CN107451929A - 一种微型燃气轮机冷热电联供微电网的经济性分析系统 - Google Patents
一种微型燃气轮机冷热电联供微电网的经济性分析系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种微型燃气轮机冷热电联供微电网的经济性分析系统，该系统包括依次连接的数据库模块、输入模块、成本效益模块、经济性分析模块和输出模块；输入模块从数据库模块获取数据库相关数据信息，同时获取外部输入数据；成本效益模块首先从输入模块获取数据库相关数据信息以及外部输入数据，然后计算出不同利益相关者的成本效益，最后将不同利益相关者的成本效益发送至经济性分析模块；经济性分析模块根据不同利益者的成本效益分别对微电网的经济性进行分析，并将经济性结果发送至输出模块；输出模块包括经济性分析结果输出单元，用于输出微电网经济性结果。与现有技术相比，本发明具分析结果精度高、整合性强、紧密结合工程实际。
Description
技术领域
本发明涉及一种微电网的经济性分析系统，尤其是涉及一种微型燃气轮机冷热电联供微电网的经济性分析系统。
背景技术
我国已进入全面建成小康社会的决定性阶段，正处于经济转型升级、加快推进社会主义现代化的重要时期，也处于城镇化深入发展的关键时期，必须深刻认识城镇化对经济社会发展的重大意义，牢牢把握城镇化蕴含的巨大机遇。新型城镇化是由以农业为主的传统社会向以工业、服务业、高新技术产业和信息产业为主的现代城市社会逐步转变的过程。这个转变过程将使得社会的用电需求和产业用电结构发生新的变化。
目前，中国城镇人口年均消耗能源约为农村人口的3.5倍。农村人口移居城镇后，将逐步放弃使用木材、煤炭等能源，转而使用电力。城镇电力设施相对完善，居民转向使用清洁、安全、便利的电力，电力在终端能源消费中的比重增加。使用液化天然气(LNG)实现冷热电三联供，既能集中制冷、制热、发电，还能解决天然气调峰问题。这样就能实现能源的清洁化利用，改善城乡用能方式，实现新城镇、新能源、新生活。另外，微网技术的提出旨在中低压电网层面上实现分布式发电技术的灵活、高效应用，解决数量庞大、形式多样的分布式电源并网运行时的主要问题。然而，电力工程项目投入建设前需要做严谨的成本效益分析，对其进行经济性评价。因此对新型城镇化下的微型燃气轮机冷热电联供微电网的经济性进行评价意义重大。
经对现有文献进行检索发现，现有文献中，华北电力大学王江江博士在文献《楼宇级冷热电联供系统优化及多属性综合评价方法研究》中以楼宇级冷热电联供系统为研究对象，以系统优化为主线，结合我国地域气候及建筑负荷特性，多角度地探索和分析了楼宇级联供系统的热力性、经济性、环境影响性及可靠性等多方面的性能，以节能、经济和环保等综合效益为目标对其进行了优化设计；王成山、洪博文和郭力等人在《中国电机工程学报》(2013,31:26-33)上发表的《冷热电联供微网优化调度通用建模方法》提出描述其组成和结构的母线式结构，并围绕该系统结构设计了微网调度优化模型构架，围绕该结构建立联供型微网日前动态经济调度的0-1混合整数线性规划模型；王旭东在其硕士论文《冷热电三联供分布式能源综合效益分析》为实现天然气冷热电联供系统的综合效益，构建了包含了环境效益、经济效益及社会效益三方面的评价指标体系，并提出基于AHP-灰色三角白化权函数的综合评价模型，以期全面科学地反映天然气冷热电联供的综合效益。以上文献从冷热电联供的能量利用效率、优化调度以及评价体系的建立展开了研究，但是基本未考虑新型城镇化的大趋势对冷热电联供微电网发展的影响，建立的评价体系仅停留在模糊数学评价的层面，较少进行定量分析。所以在新型城镇化下微型燃气轮机冷热联供型微电网建立完整的成本效益计算模型并采用合理的经济性评价方法对其进行计算值得深入研究。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种精度高、整合性强、紧密结合工程实际的新型城镇化下的微型燃气轮机冷热电联供微电网的经济性分析系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种微型燃气轮机冷热电联供微电网的经济性分析系统，该系统包括依次连接的数据库模块、输入模块、成本效益模块、经济性分析模块和输出模块；
所述的输入模块从数据库模块获取数据库相关数据信息，同时获取外部输入数据；
成本效益模块首先从输入模块获取数据库相关数据信息以及外部输入数据，然后根据数据库相关数据信息和外部输入数据计算出不同利益相关者的成本效益，最后将不同利益相关者的成本效益发送至经济性分析模块；
经济性分析模块根据不同利益者的成本效益分别对微电网的经济性进行分析，并将经济性结果发送至输出模块；
输出模块包括经济性分析结果输出单元，用于输出微电网经济性结果。
所述的数据库模块包括储存利益相关者数据信息的利益相关者库、存储微电网数据信息的微电网库以及存储电力设备数据信息的电力设备库。
所述的输入模块包括与数据库模块连接的利益相关者数据输入单元、电力设备数据输入单元、微电网数据输入单元，所述的输入模块还包括用于获取外部输入数据的地块面积输入单元、人工成本输入单元、发电厂容量输入单元、网架结构数据输入单元、微电网发电量输入单元、排放物环境成本单价输入单元、污染物排放量输入单元、维修费用收取系数输入单元、DG补贴价及售电机输入单元、微型燃机装机成本输入单元以及政府补贴系数输入单元。
所述的成本效益模块包括电力公司成本效益计算子模块和微电网开发商成本效益计算子模块，进而计算电力公司和微电网开发商这两个利益相关者的成本效益；
电力公司成本效益计算子模块包括：电力公司成本计算单元和电力公司效益计算单元；
其中电力公司成本计算单元包括：
电力公司一次投资费用计算子单元：该子单元根据地块面积输入单元输入的地块面积以及电力设备数据输入单元输入的电力设备数据计算出电力公司一次投资费用；
电力公司运维费用计算子单元：该子单元根据人工成本输入单元的人工成本、一次投资费用计算子单元计算的一次投资费用以及维修费用收取系数输入单元输入的维修费用收取系数计算得到电力公司运维费用；
电力公司效益计算单元包括：
降低系统网损效益计算子单元、改善系统电压质量效益计算子单元、提高系统可靠性效益计算子单元、延缓网络更新效益计算子单元和环境效益计算子单元；
其中，降低系统网损效益计算子单元、改善系统电压质量效益计算子单元、提高系统可靠性效益计算子单元和延缓网络更新效益计算子单元均通过微电网潮流计算结果获取，所述的微电网潮流计算结果通过网架结构数据输入单元输入的网架结构数据和发电厂容量输入单元输入的发电厂发电容量进行牛拉法编程计算得到；
环境效益计算子单元：该子单元根据微电网发电量输入单元输入的冷热电联供发电量、排放物环境成本输入单元输入的排放物环境成本单价以及污染物排放量输入单元输入的污染物排放量进行计算得到；
微电网开发商成本效益计算子模块包括：微电网开发商成本计算单元和微电网开发商效益计算单元；
其中，微电网开发商成本计算单元包括：
微电网开发商一次投资费用计算子单元：该子单元根据地块面积输入单元输入的地块面积、微电网数据输入单元输入的微电网数据以及电力设备数据输入单元中的电力设备数据计算出微电网开发商一次投资费用；
微电网开发商运维费用计算子单元：该子单元根据微电网开发商一次投资费用计算子单元计算的微电网开发商一次投资费用、微电网数据输入单元输入的天然气价格和供暖期、制冷期、过渡期系统的运行时间计算得到微电网开发商运维费用；
微电网开发商效益计算单元包括：
政府补贴效益子单元：该子单元根据微电网开发商一次投资费用计算子单元计算的微电网开发商一次投资费用以及政府补贴系数输入单元输入的政府补贴系数计算得到政府补贴效益；
冷热电效益计算子单元：该子单元根据微电网数据输入单元输入的微电网数据以及DG补贴价格及售电机输入单元输入的售电价计算得到冷热电效益。
所述的电力公司一次投资费用具体为线路设备购置费用，通过下式计算得到：
CL＝T×φ+L×kq×C1+Cd+(num-1)×Cf+Cc
其中，CL为电力公司一次投资费用，T为改造占用的土地面积，φ为单位土地价格，L为主干线路长度，kq为线路曲折系数，即运用理想线路长度估算实际线路长度时的比例系数，C1为线路单位长度投资成本，Cd为线路断路器投资成本，Cf为分段开关的投资成本，num为线路的分段数，Cc为联络开关的投资成本；
所述的电力公司运维费用通过下式计算得到：
UL＝385×M+κ×CL
其中，UL为电力公司运维费用，M为人工成本，κ为维修费用收取系数；
所述的降低系统网损效益计算子单元根据下式计算降低系统网损效益：
PlossDG＝PlossDG1+PlossDG2
ΔPloss＝Ploss0-PlossDG
BPloss＝csaleΔPloss
其中，BPloss为降低系统网损效益，PlossDG1为电源到微电网接入点线路上产生的损耗，PlossDG2为微电网接入点到负荷端线路上产生的损耗，PlossDG为微电网接入后的总网损，Ploss0为微电网接入前网损，ΔPloss微电网接入后网损的变化量，r0为线路单位长度电阻，K为距离电源的距离，PL、QL分别为潮流计算得到的各条线路的有功功率和无功功率，Up为潮流计算得到的微电网接入点的电压，PDG、QDG分别为微电网输入配电网中的有功功率和无功功率，L为主干线路长度，csale为DG补贴价格及售电机输入单元输入的单位售电价；
所述的改善系统电压质量效益计算子单元通过下式计算得到改善系统电压质量效益BU：
其中，λ0和λ1分别表示分布式电源接入前后系统的年平均电压指标，bu为电压改善程度每提高一个百分点，电力公司为保证用户获得一定的电压质量减少的投资；
所述的提高系统可靠性效益计算子单元根据下式计算提高系统可靠性效益Breli：
其中，QEENS为年缺电量，i表示第i个负荷点，n为负荷点总个数，λi为负荷点的故障率，γi为第i个负荷点的故障平均持续时间，Pi为负荷点的负荷大小；
延缓网络更新效益计算子单元通过下式计算延缓网络更新效益Bupdate：
其中，Cmar为折算到每年的线路单位容量裕度费用成本，Up为节点电压，j为第j条线路支路，Nb为线路支路总条数，Ij0和Ij1分别为分布式电源接入前后第j条线路支路的电流；
所述的环境效益计算子单元根据下式计算得到环境效益Benvir：
Benvir＝Bj+Bk＝TL×Pen+(Pso2×α1+PNOX×α2+Pco2×α3)×Sug
其中，TL为北部煤电发出Sug电量所需标煤，Pen标为北部煤价，Pso2、PNOX和Pco2分别为排放物为SO2、NOx和CO2的环境成本单价，α1、α2和α3分别为SO2、NOx和CO2排放量；
所述的微电网开发商一次投资费用具体为燃气轮机、制冷机、换热器、燃气锅炉和线路设备购置费用，具体通过下式得到：
CMG＝TMG×φ+Cr+Cz+Ch+Cm+Cl
其中，CMG为微电网开发商一次投资费用，TMG为微电网建设占地面积，Cr、Cz、Ch、Cm、Cl分别为购买和安装微型燃气轮机、制冷机、换热器、燃气锅炉和线路设备的费用；
所述的微电网开发商运维费用通过下式计算得到：
UMG＝δWgas+UM
UM为微电网的运维检修费用，δ为当地天然气价格，Wgas为当年微电网消耗的天然气总量；
其中，当年微电网消耗的天然气总量Wgas通过下式计算得到：
Wgas＝W1·t1+W2·t2+W3·t3
t1、t2、t3分别为当年供暖期、制冷期和过渡期微电网的运行时间，W1、W2和W3分别为当年供暖期、制冷期和过渡期微电网单位运行时间消耗的天然气量，Qh为微电网热负荷，单位为kW，Qc为微电网冷负荷，单位为kW，Pe为微电网电负荷；COP为吸收式制冷机的制冷系数，ηh为换热器的换热效率；ηb为余热锅炉的余热回收效率，ηc为燃气内燃机组的余热回收效率，ηe为燃气内燃机组的发电效率；HVg为天然气的单位发热量，取置为10kW·h/m3；
所述的微电网开发商的政府补贴效益通过下式计算得到：
Bzf＝λ×CMG
其中，λ为政府补贴系数输入单元输入的政府补贴系数，CMG为微电网开发商一次投资费用；
所述的冷热电效益计算子单元根据下式计算冷热电效益：
Bgas＝(Qh·t1+Qc·t2+Pe·t3)·csale
其中，csale为DG补贴价格及售电机输入单元输入的单位售电价。
所述的经济性分析模块包括投资回收期计算单元，投资回收期计算单元获取成本效益模块计算的电力公司和微电网开发商这两个利益相关者的成本和效益，分别计算得到电力公司和微电网开发商对应的投资回收期Pt1和Pt2，然后将计算得到的Pt1和Pt2分别与电力工业投资基准回收期P0相比较判定得到微电网经济性结果，最后将得到的微电网经济性结果发送至输出模块，通过输出模块输出微电网经济性结果；
具体地，微电网经济性结果判定方法为：判断Pt1≤P0和Pt2≤P0是否均成立，若是则该微电网在财务上是可行的，微电网具有经济性，否则该微电网不具有经济性。
电力公司和微电网开发商对应的投资回收期Pt1和Pt2根据下式计算：
其中，CI1t为第t年的电力公司的总效益，CO1t为第t年的电力公司的总成本，CI2t为第t年微电网开发商的总效益，CO2t为第t年微电网开发商的总成本。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明从不同的利益相关者如电力公司和微电网开发商的角度考虑微电网经济性，成本效益计算过程中综合考虑了各种成本，效益包括了各种隐性效益如降低系统网损、改善系统电压质量、提高系统可靠性和环保效益等，具有精度高、整合性强、紧密结合工程实际等优点，能够为新型城镇化下冷热电联供微电网开发提供技术支撑；
(2)本发明经济性分析结果通过电力公司和微电网开发商两个利益相关者对应的投资回收期Pt1和Pt2与电力工业投资基准回收期P0进行比较，当Pt1和Pt2均小于P0，微电网具有经济性，考虑比较全面，分析结果更加可靠。
附图说明
图1为本发明经济性分析系统的结构框图；
图2为本发明经济性分析系统进行经济性分析的流程图；
图3为实施例中微型燃气轮机冷热电联供微电网的网络结构示意图。
其中1为数据库模块，2为输入模块，3为成本效益模块，4为经济性分析模块，5为输出模块，11为利益相关者库，12为微电网库，13为电力设备库，21为利益相关者数据输入单元，22为电力设备数据输入单元，23为微电网数据输入单元，24为地块面积输入单元，25为人工成本输入单元，26为发电厂容量输入单元，27为网架结构数据输入单元，28为微电网发电量输入单元，29为排放物环境成本单价输入单元，210为污染物排放量输入单元，211为维修费用收取系数输入单元，212为DG补贴价及售电机输入单元，213为微型燃机装机成本输入单元，214为政府补贴系数输入单元，31为电力公司一次投资费用计算子单元，32为电力公司运维费用计算子单元，33为降低系统网损效益计算子单元，34为改善系统电压质量效益计算子单元，35为提高系统可靠性效益计算子单元，36为延缓网络更新效益计算子单元，37为环境效益计算子单元，38为微电网开发商一次投资费用计算子单元，39为微电网开发商运维费用计算子单元，310为政府补贴效益子单元，311为冷热电效益计算子单元，41投资回收期计算单元，51为经济性分析结果输出单元。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1所示，一种微型燃气轮机冷热电联供微电网的经济性分析系统，该系统包括依次连接的数据库模块1、输入模块2、成本效益模块3、经济性分析模块4和输出模块5；输入模块2从数据库模块1获取数据库相关数据信息，同时获取外部输入数据；成本效益模块3首先从输入模块2获取数据库相关数据信息以及外部输入数据，然后根据数据库相关数据信息和外部输入数据计算出不同利益相关者的成本效益，最后将不同利益相关者的成本效益发送至经济性分析模块4；经济性分析模块4根据不同利益者的成本效益分别对微电网的经济性进行分析，并将经济性结果发送至输出模块5；输出模块5包括经济性分析结果输出单元51，用于输出微电网经济性结果。
数据库模块1包括储存利益相关者数据信息的利益相关者库11、存储微电网数据信息的微电网库12以及存储电力设备数据信息的电力设备库13；输入模块2包括与数据库模块1中利益相关者库11、微电网库12和电力设备库13对应连接的利益相关者数据输入单元21、电力设备数据输入单元22、微电网数据输入单元23，输入模块2还包括用于获取外部输入数据的地块面积输入单元24、人工成本输入单元25、发电厂容量输入单元26、网架结构数据输入单元27、微电网发电量输入单元28、排放物环境成本单价输入单元29、污染物排放量输入单元210、维修费用收取系数输入单元211、DG补贴价及售电机输入单元212、微型燃机装机成本输入单元213以及政府补贴系数输入单元214。
成本效益模块3包括电力公司成本效益计算子模块和微电网开发商成本效益计算子模块，进而计算电力公司和微电网开发商这两个利益相关者的成本效益；
电力公司成本效益计算子模块包括：电力公司成本计算单元和电力公司效益计算单元；
其中电力公司成本计算单元包括：
电力公司一次投资费用计算子单元31：该子单元根据地块面积输入单元24输入的地块面积以及电力设备数据输入单元22输入的电力设备数据计算出电力公司一次投资费用；
电力公司运维费用计算子单元32：该子单元根据人工成本输入单元25的人工成本、一次投资费用计算子单元计算的一次投资费用以及维修费用收取系数输入单元211输入的维修费用收取系数计算得到电力公司运维费用；
电力公司效益计算单元包括：
降低系统网损效益计算子单元33、改善系统电压质量效益计算子单元34、提高系统可靠性效益计算子单元35、延缓网络更新效益计算子单元36和环境效益计算子单元37；
其中，降低系统网损效益计算子单元33、改善系统电压质量效益计算子单元34、提高系统可靠性效益计算子单元35和延缓网络更新效益计算子单元36均通过微电网潮流计算结果获取，微电网潮流计算结果通过网架结构数据输入单元27输入的网架结构数据和发电厂容量输入单元26输入的发电厂发电容量进行牛拉法编程计算得到；
环境效益计算子单元37：该子单元根据微电网发电量输入单元28输入的冷热电联供发电量、排放物环境成本输入单元输入的排放物环境成本单价以及污染物排放量输入单元210输入的污染物排放量进行计算得到；
微电网开发商成本效益计算子模块包括：微电网开发商成本计算单元和微电网开发商效益计算单元；
其中，微电网开发商成本计算单元包括：
微电网开发商一次投资费用计算子单元38：该子单元根据地块面积输入单元24输入的地块面积、微电网数据输入单元23输入的微电网数据以及电力设备数据输入单元22中的电力设备数据计算出微电网开发商一次投资费用；
微电网开发商运维费用计算子单元39：该子单元根据微电网开发商一次投资费用计算子单元38计算的微电网开发商一次投资费用、微电网数据输入单元23输入的天然气价格和供暖期、制冷期、过渡期系统的运行时间计算得到微电网开发商运维费用；
微电网开发商效益计算单元包括：
政府补贴效益子单元310：该子单元根据微电网开发商一次投资费用计算子单元38计算的微电网开发商一次投资费用以及政府补贴系数输入单元214输入的政府补贴系数计算得到政府补贴效益；
冷热电效益计算子单元311：该子单元根据微电网数据输入单元23输入的微电网数据以及DG补贴价格及售电机输入单元输入的售电价计算得到冷热电效益。
电力公司一次投资费用具体为线路设备购置费用，通过下式计算得到：
CL＝T×φ+L×kq×C1+Cd+(num-1)×Cf+Cc
其中，CL为电力公司一次投资费用，T为改造占用的土地面积，φ为单位土地价格，L为主干线路长度，kq为线路曲折系数，即运用理想线路长度估算实际线路长度时的比例系数，C1为线路单位长度投资成本，Cd为线路断路器投资成本，Cf为分段开关的投资成本，num为线路的分段数，Cc为联络开关的投资成本。
电力公司运维费用通过下式计算得到：
UL＝385×M+κ×CL
其中，UL为电力公司运维费用，M为人工成本，κ为维修费用收取系数；
降低系统网损效益计算子单元33根据下式计算降低系统网损效益：
PlossDG＝PlossDG1+PlossDG2
ΔPloss＝Ploss0-PlossDG
BPloss＝csaleΔPloss
其中，BPloss为降低系统网损效益，PlossDG1为电源到微电网接入点线路上产生的损耗，PlossDG2为微电网接入点到负荷端线路上产生的损耗，PlossDG为微电网接入后的总网损，Ploss0为微电网接入前网损，ΔPloss微电网接入后网损的变化量，r0为线路单位长度电阻，K为距离电源的距离，PL、QL分别为潮流计算得到的各条线路的有功功率和无功功率，Up为潮流计算得到的微电网接入点的电压，PDG、QDG分别为微电网输入配电网中的有功功率和无功功率，L为主干线路长度，csale为DG补贴价格及售电机输入单元输入的单位售电价。
改善系统电压质量效益计算子单元34通过下式计算得到改善系统电压质量效益BU：
其中，λ0和λ1分别表示分布式电源接入前后系统的年平均电压指标，bu为电压改善程度每提高一个百分点，电力公司为保证用户获得一定的电压质量减少的投资；
提高系统可靠性效益计算子单元35根据下式计算提高系统可靠性效益Breli：
其中，QEENS为年缺电量，i表示第i个负荷点，n为负荷点总个数，λi为负荷点的故障率，γi为第i个负荷点的故障平均持续时间，Pi为负荷点的负荷大小；
延缓网络更新效益计算子单元36中，微电网延缓网络升级的能力可用线路容量裕度表示，即以某支路在各时段中的支路潮流作为该支路的潮流指标。转化为经济效益，可以用微电网接入前后各支路潮流指标之和的差值大小来表示，因此延缓网络更新效益计算子单元36通过下式计算延缓网络更新效益Bupdate：
其中，Cmar为折算到每年的线路单位容量裕度费用成本，Up为节点电压，j为第j条线路支路，Nb为线路支路总条数，Ij0和Ij1分别为分布式电源接入前后第j条线路支路的电流；
环境效益计算子单元37根据下式计算得到环境效益Benvir：
Benvir＝Bj+Bk＝TL×Pen+(Pso2×α1+PNOX×α2+Pco2×α3)×Sug
其中，TL为北部煤电发出Sug电量所需标煤，Pen标为北部煤价，Pso2、PNOX和Pco2分别为排放物为SO2、NOx和CO2的环境成本单价，α1、α2和α3分别为SO2、NOx和CO2排放量；
微电网开发商一次投资费用具体为燃气轮机、制冷机、换热器、燃气锅炉和线路设备购置费用，具体通过下式得到：
CMG＝TMG×φ+Cr+Cz+Ch+Cm+Cl
其中，CMG为微电网开发商一次投资费用，TMG为微电网建设占地面积，Cr、Cz、Ch、Cm、Cl分别为购买和安装微型燃气轮机、制冷机、换热器、燃气锅炉和线路设备的费用；
微电网开发商运维费用通过下式计算得到：
UMG＝δWgas+UM
UM为微电网的运维检修费用，δ为当地天然气价格，Wgas为当年微电网消耗的天然气总量；
其中，当年微电网消耗的天然气总量Wgas通过下式计算得到：
Wgas＝W1·t1+W2·t2+W3·t3
t1、t2、t3分别为当年供暖期、制冷期和过渡期微电网的运行时间，W1、W2和W3分别为当年供暖期、制冷期和过渡期微电网单位运行时间消耗的天然气量，Qh为微电网热负荷，单位为kW，Qc为微电网冷负荷，单位为kW，Pe为微电网电负荷；COP为吸收式制冷机的制冷系数，ηh为换热器的换热效率；ηb为余热锅炉的余热回收效率，ηc为燃气内燃机组的余热回收效率，ηe为燃气内燃机组的发电效率；HVg为天然气的单位发热量，取置为10kW·h/m3；
微电网开发商的政府补贴效益通过下式计算得到：
Bzf＝λ×CMG
其中，λ为政府补贴系数输入单元214输入的政府补贴系数，CMG为微电网开发商一次投资费用。
冷热电效益计算子单元311根据下式计算冷热电效益：
Bgas＝(Qh·t1+Qc·t2+Pe·t3)·csale
其中，csale为DG补贴价格及售电机输入单元输入的单位售电价。
经济性分析模块4包括投资回收期计算单元，投资回收期计算单元获取成本效益模块3计算的电力公司和微电网开发商这两个利益相关者的成本和效益，分别计算得到电力公司和微电网开发商对应的投资回收期Pt1和Pt2，然后将计算得到的Pt1和Pt2分别与电力工业投资基准回收期P0相比较判定得到微电网经济性结果，最后将得到的微电网经济性结果发送至输出模块5，通过输出模块5输出微电网经济性结果；
具体地，微电网经济性结果判定方法为：判断Pt1≤P0和Pt2≤P0是否均成立，若是则该微电网在财务上是可行的，微电网具有经济性，否则该微电网不具有经济性。
电力公司和微电网开发商对应的投资回收期Pt1和Pt2根据下式计算：
其中，CI1t为第t年的电力公司的总效益，CO1t为第t年的电力公司的总成本，CI2t为第t年微电网开发商的总效益，CO2t为第t年微电网开发商的总成本。
根据上述微型燃气轮机冷热电联供微电网的经济性分析系统进行微电网的经济性分析，具体步骤如图2所示，首先执行步骤A1计算电力公司的成本效益，同时执行步骤A2计算微电网开发商的成本效益，其中步骤A1中电力公司的成本效益具体包括：电力公司一次投资费用、电力公司运维费用、降低系统网损效益、改善系统电压质量效益、提高系统可靠性效益、延缓网络更新效益和环境效益，步骤A2中微电网开发商的成本效益具体包括：微电网开发商一次投资费用、微电网开发商运维费用、政府补贴效益和冷热电效益。然后，执行步骤A3计算电力公司微电网开发商对应的投资回收期Pt1，同时执行步骤A4计算微电网开发商对应的投资回收期Pt2，最后执行步骤A5，将判断Pt1≤P0,Pt2≤P0是否成立，其中P0为电力工业投资基准回收期，若成立则判定该微电网具有经济性，否则不具有经济性。
本实例将新型城镇化下微型燃气轮机冷热电联供微电网的经济性分析方法应用于某实际城镇化发展较快地区进而评价电力公司和微电网开发商的经济性。网络结构如图3所示，其中节点42和节点43之间的虚线表示联络线。节点19～33、微型燃气轮机DG2、余热锅炉和制冷机G一起形成了一个冷热电联供型微电网A。该微电网夏季制冷期运行1230h，冷、热、电负荷分别为600kW，0kW，240kW；冬季供暖期运行1350h，冷、热、电负荷分别为0kW，480kW，240kW；春秋过渡期运行1070h，冷热电负荷分别为0kW，0kW，240kW。
根据微电网的冷热电负荷，主要设备有制冷量为600kW的热水型吸收式制冷机一台；发电容量240kW和430kW的燃气内燃机各一台；产生97℃热水的余热锅炉一台以及换热器。其主要设备及参数如表1所示：
表1主要设备及参数
| 内燃机组发电效率/％ | 37 |
| 缸套水余热回收效率/％ | 26 |
| 烟气余热回收效率/％ | 25 |
| 排烟温度/℃ | 450 |
| 缸套水进/出口温度/℃ | 86/97 |
| 余热锅炉效率/％ | 92 |
| 热水型吸收式制冷机制冷系数/℃ | 0.74 |
| 换热器效率/％ | 92 |
主要设备的一次性投资可以按照每单位容量的价格估算，燃气内燃机按2000元/kW计算，热水型吸收式制冷机组按1400元/kW计算，余热锅炉按110元/kW计算，电制冷机按1000元/kW计算，燃气锅炉按200元/kW计算。该方案的一次性投资如表2所示。
表2微电网开发商一次性投资
| 项目 | 一次性投资/万 |
| 燃气轮机发电机组 | 135 |
| 余热锅炉 | 10 |
| 热水型溴化锂吸收式制冷机 | 85 |
| 换热器 | 8 |
| 安装费用 | 28 |
| 总计 | 266 |
利用经济性分析方法的投资回收期计算偿还投资总额所需的时间。计算冷热电联供微电网的投资回收期如表3所示：
表3微电网开发商投资回收期
对于电力公司方面，其投资成本包括电力公司一次投资费用CL以及电力公司运维费用UL。
其投资效益包括五部分：
Bpower＝Bploss+BU+Breli+Bupdate+Benv
其中，Bploss为降低系统网损效益，BU为改善系统电压质量效益，Breli为提高系统可靠性效益，Bupdate为延缓网络升级效益，Benv为环境效益。其中环境效益以表4为参考值，火力发电的污染物排放数据：SO2为8.556g/kWh，NOx为3.803g/kWh，CO2为822.802g/kWh，本专利忽略CO、烟尘以及灰渣带来的经济影响：
表4我国电力行业污染物环境成本标准(元/kg)
| 污染物 | SO2 | NOX | CO2 |
| 环境成本 | 6 | 8 | 0.023 |
根据潮流计算的结果，在节点18接入微电网后，网络损耗由0.305MW降低至0.187MW；每年平均电压合格率由0.956p.u.提高至0.972p.u.；平均停电时间从20分钟降低至6分钟。计算得到电力公司的成本效益及投资回收期如表5所示：
表5电力公司投资回收期
| 项目 | 数值 |
| 初投资/万 | 36.74 |
| 年运维成本/万 | 24.85 |
| 年减少电量销售效益/万 | 14.78 |
| 年降低网络损耗效益/万 | 31.35 |
| 年改善电压质量收益/万 | 0.04 |
| 年可靠性收益/万 | 0.63 |
| 年延缓网络升级收益/万 | 1.79 |
| 年环境效益/万 | 11.7 |
| 投资回收期/年 | 6 |
由计算结果可以看出，电力公司的投资回收期为6年左右，微电网投资商投资回收期为7年左右，与传统的分布式电源方案的投资回收期差不多，均在合理的范围之内。同时我们可以看到，微电网投资商的初期投资较大，政府可考虑适当增加补贴比例。另外，微电网开发商的收益与当地的天然气价有很大的关系，在未来我国加大天然气开发力度的情况下，微电网投资的回收期将大大的缩短，相信能够吸引更多的投资机会。最后，我国正处于新型城镇化高速发展阶段，随着居民生活水平的提高以及用能方式的转变，对冷和热的需求不断增加，这也必将增加微型燃气轮机冷热电联供微电网的吸引力。
本实例验证了新型城镇化下微型燃气轮机冷热电联供微电网在当前电价和天然气价的情况下具有较好的经济性，电力公司和微电网投资商的投资回收期均在6～7年，处于合理范围之内。这也验证了该分析方法的可行性和有效性。
Claims (7)
1.一种微型燃气轮机冷热电联供微电网的经济性分析系统，其特征在于，该系统包括依次连接的数据库模块(1)、输入模块(2)、成本效益模块(3)、经济性分析模块(4)和输出模块(5)；
所述的输入模块(2)从数据库模块(1)获取数据库相关数据信息，同时获取外部输入数据；
成本效益模块(3)首先从输入模块(2)获取数据库相关数据信息以及外部输入数据，然后根据数据库相关数据信息和外部输入数据计算出不同利益相关者的成本效益，最后将不同利益相关者的成本效益发送至经济性分析模块(4)；
经济性分析模块(4)根据不同利益者的成本效益分别对微电网的经济性进行分析，并将经济性结果发送至输出模块(5)；
输出模块(5)包括经济性分析结果输出单元(51)，用于输出微电网经济性结果。
2.根据权利要求1所述的一种微型燃气轮机冷热电联供微电网的经济性分析系统，其特征在于，所述的数据库模块(1)包括储存利益相关者数据信息的利益相关者库(11)、存储微电网数据信息的微电网库(12)以及存储电力设备数据信息的电力设备库(13)。
3.根据权利要求1所述的一种微型燃气轮机冷热电联供微电网的经济性分析系统，其特征在于，所述的输入模块(2)包括与数据库模块(1)连接的利益相关者数据输入单元(21)、电力设备数据输入单元(22)、微电网数据输入单元(23)，所述的输入模块(2)还包括用于获取外部输入数据的地块面积输入单元(24)、人工成本输入单元(25)、发电厂容量输入单元(26)、网架结构数据输入单元(27)、微电网发电量输入单元(28)、排放物环境成本单价输入单元(29)、污染物排放量输入单元(210)、维修费用收取系数输入单元(211)、DG补贴价及售电机输入单元(212)、微型燃机装机成本输入单元(213)以及政府补贴系数输入单元(214)。
4.根据权利要求3所述的一种微型燃气轮机冷热电联供微电网的经济性分析系统，其特征在于，所述的成本效益模块(3)包括电力公司成本效益计算子模块和微电网开发商成本效益计算子模块，进而计算电力公司和微电网开发商这两个利益相关者的成本效益；
电力公司成本效益计算子模块包括：电力公司成本计算单元和电力公司效益计算单元；
其中电力公司成本计算单元包括：
电力公司一次投资费用计算子单元(31)：该子单元根据地块面积输入单元(24)输入的地块面积以及电力设备数据输入单元(22)输入的电力设备数据计算出电力公司一次投资费用；
电力公司运维费用计算子单元(32)：该子单元根据人工成本输入单元(25)的人工成本、一次投资费用计算子单元计算的一次投资费用以及维修费用收取系数输入单元(211)输入的维修费用收取系数计算得到电力公司运维费用；
电力公司效益计算单元包括：
降低系统网损效益计算子单元(33)、改善系统电压质量效益计算子单元(34)、提高系统可靠性效益计算子单元(35)、延缓网络更新效益计算子单元(36)和环境效益计算子单元(37)；
其中，降低系统网损效益计算子单元(33)、改善系统电压质量效益计算子单元(34)、提高系统可靠性效益计算子单元(35)和延缓网络更新效益计算子单元(36)均通过微电网潮流计算结果获取，所述的微电网潮流计算结果通过网架结构数据输入单元(27)输入的网架结构数据和发电厂容量输入单元(26)输入的发电厂发电容量进行牛拉法编程计算得到；
环境效益计算子单元(37)：该子单元根据微电网发电量输入单元(28)输入的冷热电联供发电量、排放物环境成本输入单元输入的排放物环境成本单价以及污染物排放量输入单元(210)输入的污染物排放量进行计算得到；
微电网开发商成本效益计算子模块包括：微电网开发商成本计算单元和微电网开发商效益计算单元；
其中，微电网开发商成本计算单元包括：
微电网开发商一次投资费用计算子单元(38)：该子单元根据地块面积输入单元(24)输入的地块面积、微电网数据输入单元(23)输入的微电网数据以及电力设备数据输入单元(22)中的电力设备数据计算出微电网开发商一次投资费用；
微电网开发商运维费用计算子单元(39)：该子单元根据微电网开发商一次投资费用计算子单元(38)计算的微电网开发商一次投资费用、微电网数据输入单元(23)输入的天然气价格和供暖期、制冷期、过渡期系统的运行时间计算得到微电网开发商运维费用；
微电网开发商效益计算单元包括：
政府补贴效益子单元(310)：该子单元根据微电网开发商一次投资费用计算子单元(38)计算的微电网开发商一次投资费用以及政府补贴系数输入单元(214)输入的政府补贴系数计算得到政府补贴效益；
冷热电效益计算子单元(311)：该子单元根据微电网数据输入单元(23)输入的微电网数据以及DG补贴价格及售电机输入单元输入的售电价计算得到冷热电效益。
5.根据权利要求4所述的一种微型燃气轮机冷热电联供微电网的经济性分析系统，其特征在于，所述的电力公司一次投资费用具体为线路设备购置费用，通过下式计算得到：
CL＝T×φ+L×kq×C1+Cd+(num-1)×Cf+Cc
其中，CL为电力公司一次投资费用，T为改造占用的土地面积，φ为单位土地价格，L为主干线路长度，kq为线路曲折系数，即运用理想线路长度估算实际线路长度时的比例系数，C1为线路单位长度投资成本，Cd为线路断路器投资成本，Cf为分段开关的投资成本，num为线路的分段数，Cc为联络开关的投资成本；
所述的电力公司运维费用通过下式计算得到：
UL＝385×M+κ×CL
其中，UL为电力公司运维费用，M为人工成本，κ为维修费用收取系数；
所述的降低系统网损效益计算子单元(33)根据下式计算降低系统网损效益：
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PlossDG＝PlossDG1+PlossDG2
ΔPloss＝Ploss0-PlossDG
BPloss＝csaleΔPloss
其中，BPloss为降低系统网损效益，PlossDG1为电源到微电网接入点线路上产生的损耗，PlossDG2为微电网接入点到负荷端线路上产生的损耗，PlossDG为微电网接入后的总网损，Ploss0为微电网接入前网损，ΔPloss微电网接入后网损的变化量，r0为线路单位长度电阻，K为距离电源的距离，PL、QL分别为潮流计算得到的各条线路的有功功率和无功功率，Up为潮流计算得到的微电网接入点的电压，PDG、QDG分别为微电网输入配电网中的有功功率和无功功率，L为主干线路长度，csale为DG补贴价格及售电机输入单元输入的单位售电价；
所述的改善系统电压质量效益计算子单元(34)通过下式计算得到改善系统电压质量效益BU：
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其中，λ0和λ1分别表示分布式电源接入前后系统的年平均电压指标，bu为电压改善程度每提高一个百分点，电力公司为保证用户获得一定的电压质量减少的投资；
所述的提高系统可靠性效益计算子单元(35)根据下式计算提高系统可靠性效益Breli：
<mrow>
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其中，QEENS为年缺电量，i表示第i个负荷点，n为负荷点总个数，λi为负荷点的故障率，γi为第i个负荷点的故障平均持续时间，Pi为负荷点的负荷大小；
延缓网络更新效益计算子单元(36)通过下式计算延缓网络更新效益Bupdate：
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其中，Cmar为折算到每年的线路单位容量裕度费用成本，Up为节点电压，j为第j条线路支路，Nb为线路支路总条数，Ij0和Ij1分别为分布式电源接入前后第j条线路支路的电流；
所述的环境效益计算子单元(37)根据下式计算得到环境效益Benvir：
Benvir＝Bj+Bk＝TL×Pen+(Pso2×α1+PNOX×α2+Pco2×α3)×Sug
其中，TL为北部煤电发出Sug电量所需标煤，Pen标为北部煤价，Pso2、PNOX和Pco2分别为排放物为SO2、NOx和CO2的环境成本单价，α1、α2和α3分别为SO2、NOx和CO2排放量；
所述的微电网开发商一次投资费用具体为燃气轮机、制冷机、换热器、燃气锅炉和线路设备购置费用，具体通过下式得到：
CMG＝TMG×φ+Cr+Cz+Ch+Cm+Cl
其中，CMG为微电网开发商一次投资费用，TMG为微电网建设占地面积，Cr、Cz、Ch、Cm、Cl分别为购买和安装微型燃气轮机、制冷机、换热器、燃气锅炉和线路设备的费用；
所述的微电网开发商运维费用通过下式计算得到：
UMG＝δWgas+UM
其中，UM为微电网的运维检修费用，δ为当地天然气价格，Wgas为当年微电网消耗的天然气总量；
其中，当年微电网消耗的天然气总量Wgas通过下式计算得到：
Wgas＝W1·t1+W2·t2+W3·t3
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t1、t2、t3分别为当年供暖期、制冷期和过渡期微电网的运行时间，W1、W2和W3分别为当年供暖期、制冷期和过渡期微电网单位运行时间消耗的天然气量，Qh为微电网热负荷，单位为kW，Qc为微电网冷负荷，单位为kW，Pe为微电网电负荷；COP为吸收式制冷机的制冷系数，ηh为换热器的换热效率；ηb为余热锅炉的余热回收效率，ηc为燃气内燃机组的余热回收效率，ηe为燃气内燃机组的发电效率；HVg为天然气的单位发热量，取置为10kW·h/m3；
所述的微电网开发商的政府补贴效益通过下式计算得到：
Bzf＝λ×CMG
其中，λ为政府补贴系数输入单元(214)输入的政府补贴系数，CMG为微电网开发商一次投资费用；
所述的冷热电效益计算子单元(311)根据下式计算冷热电效益：
Bgas＝(Qh·t1+Qc·t2+Pe·t3)·csale
其中，csale为DG补贴价格及售电机输入单元输入的单位售电价。
6.根据权利要求1所述的一种微型燃气轮机冷热电联供微电网的经济性分析系统，其特征在于，所述的经济性分析模块(4)包括投资回收期计算单元，投资回收期计算单元获取成本效益模块(3)计算的电力公司和微电网开发商这两个利益相关者的成本和效益，分别计算得到电力公司和微电网开发商对应的投资回收期Pt1和Pt2，然后将计算得到的Pt1和Pt2分别与电力工业投资基准回收期P0相比较判定得到微电网经济性结果，最后将得到的微电网经济性结果发送至输出模块(5)，通过输出模块(5)输出微电网经济性结果；
具体地，微电网经济性结果判定方法为：判断Pt1≤P0和Pt2≤P0是否均成立，若是则该微电网在财务上是可行的，微电网具有经济性，否则该微电网不具有经济性。
7.根据权利要求6所述的一种微型燃气轮机冷热电联供微电网的经济性分析系统，其特征在于，电力公司和微电网开发商对应的投资回收期Pt1和Pt2根据下式计算：
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其中，CI1t为第t年的电力公司的总效益，CO1t为第t年的电力公司的总成本，CI2t为第t年微电网开发商的总效益，CO2t为第t年微电网开发商的总成本。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN112508222A (zh) * | 2020-09-24 | 2021-03-16 | 上海发电设备成套设计研究院有限责任公司 | 燃气轮机冷热电三联供项目装机方案推荐方法、系统以及终端 |
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