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分布式能源系统的评价方法

北极星储能网  来源:煤气与热力杂志  作者:高赛赛,张雪梅,郭甲生,秦朝葵,周新宏  2019/8/5 10:23:44  我要投稿  

北极星储能网讯:近年来,我国能源需求一直保持高速增长,预计到2035年,能源需求量将占到世界能源总需求量的24%。巨大的能源需求与资源短缺的矛盾变得日益尖锐,能源的不合理利用又造成严重的环境污染。分布式能源系统作为一种新型供能系统,采用能量梯级利用技术,与传统分供系统(由市电网提供电力,采用电驱动热泵制冷、制热,利用燃气锅炉生产生活热水)相比,具有更高效、更环保的优势。

(来源:微信公众号“煤气与热力杂志” ID:GAS-HEAT1978 作者:高赛赛,张雪梅,郭甲生,秦朝葵,周新宏)

分布式能源系统可同时供应电能、热能和冷能,是集多种能量形式产出的复杂供能系统,对分布式能源系统进行准确有效的评价是进行系统改进优化的重要依据,也是当前研究的热点之一。目前,对分布式能源系统的评价研究主要从热力学、经济性、环保性以及综合评价这4个方面进行。本文从这4方面入手,对分布式能源系统的评价方法进行研究。

1 热力学评价

分布式能源系统的热力学评价方法主要包括热量分析法、㶲分析法。热量分析法是基于热力学第一定律的关于输入燃料的化学能在“数量”上的利用程度的分析方法,通常采用一次能源利用率进行评价。㶲分析法则结合热力学第一、第二定律,分析能量可利用的程度,通常采用㶲效率进行评价。

①热量分析法

分布式能源系统输出能量(收益)与输入一次能源量(付出)之比称为一次能源利用率。对于采用以热定电方式的分布式能源系统,用户往往需要使用部分市电。设定市电由燃煤发电厂生产,一次能源利用率ηt的计算式为:

20190805_101135_009.jpg

②㶲分析法

用一次能源利用率评价分布式能源系统,仅注重能量输出与输入在数量上的比,没有考虑分布式能源系统输出的电能、热量和冷量的品位不同,而㶲分析法将不同品位的能转化为同质能进行分析,评价结果更加合理。对于分布式能源系统这样的开口系统,㶲效率为分布式能源系统的收益㶲与支付㶲之比,收益㶲与支付㶲应视分布式能源系统具体系统配置与输入、输出能量形式进行计算。

2 经济性评价

分布式能源系统经济性评价结果是实际应用中最重要的依据,也是各评价指标中最受关注的一项,通常采用费用年值、增量投资回收期两项经济性评价指标。

①费用年值

年运行费用通常指分布式能源系统正常运行时,每1 a需要的全部费用。以采用以热定电方式的分布式能源系统为例,年运行费用主要包括燃料费、系统维护费、人工费以及系统供能不足时所需的补充的购电费用。在分析比较不同配置的分布式能源系统,或者比较分布式能源系统与传统分供系统的经济性时,单纯采用年运行费用往往不能反映系统造价、使用寿命对系统经济性的影响。因此,我们可以采用费用年值法(费用年值法是指把系统造价等值折算为年值后再与年运行费相加,取最小者为最经济方案的一种评价方法),对不同系统的经济性进行评价。费用年值F的计算式为:

20190805_101135_010.jpg

费用年值法可以在保证满足用户冷热电负荷前提下计算各方案的费用年值,最小的方案即为经济性最优方案。

②增量投资回收期

工程中常针对以下两种情况进行经济性分析,以评价与传统分供系统相比分布式能源系统是否具有经济性。一种是将传统分供系统改造成分布式能源系统,以下称为改建情况;另一种是为新建项目选择供能方案,以下称为新建情况。对于这两种情况,往往通过计算增量投资回收期,评价分布式能源系统是否具有经济性。增量投资回收期是指增量净收益或运行成本的节约量抵偿增量投资的时间,是反映系统实际应用中投资回收能力的重要指标,能从整体上比较不同系统方案的经济性[6]。

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3 环保性评价

能源利用所引起的环境问题主要是由燃烧煤、石油、天然气等一次能源所排放的烟尘、硫化物、CO2、NOx等造成的。分布式能源系统排放的主要是燃烧天然气所产生的污染物,天然气燃烧产生的烟尘和硫化物很少,可忽略不计,因此CO2、NOx排放量是分布式能源系统环保性的重要评价指标。

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与经济性评价相比,目前国内对分布式能源系统的环保性评价重视程度还不够,分布式能源系统的环境效益没有得到充分认识。随着国家对环境问题日益重视,极有可能在不久的将来大力推行碳排放交易权政策来鼓励企业节能减排,这会使得分布式能源系统的环境效益转化为经济效益,也预示着供能系统的碳排放量会成为重要的评价指标。

4 综合性评价

采用特定的评价方法,可分析研究分布式能源系统在特定方面的性能。而分布式能源系统的综合性评价是对天然气需求、利用效率、利用潜力等的综合评估,能从整体上评价分布式能源系统的性能,从而优化系统的设计选型以及指导系统的投资应用。

在综合评价法中最常用的是由皇甫艺等人提出的层次分析法和灰色关联度相结合的多指标综合评价法,在此基础上张涛等人通过加入评价指标的信息熵改进了皇甫艺等人提出的多指标综合评价法,并提出熵权综合评价法,通过评价指标归一化和确定熵权来确定分布式能源系统方案的综合价值,本文主要介绍熵权综合评价法。

①评价指标归一化处理

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将评价指标矩阵A中的元素aij由bij替换,可得到标准化指标矩阵B。在得到标准化指标矩阵B的基础上,对B进行归一化处理,得到归一化矩阵P。归一化矩阵中各元素Pij的计算式为:

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根据综合评价结果Vi可比较各系统方案综合性能的优劣,Vi越大,越说明该系统方案综合性能越好。除熵权综合评价法外,目前还有其他多种综合性评价方法。通过分析比较发现,对于同一个分布式能源系统,不同的综合性评价方法的评价结果也不同。主要原因为评价指标选取不统一,不同评价指标的权重分配比较主观。宜建立相关标准,将综合性评价所要考虑的评价指标及其权重分配纳入标准中,让综合性评价具有规范统一的实施依据,使评价结果更客观可靠。

5 结论

从热力学、经济性、环保性和综合性4个方面介绍分布式能源系统的评价方法。热力学评价方法比较成熟,与热量分析法(评价指标为一次能源利用率)相比,㶲分析法(评价指标为㶲效率)可将不同品位的能转化为同质能进行分析,评价结果更加合理。经济性评价最受重视,也是分布式能源系统实施工业应用的重要依据。随着国家对环境保护的关注,环保性评价将日益受到重视。综合性评价可从整体上评价分布式能源系统的性能,但评价体系尚不成熟。

原标题:分布式能源系统的评价方法

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