某数据中心三联供项目的技术经济分析

某数据中心三联供项目的技术经济分析-1-摘要随着改善城市环境的压力日益增加和加速清洁天然气能源开发的能源战略的实施，燃气冷热电三联供在中国的快速发展已经提到议事日程。而且推动三联供发展的支持政策也日益完善，这将使三联供步入快速发展的阶段。面对紧张的世界能源形势及日益优化调整的能源结构，提高清洁能源使用率势在必行。因此，冷热电三联供系统由于可同时为用户提供冷、热、电等多种形式的能量，通过对能源的梯级利用，利用余热，具有一次能源利用效率高、减少污染气体排放、能源供应安全可靠、技术成熟、经济上有竞争力等特点，已在世界范围内已经得到了广泛的关注与应用。随着中国能源产业的发展，天然气分布式能源系统必将被广泛应用，由于能量输出形式多样，因此燃气冷热电三联供系统是一个复杂的供能系统。冷热电联供系统的运行策略决定了系统的经济性，运行策略的选择必然直接影响系统运行的经济性，从而又会影响对系统配置方案的评价。结合某数据中心燃气冷热电三联供项目实际运营情况，参考《北京市供热采暖管理办法》和《火力发电厂运行管理标准》研究分析适用于燃气分布式能源站的运行管理方法，旨在提出燃气分布式能源站运营管理、电力性能、节能减排量以及系统最佳运营策略，指导项目更加稳定、安全运营。根据项目实际运行情况，采集项目运营累计采集制冷季和采暖季的数据，为分析研究项目运营管理及提出最佳运营策略提供数据支撑。建立一套适合于三联供项目的运行管理评价指标，既可以提高项目运行的经济性和节能性，又可预防系统运行过程发生事故，保证系统的安全和高效稳定运行，达到“安全、经济、高效、可靠”的运行目标。研究项目的电能质量有效的评价方法和指标，以指导项目设计和运营。得到合理科学地计算项目的节能减排量的方法。通过从电能质量、设备运行特性、节能减排量以及运营管理水平等多角度进行的典型案例分析，对新建燃气冷热电三联供项目的运营过程有一个全面掌握，为今后推广和运营三联供项目提供技术支持和参考。-2-目录摘要....................................................11.绪论.................................................41.1课题研究背景.......................................41.2国内外研究现状.....................................51.2.1联供系统优化模型的研究现状......................51.2.2评价和分析方法的研究............................71.3研究目的与研究内容.................................82、燃气冷热电三联供项目评价指标.........................102.1指标分类...........................................102.2指标体系搭建......................................102.3评价指标内容......................................112.3.1经济类指标.....................................112.3.2能源类指标.....................................172.3.3效率类指标.....................................172.2.4节能量及节能率计算方法.........................212.4评价指标的内在关系................................222.4.1经济类与能源类的关系...........................222.4.2能源类与效率类关系.............................232.4.3质量类与能源类关系.............................242.4.4指标与项目管理的关系...........................243、某数据中心能源需求及负荷确定.........................263.1某数据中心燃气冷热电三联供项目介绍.................263.2数据中心能源需求采集..............................273.3负荷预测分析......................................303.3.1电力负荷预测...................................303.3.2冷负荷预测.....................................313.3.3热负荷预测.....................................324、某数据中心三联供项目指标分析.........................334.1基本信息..........................................334.2能源信息与能源指标................................33-3-4.3运行参数与效率指标...............................354.4经济参数与经济指标................................374.5电能质量指标......................................384.6节能量及节能率计算方法............................435、某燃气冷热电三联供项目系统优化.......................495.1三联供系统运行优化模型............................495.1.1三联供系统结构.................................495.1.2系统优化模型假设条件...........................505.1.3系统主设备工作特性.............................505.1.4系统数学模型...................................565.2三联供系统运行模式................................585.2.1夏季+过渡季供冷运行模式........................585.2.2冬季供冷、热运行模式...........................595.2.3冬季供冷、热运行模式...........................605.3三联供系统最佳运行策略............................605.3.1运行优化模型的简化与理论求解...................605.3.2运行策略建议...................................616、结论与展望..........................................656.1结论..............................................656.2展望..............................................66参考文献：.............................................67附表1：常用能源等效电折算系数..........................73-4-1.绪论1.1课题研究背景燃气冷热电三联供，其英文全称为：CombinedCoolingHeatingandPower，以下简称CCHP。这是一种全新的能源供应模式，在全球各国得到了广泛关注。该系统实施的目标就是要提升一次能源的利用效率，也就是说，将天然气在终端用户实现全过程的能源科学应用，进而践行“温度合适、各得其所以及阶梯利用、分配科学”的科学应用能源的思想，最大限度的提升能源的利用效率。因此该系统不仅能产生更大的经济效益，同时还能够产生良好的环保效果。CCHP系统节能功能强大，可以有效的提升环保效果，在发达国家的公共建筑、企事业单位、大众建筑群等领域得到广泛应用，而在我国，正处于发展的初级阶段。为了有效提升能源利用效率，推进用能结构的调整，提升节能降耗水平，发展CCHP系统极为必要。为此，国家相关部门在2011年10月，就正式颁布了《关于发展天然气分布式能源的指导意见》(发改能源[2011]2196号)。在此纲领性意见中，明确了：提升能源的综合利用效率，已经成为能源结构调整的重要目标，实现这个目标，就需要在能耗中心区大力推动区域和楼宇分布式能源系统的建设，比如工业园区、生态园区和商业区以及旅游集中区等。国家电网同样给出了《关于做好分布式电源并网服务工作的意见》，并在此意见稿中提出：所谓分布式能源，就是在用户附近区域，将所发的电能直接利用，并将10千伏级及其以下的电压等级直接并入电网，而且并网的装机总量不能超过6兆瓦。由此可见，无论是政府部门，还是能源企业，都已经在积极推动分布式能源系统的建设，而且还给予相应的指导意见，这些都为分布式能源系统的应用打下了良好的政策基础。CCHP，这是一种提升天然气利用效率的创新的能源供应模式，该模式极大的提升了天然气资源的利用效率。当前，北京主要是直接利用该资源来进行供冷或者供热。而随着这种CCHP系统的引入，必然会提升首都的节能降耗水平，同时还能够提升经济效益，另外还能够在电力和天然气使用高峰期产生良好的削峰效应。然而,CCHP在北京的推广中遇到不少障碍，目前在北京市实际运营项目较-5-少，且连续运营的项目少之又少。大多数研究与分析针对燃气冷热电三联供方案与设计展开，对于项目实际运行数据的分析及研究较少。另外，由于我国相关部门尚未发布燃气分布式能源站的可研报告技术要求与内容深度，未发布燃气分布式能源站运营指导手册，未统一制定燃气分布式能源站的节能规范等，燃气分布式能源系统即不属于热力行业也不属于发电行业，造成社会对燃气分布式能源的讨论和意见分歧，不利于促进燃气分布式能源发展。以某数据中心燃气冷热电三联供项目为研究对象，重点针对燃气三联供系统迫切急需解决的项目运营评价问题、电力并网问题、节能减排问题等开展研究，从项目实际运营出发多层次、多角度地分析项目运营问题。为此，本课题研究重点针对多系统、多设备的三联供项目开展运营评价指标分析与研究，将围绕项目数据采集、运营评价指标、电能质量专题、节能减排专题以及优化运营策略等方面深入研究，分析项目运营特性及状态，总结项目运营经验，指出分布式能源运营特点，为集团公司今后推广和运营三联供项目提供支持和参考。1.2国内外研究现状1.2.1联供系统优化模型的研究现状当前，无论是国内，还是国外，有关CCHP的能量管理研究内容相对丰富，涉及到的研究方法主要有热力学和模型优化两种方。对于后者，主要是在目前模型的基础上进一步引入线性或者混合整数线性规划来加以模型的优化研究。Maifredi等学者表示，应用线性最优化模型来管理CCHP系统具有可行性，该模型可以集中应用在能源管理领域，不过需要做好设备效率的设置工作，该效率通常为定值。Lee在优化CCHP系统时，则给出了能量流概念，他认为，对系统的优化，实际上就是对能量流的优化。该学者在研究过程中，选择的对象为基于燃气轮机的CCHP系统，对能量进行管理的研究，应用了模糊算法。Benonysson在优化模型研究中，则利用了混合整数线性模型，在优化模型时，是以能量运行的成本最低为优化切入点，并由此分析了影响系统热管理经济要素的相关因子的灵敏度。-6-在国内，江亿等学者则对结合蓄能装置的CCHP系统开展了热管理研究，同时还给出了该