基于典型日逐时负荷的分布式能源站制冷、制热设备容量优化

宋宏升

（北京燃气能源发展有限公司，北京朝阳100101）

基于典型日逐时负荷的分布式能源站制冷、制热设备容量优化

宋宏升

（北京燃气能源发展有限公司，北京朝阳100101）

基于供能项目典型日逐时冷、热负荷特性，搭建分布式能源系统多种不同类型制冷、制热主机及蓄能容量优化分配的数学模型，设定合理的目标函数以及约束条件，采用单纯形算法求解优化模型。以全寿命周期费用作为系统评价指标，探讨了分布式能源中心多种类型制冷、制热主机及蓄能的最优装机容量配置。该方法有利于降低分布式能源系统的投资，提高各设备的使用率和运行经济性。以北京某办公商业综合体分布式能源中心为例，分别探讨了市政电力价格及天然气价格变化对该项目的制冷、制热主机及蓄能容量优化分配的影响，为分布式能源系统的合理配置选型提供理论参考依据。

典型日逐时冷、热负荷；全寿命周期费用；蓄能；能源站；容量优化分配

0 引言

分布式能源系统这一符合我国国情的前沿技术，应作为我国节能减排的重要手段［1］。分布式能源系统是一种典型的新型能源系统，与常规集中式供能系统的有机结合，是未来能源系统的发展方向［2］。但在实际应用中，分布式冷、热、电能源中心包括的设备种类繁多，多样性强，供能复杂性较高，尤其是同样的冷、热负荷需求可以由不同种类的设备组合进行满足［3］，因此系统的最优的设备容量配置很难明确。分布式冷、热、电三联供系统具有很强的多能耦合特性，可以与地源热泵系统、蓄能等系统进行耦合实现优势互补，采用耦合系统不仅能提高发电机装机容量，还可以降低运行成本，提高经济性［4］。岳伟挺等［5］研究认为最佳方案是采用联供机组满足各项基本负荷的需求，采用燃气锅炉或电制冷机作为调峰设备使用。姒勇芳［6］、董兴杰［7］等研究了地源热泵与冰蓄冷耦合系统的设计与实现。康英姿等［8］以全寿命周期成本为评价指标，研究了区域供冷系统制冷主机设计容量的优化分配。黄挺等［9］根据全年逐时冷负荷，以全寿命周期成本［10］为评价指标，研究了分布式能源站制冷主机容量分配优化设计。Jabbari等［11］采用遗传算法以年费用最低和最高效率为目标，优化热、电、冷三联供系统设备容量。郑拓等［12］建立了针对分布式能源系统的经济效益和环境效益的多目标优化模型，并采用改进型遗传算法对系统的设备容量进行优化设计。岳永魁等［13］综合考虑了热力学、经济学以及环境目标优化，开发建立了数据加密算法（data encryption standard，DES）的环境炯经济优化模型。徐林德［14］对分布式能源系统的冷、热、电三联供系统进行了热力学分析，揭示了其设计优化原则。

逐时负荷的准确计算是三联供系统优化配置与运行分析的基础［15－16］。本文同时结合系统的供冷及供暖季典型日逐时冷、热负荷特性，考虑全寿命周期内系统的不同冷、热设备初投资及运行费用，对冷、热、电分布式能源系统中各种供冷、热和蓄能设备的容量的配置进行统一优化配置，建立分布式能源系统数学优化模型，通过合理的设定目标函数以及约束条件，利用数学优化软件Matlab对数学模型进行优化求解，并分析模型中各个因素的影响，为分布式能源系统的合理配置选型提供理论依据。提高系统的投资和运行经济性，同时提高各设备的使用率，也为多种节能技术耦合实现提高能源利用率提出新的思路。

1 模型建立

分布式能源中心制冷及制热主机的设计容量分配，是按经济性最优的原则来进行的，也就是将分布式能源中心内制冷、制热系统的全寿命周期费用最小作为优化目标。全寿命周期费用是指系统或设备从投入使用到报废的整个期间所发生的各种费用的综合。对于分布式能源中心制冷及制热系统（即主机及其配套的辅助设备）而言，其全寿命周期费用为初投资与全寿命周期内所有的运行费用以及维护管理费等的总和。本文只考虑与制冷、制热主机类型密切相关的初投资与运行费用。模型求解所得的结果是各类不同制冷、制热设备的装机总容量，因此在优化求解完成后，结合厂家的样本，机算出各类制热、制热主机的设计容量，作为实际工程中选择制冷、制热主机容量的依据。

由于可用于供冷、热的设备种类繁多，本文研究主要以典型的余热直燃机、标准直燃机、电制冷机组、地源热泵、燃气热水锅炉、双工况冷水机组、冰蓄冷系统为研究对象展开。

1.1 初投资

由于发电机装机容量为手工输入变量，可输入零，优化模型会自动根据发电成本与市政电网价格的对比，判定所给定能源（水价、气价、电价）价格情况下，项目是否适合设置发电机，并对手工输入的发电机装机容量进行优化，由于纯余热直燃机为发电机的附属余热利用设备，因此初投资中亦不涉及余热直燃机。

制冷、热主机及其辅机（包括冷却塔、地耦井）的初投资可以根据厂家的价格结合安装施工情况进行确定。本文中的相关设备价格来自目前的设备市场行情平均价格。

1.1.1 标准直燃机主机系统

（1）制冷工况。

式中：Ta1为标准直燃机主机及其冷却塔的初投资，元；X3为标准直燃机的设计制冷装机容量，kW；Aa1为单位设计容量的标准直燃机主机的初投资，元/kW；At为单位设计容量的冷却塔的初投资，元/t。

（2）制热工况。

式中：Ta11为标准直燃机主机及其冷却塔的初投资，元；X33为标准直燃机的设计制热装机容量，kW；由于不可能将直燃机单纯作为供热设备，因此投资中包含冷却塔投资。

1.1.2 地源热泵主机系统

（1）制冷工况。

式中：Ta2为地源热泵主机及其地耦井的初投资，元；X4为地源热泵设计制冷装机容量，kW；Aa2为单位设计容量的地源热泵主机的初投资，元/kW；λCOPlg为地源热泵制冷性能系数；Hf为地源侧放热量，W/m；l为地耦井的井深，m；Aw为单位地耦井的初投资，元。

（2）制热工况。

式中：Ta22为地源热泵主机及其地耦井的初投资，元；X44为地源热泵设计制热装机容量，kW；λCOPrg为地源热泵制热性能系数；Hq为地源侧吸热量，W/m。

1.1.3 常规电制冷主机系统

常规电制冷主机以及其辅机的初投资可按下式计算：

式中：Ta3为常规电制冷主机及其冷却塔的初投资，元；X7为常规冷水机组设计装机容量，kW；Aa3为单位设计容量的常规电制冷主机的初投资，元/kW；λCOPle为常规电制冷机组制冷性能系数。

1.1.4 锅炉主机系统

锅炉主机以及其辅机的初投资可按下式计算：

式中：Ta33为锅炉主机初投资，元；X8为锅炉机组设计装机容量，kW；Ab为单位设计容量的锅炉主机的初投资，元/kW。

1.1.5 冰蓄冷槽

冰蓄冷槽的初投资可按下式计算：

式中：Ta4为蓄冰槽初投资，元；X5为冰蓄冷槽设计容量，kW；Ai为单位设计容量的冰蓄冷槽的初投资，元/kW。

1.2 运行费用

1.2.1 生产单位冷、热量所需的运行费用

（1）标准直燃机系统。

1）制冷工况。

式中：λCOPla1为标准直燃机制冷性能系数；Qg为天然气热值，MJ/m3；Cg为天然气价格，元/m3；r2为标准直燃机供冷本体自耗电系数；Dj为典型日逐时电价，元/（kW·h）。

2）制热工况。

式中：λCOPra1为标准直燃机制热性能系数。

（2）地源热泵主机系统。

1）制冷工况。

2）制热工况。

（3）常规电制冷主机系统。

（4）锅炉主机系统。

式中：η为锅炉制热性能系数；r3为锅炉供热本体自耗电系数。

1.2.2 全寿命周期运行费用

（1）制冷工况。

供冷系统的冷负荷可能是由余热直燃机、标准直燃机、地源热泵、常规电制冷机组、双工况电制冷机组、冰蓄冷系统共同承担的，即，在某一供冷负荷下，余热直燃机制冷量（Qla）、标准直燃机制冷量（Qla1）、地源热泵制冷量（Qld）、常规电制冷机组制冷量（Qle）、双工况电制冷机组（Qled）、冰蓄冷系统（Qlx）之和等于供冷系统所服务的建筑物所需的冷量（Ql）。如下全寿命周期运行费用计算公式里面不包含冰蓄冷系统及双工况冷水机组部分，冰蓄冷系统和双工况冷水机组部分装机容量是在优化模型求解出的常规电制冷机组装机的基础上进行二次优化得出的。

供冷系统的全寿命周期运行费用计算公式如下：

式中：R1为供冷系统的全寿命周期运行费用，元；k代表供冷季典型日；Qlak为供冷典型日某冷负荷下，余热直燃机的制冷量，kW；Qla1k为该冷负荷下，标准直燃机的制冷量，kW；Qldk为该冷负荷下，地源热泵的制冷量，kW；Qlek为该冷负荷下，常规电制冷机组的制冷量，kW；tl为供冷季的天数，天；z为系统的全寿命周期，年。

（2）制热工况。

供热系统的热负荷可能是由余热直燃机、标准直燃机、地源热泵系统、锅炉系统共同承担的，即，在某一供热负荷下，余热直燃机制热量（Qra）、标准直燃机制热量（Qra1）、地源热泵制热量（Qrd）、锅炉制热量（Qrb）之和等于供热系统所服务的建筑物所需的热量（Qr）。

供热系统的全寿命周期运行费用计算公式如下：

式中：R2为供热系统的全寿命周期运行费用，元；k代表供热季典型日；Qrak为供热典型日某热负荷下，余热直燃机的制热量，kW；Qra1k为该热负荷下，标准直燃机的制热量，kW；Qrdk为该热负荷下，地源热泵的制热量，kW；Qrbk为该热负荷下，锅炉机组的制热量，kW；tr为供热季的天数，天。

1.3 优化模型目标函数

（1）制冷工况。

将供冷系统中的制冷主机系统在寿命周期内的运行费用，再加上初投资，就得到供冷系统中的制冷主机系统的寿命周期费用F1total，即：

目标函数为供冷系统中的制冷主机系统的寿命周期费用最小，即

（2）制热工况。

将供热系统中的制热主机系统在寿命周期内的运行费用，再加上初投资，就得到供热系统中的制热主机系统的寿命周期费用F2total，即：

目标函数为供热系统中的制热主机系统的寿命周期费用最小，即

1.4 约束条件

（1）制冷工况。

1）某供冷负荷下，余热直燃机制冷量（Qlak）、标准直燃机制冷量（Qla1k）、地源热泵制冷量（Qldk）与常规电制冷机组制冷量（Qlek）之和等于供冷系统所服务的建筑物所需的冷量（Qlk）。

2）余热直燃机制冷装机容量（X2）、标准直燃机制冷装机容量（X3）、地源热泵制冷装机容量（X4）与常规电制冷机组制冷装机容量（X7）之和等于供冷系统所服务的建筑物最大设计冷负荷需求（Qlmax）。

3）某供冷负荷下，标准直燃机制冷量（Qla1k）应不超过其制冷设计容量（X3）：

4）某供冷负荷下，地源热泵制冷量（Qldk）应不超过其制冷设计容量（X4）：

5）某供冷负荷下，常规电制冷机组制冷量（Qlek）应不超过其制冷设计容量（X7）：

（2）制热工况。

1）某供热负荷下，余热直燃机制热量（Qrak）、标准直燃机制热量（Qra1k）、地源热泵制热量（Qrdk）与锅炉机组制热量（Qrbk）之和等于供热系统所服务的建筑物所需的热量（Qrk）。

2）余热直燃机制热装机容量（X22）、标准直燃机制热装机容量（X33）、地源热泵制热装机容量（X44）与锅炉机组制热装机容量（X8）之和等于供热系统所服务的建筑物最大设计热负荷需求（Qrmax）。

3）某供热负荷下，标准直燃机制热量（Qra1k）应不超过其制热设计容量（X33）：

4）某供热负荷下，地源热泵制热量（Qrdk）应不超过其制热设计容量（X44）：

5）某供热负荷下，锅炉机组制热量（Qrbk）应不超过其制热设计容量（X8）：

1.5 冰蓄冷系统的优化

优化模型自动根据峰谷电价比，如果峰谷电价比大于等于3，则适宜采用冰蓄冷，否则装机容量（X5）为0，蓄冰槽的装机容量（X5）优化依据：

式中：∑Qld为典型日峰电时段的总冷负荷，kW；tf为典型日峰电时段总时长，h；Qldmin为典型日峰电时段的最小冷负荷，kW。

双工况冷水机组的装机容量（X6）优化依据：

式中t为典型日谷电时段总时长，h。

1.6 制冷、制热工况综合优化

（1）标准直燃机系统。

式中，如果为双良直燃机，S取1.73，如果为远大直燃机，S取1.25。

（2）地源热泵系统。

在地源热泵系统制冷及制热装机容量优化结果都不为零的情况下，如果计算出来的地源热泵制热装机容量及地耦井数量小于制冷装机，则按照地源热泵制热装机来重新优化地源热泵制冷装机容量，反之则按照地源热泵制冷装机来重新优化地源热泵制热装机容量。

（3）锅炉系统。

根据制冷、制热工况综合优化后的标准直燃机制热装机容量、地源热泵机组制热装机容量对锅炉机组的装机容量进行再次优化调整。

（4）常规电制冷系统。

根据制冷、制热工况综合优化后的标准直燃机制冷装机容量、地源热泵机组制冷装机容量、冰蓄冷系统装机容量以及双工况冷水机组装机容量对常规电制冷机组的装机容量进行再次优化调整。

1.7 优化模型的求解

此优化模型为带有约束的线性优化问题，线性规划的求解方法主要是单纯形法。该方法是一种迭代算法，从所有基本可行解的一个较小部分中通过迭代过程选出最优解。利用Matlab软件的优化工具箱可以求解带有约束的线性优化问题。Matlab优化工具箱中对于线性规划的求解采用的是投影法，它是单纯形法的一种变种。

以上冷热电分布式能源系统的设备容量优化配置方法包括步骤。

（1）项目信息及负荷分析。根据输入项目典型日逐时冷、热负荷进行负荷特征分析。

（2）夏季规划求解，具体为：

1）根据夏季三联供系统运行时间、原动机运行时间、项目最大冷负荷对各设备容量赋值。

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。

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最小值，若是，则根据1）中赋值的各设备容量预判出夏季设备容量，若否，则返回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：

1）根据冬季三联供系统运行时间、原动机运行时间、项目最大热负荷对各设备容量赋值。

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全寿命周期内费用。

3）根据多目标规划求解理论判断全寿命周期内费用是否大于全寿命周期内费用最小值，若是，则根据1）中赋值的各设备容量预判出冬季设备容量，若否，则返回1）重新对各设备容量赋值，进行全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。

2 实例

以北京城六区某分布式能源系统为例，进行计算。该分布式能源系统的年供冷天数为123天，每天供冷时段为07：30—18：30，设计日最大冷负荷为13.473MW。年供热总天数为121天，每天供热时段为全天24h，其中每天20：00至次日06：00为低温供暖时段，设计日最大热负荷为8.436MW，对于特定的分布式能源系统，在全年供能期间，大部分时间是运行在部分负荷下的。该分布式能源系统的供冷季、供暖季典型日24h逐时负荷数据详见图1。

2.1 优化模型中的各系数或参数确定

天然气价格和峰谷电价制约着分布式能源系统的成败与否，影响着系统的运行策略，并直接决定了不同供能设备的装机容量选取。表1所示为北京地区城六区天然气价格和峰谷电价，本文中天然气的组分和性质按陕甘宁的天然气组分和性质估算，其热值按照其低位热值：35.2MJ/m3（8 400kcal/m3）来计算。其中城六区天然气价格为2.6元/m3。各主要设备经济参数如表2所示。

根据以上所述，通过Matlab程序语言建立优化模型，当发电机装机容量给定为637kW时，根据系统全寿命周期费用最低求解模型得到的计算结果为：余热直燃机制冷装机容量668.85kW；余热直燃机制热装机容量509.6kW；标准直燃机制冷装机容量0kW；标准直燃机制热装机容量0kW；地源热泵制冷装机容量1 490.4kW；地源热泵制热装机容量1 511.21kW；地源热泵地耦井数量276口；优化后的常规电制冷机组装机容量10 193.38kW；蓄冷罐容量7 842.6kW；双工况冷水机组的装机容量1 120.37kW；锅炉机组装机容量6 415.19kW。

以上计算结果符合系统经济性原则，是分布式能源系统的最优设备容量配置的依据。

图1 供能季典型日逐时负荷图Fig.1 Diagram of typical day hourly load in energy supply seasons

表1 北京城六区天然气价格和峰谷电价Table 1 Natural gas and peak valley electricity prices of six urban districts in Beijing

表2 各主要设备经济参数Table 2 Economic parameters of main equipments

2.2 电价变化对主机容量优化分配的影响

电价主要影响地源热泵、常规电制冷机组、双工况冷水机组、冰蓄冷系统的运行成本和经济性，对于系统主机容量优化分配的影响很大，为了分析电价变化对制冷、热主机容量优化分配的影响，当天然气价格维持在2.6元/m3的前提下，对北京地区现状峰谷平逐时电价分别进行一定数值的上下调整后进行求解，以研究逐时电价调整对于分布式能源中心制冷、制热主机最优容量分配的影响，求解结果见图2。由图2可见：

图2 电价对制冷、热主机最优容量分配的影响Fig.2 Influence of electricity price on the chiller，heating equipment capacity allocation

（1）在北京地区现状峰谷平电价条件下，燃气内燃发电机适宜设置，但当平段电价由现状0.859 8元/（kW·h）降至0.820 3元/（kW·h）以下时，燃气内燃发电机每产出1kW·h电所消耗的天然气、脱硝、维护维修、润滑油成本之和将大于平段电价，此时从系统经济性角度将不再适宜设置燃气内燃发电机。

（2）在北京地区现状峰谷平电价以及更低的电价条件下，从经济性角度不适宜采用标准直燃机进行供冷、热，但当电价在现有价格下上涨至少0.07元/（kW·h）之后，标准直燃机的经济性开始显现，而随着电价的进一步上涨而逐步取代常规冷水机组及锅炉机组。

（3）在北京地区现状峰谷平电价条件下，适宜适度采用地源热泵机组，且随着电价的降低，地源热泵机组的经济性越优，装机容量占比逐步增大并取代常规冷水机组及锅炉机组，但是随着电价的升高，地源热泵机组的经济性越差，当在现有电价下上涨0.5元/（kW·h）之后，此时从系统经济性角度将不再适宜设置地源热泵机组。

（4）冰蓄冷系统的经济性主要受到峰谷电价比的影响，随着电价的变化，当峰谷电价比小于3时，从投资及运行经济性角度已不再适宜设置冰蓄冷系统。

2.3 气价变化对主机容量优化分配的影响

天然气价格主要影响标准直燃机、锅炉机组的运行成本和经济性，并直接决定燃气内燃发电机组的设置经济性（从而间接决定余热直燃机的设置与否），因此对于系统主机容量优化分配的影响很大，为了分析气价变化对制冷、热主机容量优化分配的影响，电价维持在北京地区现状峰谷平电价的前提下，对气价分别为2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3元/m3进行求解，以研究气价调整对于分布式能源中心制冷、热主机最优容量分配的影响，求解结果见图3。

图3 气价对制冷、热主机最优容量分配的影响Fig.3 Influence of gas price on the optimal capacity allocation of the chiller and heating equipments

由图3可见：

（1）在北京地区现状天然气价格下，燃气内燃发电机适宜设置，但当天然气价格上涨至2.8元/m3及以上时，燃气内燃发电机每产出1kW·h电所消耗的天然气、脱硝、维护维修、润滑油成本之和将大于平段电价，此时从系统经济性角度将不再适宜设置燃气内燃发电机。

（2）在北京地区现状天然气价格下，从经济性角度不适宜采用标准直燃机进行供冷、热，但当气价降至2.4元/m3及以下时，标准直燃机的经济性开始显现，而随着气价的进一步降低而逐步取代常规冷水机组及锅炉机组。

（3）在北京地区现状天然气价格下，适宜适度采用地源热泵机组，当气价位于2.4～3.1元/m3时，随着气价的升高，地源热泵机组装机容量占比不断提升，逐步取代常规冷水机组及锅炉机组，反之不断降低，但当气价大于3.1元/m3或小于2.4元/m3后，地源热泵机组的装机容量不再发生变化。

（4）在所研究的天然气价格区间内，冰蓄冷系统的装机容量未受到天然气价格的影响。

3 结论

（1）对于具有特定电价、天然气价格的分布式能源中心具体项目，其不同类型的冷、热源设备间的最优容量分配可以根据系统全寿命周期费用最小的原则进行确定，本文实例的分布式能源中心供冷、热设备容量最优分配的计算结果为：余热直燃机制冷装机容量668.85kW；余热直燃机制热装机容量509.6kW；标准直燃机制冷装机容量0kW；标准直燃机制热装机容量0kW；地源热泵制冷装机容量1 490.4kW；地源热泵制热装机容量1 511.21kW；地源热泵地耦井数量276口；优化后的常规电制冷机组装机容量10 193.38kW；蓄冷罐容量7 842.6kW；双工况冷水机组的装机容量1 120.37kW；锅炉机组装机容量6 415.19kW。

（2）电价及天然气价格的波动对于分布式能源中心制冷、制热设备的最优设计容量分配的影响非常大，其中电价主要影响地源热泵、常规电制冷机组、双工况冷水机组、冰蓄冷系统的运行成本和经济性，天然气价格主要影响标准直燃机、锅炉机组的运行成本和经济性，并直接决定燃气内燃发电机组的设置经济性（从而间接决定余热直燃机的设置与否）。

［1］罗凌睿，何润民.天然气在分布式能源系统中的应用［J］.西南石油大学学报（社会科学版），2010，3（4）：19-21.LUO Lingrui，HE Runmin.Application of natural gas in distributed energy systems［J］.Journal of Southwest PetroleumUniversity（Social Sciences Edition），2010，3（4）：19-21.

［2］金红光，隋军.变革性能源利用技术——分布式能源系统［J］.分布式能源，2016，1（1）：1-5.JIN Hongguang，SUI Jun.Transformational technology innovation—Distributed energy system［J］.Distributed Energy，2016，1（1）：1-5.

［3］张晓晖，陈钟颀.热电冷联产系统的能耗特性［J］.中国电机工程学报，2007，27（5）：93-98.ZHANG Xiaohui，CHEN Zhongqi.Energy consumption performance of combined heat cooling and power system［J］.Proceedings of the CSEE，2007，27（5）：93-98.

［4］陈斌，叶彩花.燃气冷热电三联供与地源热泵耦合系统的应用［J］.煤气与热力，2014，34（9）：27-31.CHEN Bin，YE Caihua.Application of combined cooling，heating and power system coupled with ground-source heat pump［J］.Gas ＆Heat，2014，34（9）：27-31.

［5］岳伟挺，沈巧练，何中杰.天然气分布式能源冷热电联供机组配置方案设计与研究［J］.能源工程，2015（6）：37-41.YUE Weiting，SHEN Qiaolian，HE Zhongjie.Design and study on project configuration of natural gas distributed energy unit combined cooling，heating and power supply［J］.Energy Engineering，2015（6）：37-41.

［6］姒勇芳，王玉刚，匡环，等.地源热泵与冰蓄冷耦合系统的设计与实现［J］.中国计量学院学报，2012，23（1）：48-51.SI Yongfang，WANG Yugang，KUANG Huan，et al.Design and implementation of ground source heat pumps combined with ice thermal storage systems［J］.Journal of China Jiliang University，2012，23（1）：48-51.

［7］董兴杰，谷波，叶水泉，等.地源热泵与冰蓄冷耦合系统的运行模拟［J］.暖通空调，2010，40（6）：45-48.DONG Xingjie，GU Bo，YE Shuiquan，et al.Operation simulation of ground-source heat pump combined with ice thermal storage system［J］.Journal Heating Ventilating and Airconditioning，2010，40（6）：45-48.

［8］康英姿，华贲.区域供冷系统制冷主机设计容量的优化分配［J］.华南理工大学学报（自然科学版），2008，36（2）：117-121.KANG Yingzi，HUA Ben.Optimal distribution of chiller design capacity in district cooling system［J］.Journal of South China University of Technology（Natural Science Edition），2008，36（2）：117-121.

［9］黄挺，曹园树.基于全年逐时负荷的分布式能源站制冷主机容量分配优化设计［J］.暖通空调，2015（9）：30-33.HUANG Ting，CAO Yuanshu.Optimization design of chiller capacity allocation for distributed energy station based on allyear hourly cooling load［J］.Heating Ventilating ＆Air Conditioning，2015（9）：30-33.

［10］吴奕亮，金家善，辜健，等.寿命周期费用技术及其应用要点［J］.上海电力，2004（4）：273-280.WU Yiliang，JIN Jiashan，GU Jian，et al.Life cycle cost technique and mian points concerning its application［J］.Shanghai Electric Power，2004（4）：273-280.

［11］FANG Fang，WANG Q H，YANG Shi.A novel optimal operational strategy for the CCHP system based on two operating modes［J］.IEEE Transactions on Power Systems，2012，27（2）：1032-1041.

［12］吴杰，郑拓，梁志超，等.基于遗传算法的分布式能源系统的优化设计［J］.智能电网，2005，3（4）：333-336.WU Jie，ZHENG Tuo，LIANG Zhichao，et al.Genetic algorithm based optimization design of distributed energy system［J］.Smart Grid，2005，3（4）：333-336.

［13］岳永魁，田中华，陈清林，等.基于环境火用经济学的分布式能源系统设计与运行优化策略研究［J］.天然气工业，2005，25（2）：179-182.YUE Yongkui，TIAN Zhonghua，CHEN Qinglin，et al.Study on optimized design and operation strategy of environomics for distributed energy system［J］.Natural Gas Industry，2005，25（2）：179-182.

［14］徐林德.分布式能源系统设计优化分析［J］.能源工程，2007（5）：26-29.XU Linde.Optimization analysis of design of distributed energy system［J］.Energy Engineering，2007（5）：26-29.

［15］杨木和，阮应君，李志英，等.三联供系统中逐时冷热电负荷的模拟计算［J］.发电与空调，2009，30（4）：85-88.YANG Muhe，RUAN Yingjun，LI Zhiying，et al.Simulation of hourly cooling heating and electrical load in CCHP system［J］.Refrigeration Air Conditioning ＆Electric Power Machinery，2009，30（4）：85-88.

［16］赵仕龙.燃气冷热电三联供与地源热泵的联合应用［J］.价值工程，2015，34（8）：70-71.ZHAO Shilong.Joint application of the cooling-heating－power supply and ground source heat pump［J］.Value Engineering，2015，34（8）：70-71.

Optimization of Chiller and Heating Capacity Allocation for Distributed Energy Station Based on Typical Day Hourly Load

SONG Hongsheng
（Beijing Gas Energy Development Co.，Ltd.，Chaoyang District，Beijing 100101，China）

Based on the typical day hourly cooling and heating load of a project，the optimization mathematical model for chiller，heating and energy storage capacity allocation of the distributed energy system is modeled.The reasonable objective function and constraint conditions are given，and the simplex algorithm is used to solve the optimization mathematical model.The life cycle initial investment and operation cost are served as the evaluation index，and the optimal capacity ratio of the chiller，heating and energy storage of the distributed energy system are discussed.The proposed method can decrease the investment，improve the utilization rate of equipment and operation economy of distributed energy system.For a distributed energy center of the office commercial complex in Beijing，the influences of electricity and natural gas price fluctuation on the chiller，heating and energy storage capacity allocation are studied，which provides a theoretical basis for the rational allocation and selection of distributed energy system.

typical day hourly cooling and heating load；life cycle cost；energy storage；energy station；capacity optimal allocation

宋宏升

2017-01-22

宋宏升（1988—），男，硕士，研究方向为分布式能源系统及其多能源耦合领域的相关课题研究、设计开发管理、调试管理、系统运行分析评价及能源站技术改造等，songhongsheng＠bjgas.com。

（编辑 蒋毅恒）

TK01

A

2096-2185（2017）01-0050-08

10.16513/j.cnki.10-1427/tk.2017.01.008