焦炉煤气基多能联供系统经济优化调度研究

doi:10.12068/j.issn.1005-3026.2024.11.007

摘要/Abstract

摘要：

为了高效利用炼焦副产的焦炉煤气资源，同时满足用户多样化能源的需求，构建了以焦炉煤气为燃料的分布式多能联供系统，在考虑一次能源消耗、环境补偿成本和运行维护费用基础上，建立了能源协同高效利用的系统运行优化调度模型.在满足用户负荷和供能设备高效利用的基础上确定约束条件，采用改进的遗传算法，以日运行成本最低为优化目标，对系统在不同季节典型日的运行调度进行了优化研究.结果表明，所构建的多能联供系统具有良好的经济性，在优化调度条件下运行时，春夏秋冬四季典型日内的运行成本分别为3 480.17，4 752.25，3 168.23和4 464.02元，能源综合利用效率分别为65.10%，57.82%，67.25%和70.12%.与传统的以天然气为燃料的冷热电联供系统（combined cooling，heating and power，CCHP）相比，尽管系统的能源综合利用效率稍低，但在运行成本上有一定的优势，适合我国“煤多气少”的能源结构.

关键词: 焦炉煤气, 多能联供系统, 运行成本, 优化调度

Abstract:

To effectively utilize by?product coke oven gas and meet the diverse energy demands of users， a distributed multi?energy cogeneration system fueled by coke oven gas was developed. The system incorporates primary energy consumption， environmental compensation costs， and operational and maintenance expenses to create an optimized operational model for efficient energy collaboration. Constraints were established to ensure that user demands are met and equipment is utilized efficiently. An enhanced genetic algorithm was employed to minimize daily operational costs， with optimized scheduling performed for typical days across different seasons. The results demonstrate that the multi?energy supply system is economically viable， with operational costs recorded at 3 480.17， 4 752.25， 3 168.23， and 4 464.02 yuan for typical days in spring， summer， autumn， and winter， respectively. The system’s energy comprehensive utilization efficiencies reached 65.10%， 57.82%， 67.25%， and 70.12% for the same periods. Although the energy utilization efficiency is slightly lower compared to traditional natural gas?fueled CCHP system， the proposed system offers cost advantages and aligns with China’s “more coal and less gas” energy supply situation.

Key words: coke oven gas, multi?energy combined supply system, operational cost, optimal scheduling

中图分类号:

TK 123

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图/表 8

图1 焦炉煤气基多能联供系统示意图

Fig. 1 Sketch of coke oven gas?based multi?energy combined supply system

表1 焦炉煤气和天然气的对比

Table 1 Comparison between coke oven gas and natural gas

名称		体积分数/%									LHV	L_air
名称	CH₄	C₂H₄	C₂H₆	C₃H₈	H₂	CO	H₂S	CO₂	O₂	N₂	MJ·m^-3	m³·m^-3
焦炉煤气	28.25	1.85	—	—	56.12	3.85	0.01	5.82	0.6	7.6	17.75	4.47
天然气	87.08	—	7.83	2.94	—	—	0.03	0.65	—	1.47	39.02	11.14

表2 污染物的排放系数 (g·(kW·h)-1)

Table 2 Emission coefficient of pollutants

设备	CO₂	SO₂	NO _x
燃气轮机	715.3	0.003 6	0.001 9
燃气锅炉	365	0.002	0.001
外电网	921	1.924	1.632

图2 园区四季典型日的负荷需求（a）—春季；（b）—夏季；（c）—秋季；（d）—冬季.

Fig. 2 Load demand of typical days in four seasons

图3 系统优化调度结果（a）—春季；（b）—夏季；（c）—秋季；（d）—冬季.

Fig. 3 Optimal scheduling results of system

图4 LiBr和电制冷机组的制冷负荷

Fig. 4 Refrigeration load of LiBr and electric refrigeration unit

图5 采用不同燃料时系统的日平均运行费用对比

Fig. 5 Comparison of daily average operating costs of systems using different fuels

图6 不同燃料系统的能源综合利用效率对比

Fig.6 Comparison of overall energy utilization efficiency of systems using different fuels

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