【資料下載】266 基于多能互補的區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)模型在低碳生態(tài)城建設(shè)中的應(yīng)用

1、基于多能互補的區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)模型在低碳生態(tài)城建設(shè)中的應(yīng)用同濟大學梁浩龍惟定摘要：根據(jù)我國城市緊湊型集約型發(fā)展的特點，以指導低碳生態(tài)城能源系統(tǒng)的構(gòu)建為目標，筆者建立了一種全新的區(qū)域供能模型—區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)，它可以統(tǒng)籌考慮傳統(tǒng)能源與可再生能源，兼顧區(qū)域集中能源技術(shù)和分散能源技術(shù)，從根本上建立能源的低碳應(yīng)用方式。這樣可再生能源可以得到大規(guī)模應(yīng)用，由于區(qū)域中各個建筑的負荷高峰不會同時出現(xiàn)，就可充分利用同時使用系數(shù)大大削減設(shè)備容量，合理設(shè)計規(guī)劃并

2、進行優(yōu)化整合配置就可以起到很好的節(jié)能減排效果。本文給出了模型的簡單介紹、主要方程以及該模型將解決的幾個主要問題，包括能源互聯(lián)網(wǎng)中能源站的選址與布局、能流調(diào)度最佳匹配的運輸問題、電力的環(huán)保經(jīng)濟調(diào)度和熱水管網(wǎng)的最佳路徑設(shè)計，具有一定參考價值。關(guān)鍵詞：低碳城市能源互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)化多能互補1、引言城市是引起全球氣候變化的源頭之一。IPCC的第4次報告指出，“非自然的驅(qū)動力，例如土地利用、土地侵蝕、城市化和污染，直接影響到生態(tài)系統(tǒng)，并通過所造成的后果間

3、接影響到氣候”。根據(jù)國際能源機構(gòu)（IEA）的估計，2006年全球城市能耗達79億噸油當量，占全球總能耗的三分之二，這一比例到2030年將上升到四分之三。因此，未來與能源有關(guān)的二氧化碳排放量的增長將主要來自城市。到2030年，由能耗產(chǎn)生的二氧化碳排放中將有76%來自城市。根據(jù)我國的一份研究報告，2006年我國地級以上城市的二氧化碳排放量占全國總量的55%，其中僅“100強”城市（GDP最高的100座城市）就占全國總量的41%。所以，發(fā)展低

4、碳城市是中國應(yīng)對氣候變化、發(fā)展低碳經(jīng)濟、面向“后京都時代”的必然選擇。而低碳城市形態(tài)的主要特征是“緊湊型城市”，即高密度（Highdensity）、高容積率（Highplotratio）、高層（Highrise）。尤其在中國，決不能走美國低密度、郊區(qū)化和私人汽車主導的城市發(fā)展模式。隨著我國城市化進程的加快，大規(guī)模建筑群的建設(shè)和區(qū)域開發(fā)還會持續(xù)相當長時間。根據(jù)世界銀行的估計，到2015年，全世界新建筑的一半出現(xiàn)在中國，到2015年，中國城

5、市商用和居住建筑中的一半是在2000年后建造的。很多城市都在積極打造大規(guī)模的低碳示范區(qū)域，這些項目中，主要將是非常大的項目，如10～15萬m2的商用辦公樓，50萬m2的住宅小區(qū)等，成片的新開發(fā)區(qū)、工業(yè)生態(tài)分散式能源技術(shù)（如分體式空氣源熱泵等）。目標函數(shù)可以為經(jīng)濟性最優(yōu)，能耗最低，也可以為CO2排放量最小。模型要解決的問題是：給定一個低碳示范區(qū)域，根據(jù)土地利用規(guī)劃圖確定其各種類型建筑布局，根據(jù)當?shù)刭Y料確定其可資利用的能源品種和技術(shù)種類，參

6、考負荷指標或者根據(jù)能耗模擬軟件進行負荷預(yù)測得到其冷、熱、電和生活熱水需求，就可以利用這個模型得到哪幾種能源和哪幾種技術(shù)的組合，可以在目標函數(shù)最優(yōu)的約束下，最好得滿足負荷需求。同時得到能源站的最佳選址布局和建議的管網(wǎng)路徑設(shè)計。表1給出了可供選擇的技術(shù)：區(qū)域集中能源技術(shù)分散式能源技術(shù)以大型離心式冷機為冷源的區(qū)域供冷系統(tǒng)空氣源熱泵（樓宇）區(qū)域熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)樓宇熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)大規(guī)模地源（水源）熱泵系統(tǒng)建筑一體化光伏系統(tǒng)較大功率太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)

7、建筑一體化微型風力發(fā)電系統(tǒng)區(qū)域風力發(fā)電系統(tǒng)樓宇太陽能熱水器系統(tǒng)燃用天然氣或生物質(zhì)能的區(qū)域鍋爐房表1能源互聯(lián)網(wǎng)模式中對集中能源技術(shù)和分散能源技術(shù)的分類表1只是給出了類似可供選擇的能源技術(shù)，具體可以根據(jù)目標區(qū)域增加或刪除技術(shù)種類。區(qū)域集中能源技術(shù)是指在一個建筑群中的特定位置設(shè)置能源站由其生產(chǎn)能源并通過連接到各終端樓宇用戶的網(wǎng)絡(luò)將能源輸送過去，由其供能的區(qū)域建筑群中各建筑不再各自設(shè)置獨立的能源站。分散式能源技術(shù)是指直接在建筑物中設(shè)置能源生產(chǎn)裝

8、置，由其滿足該建筑中的能源需求。將區(qū)域能源站和樓宇分散式能源技術(shù)通過合理設(shè)計，連接成一個網(wǎng)絡(luò)，在這個網(wǎng)絡(luò)中的冷、熱、電均可以互相補充，互相調(diào)度，故謂之為“能源互聯(lián)網(wǎng)”。該模型基于CplexMixedIntegerLinearProgrammingoptimizer(混合整數(shù)線性規(guī)劃優(yōu)化)，利用GMAS（通用代數(shù)建模系統(tǒng)）編寫程序，其主要的決策變量是能源技術(shù)的種類和容量選定、區(qū)域集中能源技術(shù)和分散能源技術(shù)的優(yōu)化組合配置、區(qū)域集中能源站的選