论文部分内容阅读
清洁能源的大规模开发利用和现有能源的清洁高效化利用成为能源结构调整的必然方向。太阳能、风能、地热能、生物质能等可再生能源的规模化开发利用,以及储能技术等的应用,推动建筑物迈向更低能耗,乃至实现零能耗建筑的目标。然而传统储能装置成本较高,且在能量储放过程存在能量损失,降低系统的整体效率。虚拟储能技术可在一定程度上改善这些问题。本文应用虚拟储能技术提升建筑可再生能源系统的能源供需匹配性。研究提出了基于负荷调控的虚拟储能优化方法,利用建筑的储热特性,构建虚拟储能系统,通过在温度舒适度范围内对建筑负荷进行调控,实现虚拟储能的功能。模拟计算结果表明:虚拟储能可以大幅降低储能容量与成本,同时能够减小储能环节的能量损失,提高系统运行的匹配性与经济性。并且,常规储能与虚拟储能相结合可实现更理想的储能效果。结论对于工程设计具有一定的指导作用。本文的主要内容与结论如下:(1)根据室内空气的动态热平衡,与建筑围护结构的热惰性模型,构建虚拟储能模型。本文在建筑能耗模拟软件DeST中建立天津市气象条件下总建筑面积为3600 m~2的办公建筑模型,模拟其在不同温度设定方式下的采暖季逐时热负荷,并设计了两种负荷调控策略,“重塑”动态负荷。第一次负荷调控与第二次负荷调控均体现出虚拟储能的作用,实现了对负荷曲线的“移峰填谷”,从而与能源供应曲线更加匹配。(2)以建筑可再生能源系统为研究对象,设计了太阳能光伏光热互补的热电联产系统,实现了太阳能向电能、热能的梯级、高效转换,太阳能供热效率与总效率分别达到49%和79%。在此基础上,系统采用虚拟储能方法,主动调控建筑热负荷,降低了储热装置的容量,使得典型日的储热量占建筑全天累计热负荷的比例由25.9%降低到11.0%;提高了太阳能供热量与建筑热负荷的匹配程度,使得典型日本址供能满足负荷占比由74%提升到90%,本址供热自消费占比由74%提升到89%。(3)将虚拟储能应用于消纳风力发电的区域建筑可再生能源系统中,提出的虚拟储能-提前加热策略在典型日消纳风电626.81 MW,比常规运行方式多消纳23.13 MW电量;虚拟储能-负荷削减策略在典型日消纳电量625.30 MW,比常规运行方式在典型日多消纳21.62 MW电量。最后,将常规储能与虚拟储能相结合,构建混合储能系统,当常规储能装置的容量达到90.08 MW时,风力发电全部被消纳,消纳电量为728.16 MW,市电补充电量降低为0。