单位为元，

(3)冬季规划求解，具体为：

(3.1)根据冬季三联供系统运行时间、原动机最小运行时间、项目最大热负荷对各设备容量赋值；

(3.2)根据各设备容量进行设备初投资计算，根据热负荷随时间逐时变化数据进行冬季运行费用计算得到本寿命周期内费用；

(3.3)根据多目标规划求解理论判断本寿命周期内费用是否大于本寿命周期内费用的最小值，若是，则根据(3.1)中赋值的各设备容量预判出冬季设备容量，若否，则返回(3.1)重新对各设备容量赋值，进行寿命周期费用循环判断；其中冬季规划求解时，各设备寿命周期内费用的最小值判据为：

其中y_i为各种设备价格，α为系统使用年限，O_heating为冬季总运行费用，单位为元；

(4)蓄冷装置优化：根据预判出的夏季设备容量、冬季设备容量得到预判设备容量，根据预判设备容量进行蓄冷、释冷平衡计算，确定蓄冷设备容量；

(5)输出结果：输出设备容量，即夏季设备容量、冬季设备容量、蓄冷设备容量。

2.根据权利要求1所述的区域型冷热电三联供系统的设备容量优化配置方法，其特征在于，步骤(1)中所述负荷特征分析的结果包括三联供系统的冷负荷随时间逐时变化数据及曲线图、热负荷随时间逐时变化数据及曲线图、最大冷负荷、最大热负荷。

3.根据权利要求1所述的区域型冷热电三联供系统的设备容量优化配置方法，其特征在于，步骤(2)中所述各设备容量赋值时其逻辑关系为：

${\mathrm{\η}}_1=\frac{A_1}{A_1+A_2},{\mathrm{\η}}_2=\frac{A_3}{A_1+A_2},{\mathrm{\η}}_3=\frac{A_4}{A_3},A_1=\frac{A_5}{{\mathrm{\η}}_5},L_{max1}=A_4+A_5+A_6,A_4+A_5>A_6;$

其中A₁为原动机夏季发电量，A₂为原动机夏季产热量，A₃为原动机夏季余热利用量，A₄为吸收式热泵机组夏季制冷量，A₅为压缩式热泵机组夏季制冷量，A₆为压缩式冷水机组制冷量，L_max1为最大冷负荷，单位均为kW；其中η₁为原动机发电效率，η₂为原动机余热利用效率，η₃为吸收式热泵机组制冷效率，η₅为压缩式热泵机组制冷效率。

4.根据权利要求3所述的区域型冷热电三联供系统的设备容量优化配置方法，其特征在于，步骤(2.2)中进行夏季运行费用计算时其逻辑关系为：

(2.2.1)当L_n>A₄+A₅时，逐时运行费用

(2.2.2)当A₆<L_n<A₄+A₅，且L_n<A₅+A₆时，逐时运行费用

(2.2.3)当A₆<L_n<A₄+A₅，且L_n>A₅+A₆时，逐时运行费用

(2.2.4)当L_n<A₆时，逐时运行费用

(2.2.5)夏季总运行费用

其中L_n为逐时冷负荷，单位为kW；O_n为逐时运行费用，单位为元；P_n为逐时电价，单位为元/kWh；η₇为压缩式制冷效率，P_gas为天然气价格，单位为元/m³；O_cooling为夏季总运行费用，单位为元。

5.根据权利要求1所述的区域型冷热电三联供系统的设备容量优化配置方法，其特征在于，步骤(3)中所述各设备容量赋值时其逻辑关系为：

${\mathrm{\&eta;}}_1=\frac{B_1}{B_1+B_2},{\mathrm{\&eta;}}_2=\frac{B_3}{B_1+B_2},{\mathrm{\&eta;}}_4=\frac{B_4}{B_3},B_1=\frac{B_5}{{\mathrm{\&eta;}}_6},L_{max2}=B_4+B_5+B_6{\mathrm{\&eta;}}_8,B_4+B_5>B_6{\mathrm{\&eta;}}_8;$

其中B₁为原动机冬季发电量，B₂为原动机冬季产热量，B₃为原动机冬季余热利用量，B₄为吸收式热泵机组冬季制热量，B₅为压缩式热泵机组冬季制热量，B₆为燃气锅炉冬季制热量，L_max2为最大热负荷，单位均为kW；η₄为吸收式热泵制热效率，η₆为压缩式热泵制热效率，η₈为燃气锅炉效率。

6.根据权利要求5所述的区域型冷热电三联供系统的设备容量优化配置方法，其特征在于，步骤(3.2)中进行冬季运行费用计算时其逻辑关系为：

(3.2.1)当L_n>B₄+B₅时，逐时运行费用

(3.2.2)当B₅<L_n<B₄+B₅，且L_n>B₄时，逐时运行费用

(3.2.3)当B₅<L_n<B₄+B₅，且L_n<B₄时，逐时运行费用

(3.2.4)当L_n<B₅时，逐时运行费用

(3.2.5)冬季总运行费用

其中L_n为逐时热负荷，单位为kW；O_n为逐时运行费用，单位为元；P_n为逐时电价，单位为元/kWh；P_gas为天然气价格，单位为元/m³；O_heating为冬季总运行费用，单位为元；η₇为压缩式制冷效率，f₁(L_n-B₅)为判定函数，当L_n-B₅>0时，函数为f₁(L_n-B₅)＝L_n-B₅，当L_n-B₅<0时，函数为f₁(L_n-B₅)＝0。

7.根据权利要求1所述的区域型冷热电三联供系统的设备容量优化配置方法，其特征在于，所述设备初投资计算是将用于三联供系统的设备价格和设备容量进行了拟合，各设备价格随容量变化的函数如下：

(a)原动机为燃气轮机时价格为指数函数，其中y₁为燃气轮机价格，单位元，x₁为燃气轮机额定工况发电量，单位为kw，C₁、D₁为常数，根据不同时间、不同品牌的价格确定具体数值；

(b)原动机为燃气内燃机时价格为线性函数，y₂＝C₂x₂+D₂，其中y₂为燃气内燃机价格，单位元，x₂为燃气内燃机额定工况发电量，单位为kw，C₂、D₂为常数，根据不同时间、不同品牌的价格确定具体数值；

(c)吸收式热泵机组价格为抛物线函数，其中y₃为吸收式热泵机组价格，单位元，x₃为吸收式热泵机组额定制热量，单位为kw，C₃、D₃、E₃为常数，根据不同时间、不同品牌的价格确定具体数值；

(d)压缩式热泵机组价格为线性函数，y₄＝C₄x₄，其中y₄为压缩式热泵机组价格，单位元，x₄为压缩式热泵机组额定制热量，单位为kw，C₄为常数，根据不同时间、不同品牌、不同热泵冷热源的价格确定具体数值；

(e)压缩式冷水机组价格为线性函数，y₅＝C₅x₅，其中y₅为压缩式冷水机组价格，单位元，x₅为压缩式冷水机组额定制热量，单位为kw，C₅为常数，根据不同时间、不同品牌的价格确定具体数值；

(f)燃气锅炉价格为线性函数，y₆＝C₆x₆，其中y₆为燃气锅炉价格，单位元，x₆为燃气锅炉供热量，单位为kw，C₆为常数，根据不同时间、不同品牌的价格确定具体数值。

8.根据权利要求1所述的区域型冷热电三联供系统的设备容量优化配置方法，其特征在于，预判设备容量的依据如下：

(4.1)当原动机夏季发电量A₁≤原动机冬季发电量B₁时，吸收式热泵机组冬季制热量B₄为吸收式热泵机组夏季制冷量A₄的0.7倍，压缩式热泵机组冬季制热量B₅为压缩式热泵机组夏季制冷量A₅的1.3倍，压缩式冷水机组制冷量A₆直接由夏季设备容量得出，燃气锅炉制热量B₆＝L_max2-0.7A₄-1.3A₅；

(4.2)当原动机夏季发电量A₁＞原动机冬季发电量B₁时，吸收式热泵机组夏季制冷量A₄为吸收式热泵机组冬季制热量B₄的1.5倍，压缩式热泵机组夏季制冷量A₅为压缩式热泵机组冬季制热量B₅的0.8倍，压缩式冷水机组制冷量A₆＝L_max1-1.5B₄-0.8B₅，燃气锅炉制热量B₆直接由冬季设备容量得出。

9.根据权利要求8所述的区域型冷热电三联供系统的设备容量优化配置方法，其特征在于，蓄冷、释冷平衡的计算依据如下：

其中A'₆为优化后的压缩式冷水机组制冷量，单位为Kw，T₁为低谷电价持续时间，单位为hr，T₂为蓄冷装置调峰运行时间，单位为hr，η₉为蓄冷装置蓄冷热力完善度；蓄冷设备容量的计算依据如下：A₇＝A'₆T₁，其中A₇为蓄冷设备容量，单位为Kwh。