266_基于多能互补的区域能源互联网模型在低碳生态城建设中的应用

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1、基于多能互补的区域能源互联网模型在低碳生态城建设中的应用同济大学梁浩龙惟定摘要：根据我国城市紧凑型集约型发展的特点，以指导低碳生态城能源系统的构建为目标，笔者建立了一种全新的区域供能模型—区域能源互联网，它可以统筹考虑传统能源与可再生能源，兼顾区域集中能源技术和分散能源技术，从根本上建立能源的低碳应用方式。这样可再生能源可以得到大规模应用，由于区域中各个建筑的负荷高峰不会同时出现，就可充分利用同时使用系数大大削减设备容量，合理设计规划并进行优化整合配置就可以起到很好的节能减排效果。本文给出了模型的简单介绍、主要方程以及该模型将解决的几个主要问题，包括能源互联网中能源站的选址与布局、能流调度最

2、佳匹配的运输问题、电力的环保经济调度和热水管网的最佳路径设计，具有一定参考价值。关键词：低碳城市能源互联网优化多能互补1、引言城市是引起全球气候变化的源头之一。IPCC的第4次报告指出，“非自然的驱动力，例如土地利用、土地侵蚀、城市化和污染，直接影响到生态系统，并通过所造成的后果间接影响到气候”。根据国际能源机构（IEA）的估计，2006年全球城市能耗达79亿吨油当量，占全球总能耗的三分之二，这一比例到2030年将上升到四分之三。因此，未来与能源有关的二氧化碳排放量的增长将主要来自城市。到2030年，由能耗产生的二氧化碳排放中将有76%来自城市。根据我国的一份研究报告，2006年我国地级以上

3、城市的二氧化碳排放量占全国总量的55%，其中仅“100强”城市（GDP最高的100座城市）就占全国总量的41%。所以，发展低碳城市是中国应对气候变化、发展低碳经济、面向“后京都时代”的必然选择。而低碳城市形态的主要特征是“紧凑型城市”，即高密度（Highdensity）、高容积率（Highplotratio）、高层（Highrise）。尤其在中国，决不能走美国低密度、郊区化和私人汽车主导的城市发展模式。随着我国城市化进程的加快，大规模建筑群的建设和区域开发还会持续相当长时间。根据世界银行的估计，到2015年，全世界新建筑的一半出现在中国，到2015年，中国城市商用和居住建筑中的一半是在200

4、0年后建造的。很多城市都在积极打造大规模的低碳示范区域，这些项目中，主要将是非常大的项目，如10～15万m2的商用办公楼，50万m2的住宅小区等，成片的新开发区、工业生态园区和农业生态园区等。在成片开发的低碳示范区中选择合适的能源系统，以起到实实在在的节能减排效果，是眼前迫在眉睫的热门话题。笔者深信没有哪一种能源可以绝对得起到低碳效果，也不是哪一种技术可以绝对称得上低碳技术，在一个特定的低碳开发区中，必然是因地制宜得选取几种能源和技术，经过优化组合配置，共同取得低碳效果。本文所设计的“能源互联网（energy-internet）”模型是紧凑型城市区域中一种极有前景的供能模式。它综合考虑常规能

5、源和可再生能源，权衡配置区域集中能源系统和分散式能源系统，将目标区域中可资利用的能源如电网来电、气网燃气、太阳能、风能和生物质能等可再生能源优化整合，将目标区域中分散的小型、微型的分布式能源（包括楼宇冷热电联产BCHP、燃料电池、燃用生物质能的锅炉、太阳能光伏发电，以及小型风力发电等）所生产的电和热，通过连接各建筑的电力微网（microgrid）和热力网络（thermonet）实现电力和热力的互联互通，互相补偿，从根本上建立能源的低碳应用方式。这样就可以协同考虑传统能源和可再生能源，由于区域中各个建筑的负荷高峰不会同时出现，就可充分利用同时使用系数大大削减设备容量，合理设计规划并进行优化整合

6、配置就可以起到很好的节能减排效果。图1能源互联网概念示意图2、模型概述该模型的目的是对目标区域内可资利用的能源和技术进行优化组合配置，已形成冷、热、电均可以互相调度补充的互联网模式，最终在该区域取得实实在在的低碳效果。这些能源包括传统能源（电网来电、气网燃气等）和可再生能源（太阳能、风能、生物质能等），技术包括区域集中能源技术（如区域供冷供热系统、区域冷热电联供系统等）和分散式能源技术（如分体式空气源热泵等）。目标函数可以为经济性最优，能耗最低，也可以为CO2排放量最小。模型要解决的问题是：给定一个低碳示范区域，根据土地利用规划图确定其各种类型建筑布局，根据当地资料确定其可资利用的能源品种和

7、技术种类，参考负荷指标或者根据能耗模拟软件进行负荷预测得到其冷、热、电和生活热水需求，就可以利用这个模型得到哪几种能源和哪几种技术的组合，可以在目标函数最优的约束下，最好得满足负荷需求。同时得到能源站的最佳选址布局和建议的管网路径设计。表1给出了可供选择的技术：区域集中能源技术分散式能源技术以大型离心式冷机为冷源的区域供冷系统空气源热泵（楼宇）区域热电冷联供系统楼宇热电冷联供系统大规模地源（水源）热泵系统建筑