需求响应下办公建筑空调柔性负荷调度潜力研究

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夏季用电高峰期间,办公建筑空调负荷占比重大且逐年递增,短期调控不会影响人员热舒适,是具备需求弹性的柔性负荷,因此,研究办公楼宇空调柔性负荷调度潜力,对缓解高峰用电具有重要意义。论文分析了办公建筑空调负荷,得出其具有容量大、体量多和使用时间集中的特点,可作为建筑柔性负荷调度其用电负荷。因建筑本身的热惰性、空调系统时滞性以及人体的热舒适温度区间等原因,建筑空调负荷具有可调度性。以青岛市某办公楼为原型,通过Sketch Up搭建简化的建筑物理模型,以IDF文件导入到TRNBuild中进行信息的完善。借助能耗仿真软件TRNSYS对建筑进行负荷模拟,并根据负荷结果建立建筑适配的空调系统,完成办公楼宇空调系统仿真模型的搭建。采取启停控制策略、室温控制策略、冷冻水温控制三种控制策略对仿真模型模拟研究,同时采用实验方式验证模拟分析的准确性及印证在实际办公建筑中实现的合理性和可靠性。研究结果表明:(1)启停控制和改变室内设计温度两种方式调度容量较多,提高冷冻水出水温度的控制手段对COP的效果更显著。(1)启停工况中分停机1小时、变停机时长、提前预冷和1小时停机结合共三种类型。停机1小时类型:除工况6、工况9和工况10之外的其余工况停机时段室内最高温度均低于27.5℃,能全时段调动空调电负荷。工况10效果最差,原因是下午1点到2点采用启停控制,易造成室温过高,严重影响到人员舒适度。工况11累计日调度的空调负荷最大,为644.34k Wh;工况2累计日调度的空调负荷最小,为233.21 k Wh。变停机时长:随停机时间的增加,室内最高温度随之提高,可调度空调负荷的容量也在不断增加。以10点半为停机初始时刻,停机半小时(工况12)累计调度空调电负荷最少,为482.08k Wh;停机1个半小时(工况17)累计调度空调电负荷最多,为812.33k Wh。提前预冷和1小时停机结合:开机前预冷较停机前预冷效果差,停机前预冷方式对停机时段室温有明显影响,预冷时间越长,停机时段室内最高温度越低。开机前预冷方式调度空调电负荷容量小于仅停机方式;停机前预冷方式中仅有工况21(停机前预冷1小时)略高于仅停机工况,累计可调度空调负荷600.92k Wh,比仅启停工况增加10.11k Wh。总体上看,预冷方式对提升空调电负荷调度容量的效果不佳。(2)调控室温方式:全时段调度工况的容量总体高于局部时间升温工况。设定温度每提升1℃,逐时电负荷减少34k W左右;当室内设定温度升高至27℃时,调度效果最明显。若将室内设定温度从24℃提升至27℃,日累计电负荷减少1143.2k Wh。(3)采用提高冷冻水温度方式调控楼宇空调电负荷时,出水温度每提升1℃,对应逐时COP提高1.5%~2.7%,对应逐时电负荷降低0.9%~1.8%,累计减少57k Wh电负荷。当冷冻水出水温度提升3℃时,COP和电负荷效果最显著,逐时COP提高4.5%~8.2%,逐时电负荷降低2.9%~5.3%,全天累计减少电负荷171.03k Wh。(2)以空调柔性负荷可调度容量和时长为评价指标,分析空调柔性负荷调度潜力。(1)仅从可调度容量上看,停机方式明显优于其他两种方式。其中,停机方式中变停机时长和提前预冷、短时停机两种控制方式的平均调度空调负荷容量大于停机1小时控制方式。采用1小时停机方式可调度空调负荷233.21~644.34k Wh;采用变停机时长控制方式可调度空调负荷482.08~812.33 k Wh;采用提前预冷和1小时停机相结合的控制方式可调度空调负荷408.99~600.92k Wh;采用提高室内设定温度调控方式可调度空调负荷19.91~1143.2k Wh,采用提升冷冻水出水温度控制方式,全时段响应下空调负荷调度少,最多调度58.99k Wh。(2)仅从时长上看,停机方式的空调负荷调度时长明显小于改变室内设定温度控制方式。停机方式中变停机时长类型各工况时长小于其他两种停机控制类型,其中,变停机时长方式相较其他两种类型时长最大可缩短至半小时。(3)当限定单栋建筑的空调负荷调度容量为300k Wh且调控过程中室温控制在24~27℃(上下温度浮动0.5℃)范围内,综合两种评价指标,认为停机控制策略效果更佳。基于模拟结果,计算50栋相似建筑群体空调调度负荷容量,得出最小值接近25MW,数值十分可观。
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