2.4 物理基础层规划方案设计
根据资源和基础设施条件确定供能方式，设计与用能需求匹配的能源设施。通常采用用能需求最大日（如冬季最大负荷日、夏季最大负荷日等）进行功率平衡，并考虑各类机组约束条件（如发电机组最小运行负荷、蓄能设备功率、热泵机组效率等）和运行方式（如24 h开机或仅在特定时段开机等），结合各类机组的投资、运维、折旧费用以及各类能源边界条件（如采购价格、销售价格、补贴价格等），以经济性、能源利用效率、环境效益等作为优化目标，得到能源设施的配置。
为应对项目建设过程中可能出现的各种不确定因素，《规划案例》采用动态弹性规划理念，根据用户类型、用能种类、负荷重要程度、负荷特性、经济性需求等，将供能的对象归纳为3种典型应用场景，并设计A、B、C共3类综合能源站。A类能源站依托于110 kV变电站，为区域提供大容量的冷、热、电能，适用于负荷较大、较集中的区域；同时，利用区域内负荷不同时工作的特性，进一步优化能源站设备容量。B类能源站依托于10 kV开关站，提供中等容量的冷、热、电能，适用于医院、学校、商场、酒店等具有中等负荷规模的设施。C类能源站针对小型楼宇，设计小型或微型燃气轮机三联供系统，配合电动汽车、储能，利用多种节能手段建设低碳智能楼宇。针对不同的区域和用户，采用对应类型的综合能源站，既降低了规划工作的复杂程度，又提高了方案的适应性。图1为该园区能源互联网物理基础层的总体布置方案。
图 1 能源互联网物理基础层总体布置方案
以园区东部某高科技园为例，该区域规划A类能源站1座。附近用户以办公和工业为主，占地约153 hm2。预测电负荷为60.6 MW，年用电量为3.15亿kW·h；预测冷负荷为122.3 MW，年用冷量为4.59亿kW·h；无集中供热负荷。
该能源站主要目标为削减用电高峰期间峰值电负荷，使电负荷曲线更平稳。《规划案例》采用全要素设计方法，将电负荷和冷负荷解耦分析，根据供冷方案修正电负荷。规划思路如下：（1）优先利用和消纳分布式光伏发电；（2）通过分布式光伏和天然气三联供机组，削减峰值电负荷；（3）天然气三联供机组满足部分供冷需求，通过减少制冷用电负荷进一步削减电负荷，使剩余电负荷曲线尽可能平稳；（4）剩余电负荷和冷负荷通过电网和电制冷机组平衡。该能源站总体架构如图2所示。
图 2 某A类能源站总体架构
2.4.1 分布式光伏规划方案
2.4.2 天然气三联供规划方案
为削减用电高峰期间峰值电负荷，天然气三联供机组按照以电定冷/热的原则设计，24 h运行。能源站附近用户的夏季电负荷远大于其他情景下的电负荷，因此能源站的整体设计以满足附近用户的夏季电负荷为主。需要考虑的约束条件包括发电机组最小运行负荷、燃气轮机热电比、电负荷和冷负荷平衡等，优化目标为电网供电负荷平稳同时经济性较优。参考主流品牌（如GE、Solar等）燃气轮机设计参数，为保证燃气轮机高温烟气正常排放，最小燃机负荷应为50%以上。燃气轮机发电机组容量不小于峰谷电负荷差值的2倍，平时不低于最小燃机负荷（50%额定出力）运行，用电高峰期以最大燃机负荷（100%额定出力）运行。通过与燃气轮机发电机组配套的烟气型溴化锂吸收式冷水机组，回收燃气轮机高温烟气，利用余热制冷[11]。将余热制冷功率折算至相应的电制冷用电功率，后者与燃气轮机发电功率之和作为电负荷削峰值。剩余电负荷和冷负荷分别通过电网和压缩式电制冷机组平衡。
设计燃气轮机发电机组2×12 MW（发电效率为32.4%、供热效率为52.6%），溴化锂吸收式冷水机组2×20 MW，压缩式电制冷机组7×10 MW。能源站夏季典型日各机组发电和制冷出力曲线如图3、图4所示。
图 3 某A类能源站夏季典型日各机组发电出力曲线
图 4 某A类能源站夏季典型日各机组制冷出力曲线
由此可见，在天然气三联供发电、制冷双重削峰作用下，电网供电的峰谷差由25.5 MW降至8.5 MW，降幅66.7%，极大提高了电网设备利用率。
