一種基于資源綜合利用的新型城鎮(zhèn)供能系統(tǒng)及其優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于資源綜合利用的新型城鎮(zhèn)供能系統(tǒng)及其優(yōu)化方法。供能系統(tǒng)包括三個子系統(tǒng)，即清潔能源分布式冷熱電三聯(lián)供子系統(tǒng)，可再生資源與清潔能源構(gòu)成的耦合供能子系統(tǒng)，城鎮(zhèn)自然界及生活生產(chǎn)活動產(chǎn)生的中低溫熱源組成的總線供能子系統(tǒng)，連接三個子系統(tǒng)的智能管理中心，共同構(gòu)成一核三元素供能系統(tǒng)。供能系統(tǒng)的優(yōu)化方法采用能流網(wǎng)絡法，能流網(wǎng)絡由負荷層、轉(zhuǎn)化層、資源層三層構(gòu)成了能源系統(tǒng)的物理模型和數(shù)據(jù)關聯(lián)。這種供能系統(tǒng)具有因地制宜、靈活多樣、安全可靠、節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展的特點，是對以集中供能、熱電分供為特征的傳統(tǒng)供能系統(tǒng)在能源發(fā)展方式上的一次深化改革和創(chuàng)新。
【專利說明】一種基于資源綜合利用的新型城鎮(zhèn)供能系統(tǒng)及其優(yōu)化方法
[0001]【技術領域】:
本發(fā)明涉及一種基于資源綜合利用的新型城鎮(zhèn)供能系統(tǒng)及其優(yōu)化方法，屬節(jié)能環(huán)?！炯夹g領域】。
[0002]【背景技術】:
我國正處于新型城鎮(zhèn)化的發(fā)展進程中，能源需求不斷增長，能源供應成為新型城鎮(zhèn)經(jīng)濟社會發(fā)展的基礎條件。面對建設能源節(jié)約型和環(huán)境保護型社會的需要，必須尋求一種適合節(jié)能低碳新城鎮(zhèn)發(fā)展的能源供應新途徑。結(jié)合國家“十二五”能源規(guī)劃和長遠規(guī)劃，以及發(fā)改委近年陸續(xù)發(fā)布的如《關于發(fā)展天然氣分布式能源的指導意見》、《分布式發(fā)電管理暫行辦法》、《大氣污染防治行動規(guī)劃》等文件提出的能源發(fā)展政策，一種以發(fā)展分布式能源為特征的能源供應方式的轉(zhuǎn)變正在形成。
[0003]本專利提出的背景就是應對我國城鎮(zhèn)化發(fā)展和改善大氣環(huán)境的迫切需要，提出一種以資源綜合利用為基礎的清潔能源、可再生能源、工業(yè)余熱余壓及各種中低溫熱源利用等分布式供能交聯(lián)組合與集中控制的離散型供能系統(tǒng)，稱之為“一核三元素”供能系統(tǒng)。
[0004]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)明目的是，應用和發(fā)展現(xiàn)有各種能源新技術的同時，彌補互為補充及交聯(lián)耦合應用的不足，提供一種新型城鎮(zhèn)供能系統(tǒng)及其優(yōu)化方法。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下:
一種基于資源綜合利用的新型城鎮(zhèn)一核三元素供能系統(tǒng)，包括清潔能源分布式冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)，可再生資源與清潔能源構(gòu)成的耦合供能系統(tǒng)，工業(yè)余能利用、城市污水及垃圾資源化利用、及中低溫余熱利用相結(jié)合組成的總線系統(tǒng)、和智能管理中心。
[0006]所述新型城鎮(zhèn)供能系統(tǒng)是以清潔能源分布式冷熱電三聯(lián)供作為技術基礎。典型的以燃氣輪機為動力的天然氣三聯(lián)供系統(tǒng)包括空氣壓縮機、燃燒室、燃氣渦輪三大氣動部件?？諝鈮嚎s機中產(chǎn)生高壓空氣，在燃燒室中噴入天然氣燃料與空氣混合燃燒后形成高溫高壓燃氣，進入燃氣渦輪機中膨脹做功，將熱能轉(zhuǎn)化為機械工，帶動發(fā)電機發(fā)電。發(fā)電后由燃氣渦輪排出450?600°C高溫煙氣，再利用高溫煙氣攜帶的大量余熱通過余熱利用設備提供工業(yè)蒸汽和采暖與制冷。余熱利用設備如余熱吸收式空調(diào)機組，夏季工況時可生產(chǎn)制冷水用于采暖，冷量不足時可增加補燃或增設電制冷機作為冷負荷調(diào)峰設備，共同滿足用戶制冷需求；冬季工況時，余熱吸收式空調(diào)機組可生產(chǎn)采暖熱水供用戶采暖，熱量不足時可增設燃氣鍋爐生產(chǎn)熱水，共同滿足用戶采暖需求。所述新型城鎮(zhèn)供能系統(tǒng)的重要特征是在冷熱電三聯(lián)供核心技術基礎上，引進與各種可再生能源的耦合供能技術，及城鎮(zhèn)大量可利用的中低溫熱源的總線系統(tǒng)供能技術，形成具有各自特點相對獨立而又密切關聯(lián)的三種系統(tǒng)，再通過智能化能源管理中心的統(tǒng)一運行管理，共同組成在空間上交聯(lián)組合、在時間上優(yōu)化調(diào)度的城鎮(zhèn)整體供能系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明以對當?shù)刭Y源的整體規(guī)劃、統(tǒng)籌安排，綜合利用為基礎。當?shù)氐哪茉促Y源除公用事業(yè)部門提供的電、氣、熱力能源供應外，包括當?shù)氐母鞣N清潔能源資源(如天然氣、及煤層氣、煤制氣、頁巖氣等非常規(guī)天然氣)、各種可再生能源資源、工業(yè)余熱余壓、城鎮(zhèn)污水處理和垃圾處理資源化利用、一切可開發(fā)利用的大量中低溫余熱。在資源綜合利用基礎上形成“一核三元素”供能系統(tǒng)，所指的每一元素代表了一種類型的供能方式(或稱為供能子系統(tǒng))，整個城鎮(zhèn)的供能系統(tǒng)由這三種子系統(tǒng)構(gòu)成。
[0008]第一個元素是針對清潔能源高效利用的分布式冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)，實現(xiàn)高效梯級利用；第二個元素是利用當?shù)氐奶柲?、風能、地熱能、生物質(zhì)能等可再生資源，并與清潔能源構(gòu)成耦合供能系統(tǒng)，實現(xiàn)各種間斷性可再生能源的發(fā)電并網(wǎng)和穩(wěn)定供能。第三個元素是工業(yè)余能利用、城市污水及垃圾處理資源化利用、及大量可用的中低溫余熱利用相結(jié)合，組成“總線供能”系統(tǒng)。城鎮(zhèn)內(nèi)部的“一核三元素”供能系統(tǒng)與城鎮(zhèn)外部的公用電力、燃氣等網(wǎng)絡互補銜接，保證城鎮(zhèn)的安全穩(wěn)定供能。
[0009]三元素供能系統(tǒng)的第一個元素是清潔能源的高效利用，通過燃燒清潔能源發(fā)電后的余熱進行梯級利用，提供工業(yè)蒸汽或空間的采暖或制冷。這種利用方式隨發(fā)電機組的類型和工藝流程不同有多種多樣的系統(tǒng)配置，容量和規(guī)模隨負荷需求而定，可以是樓宇型或是區(qū)域型。
[0010]三元素供能系統(tǒng)的第二個元素是開發(fā)利用當?shù)氐母鞣N可再生資源，并盡可能與清潔能源冷熱電聯(lián)供構(gòu)成耦合供能系統(tǒng)。這一元素的目的除了單獨利用太陽能、風能等各種可再生資源外，重點是將可再生能源與清潔能源實現(xiàn)工藝流程、轉(zhuǎn)化設備、優(yōu)化控制多個元素的有機結(jié)合，形成耦合供能系統(tǒng)。
[0011]三元素結(jié)構(gòu)能源系統(tǒng)的第三個元素是可將工業(yè)余熱余壓利用及大量可用的城鎮(zhèn)各種中低溫熱源(如地表水、冷卻水等)相聚集，構(gòu)成所謂“總線供能”系統(tǒng)?？偩€系統(tǒng)是一種獨特的集成化的能源系統(tǒng)，它是多種多樣的中低溫熱源，通過城鎮(zhèn)統(tǒng)一基礎設施，泵站和管網(wǎng)，輸送到各種用戶。在各用戶用接口配置各自的能源品位提升裝置，如熱泵裝置，把管網(wǎng)輸送來的低品位介質(zhì)提升溫度后供用戶采暖或制冷。將這種供能方式納入城鎮(zhèn)供能系統(tǒng)為利用城鎮(zhèn)大量的自然和人類生活生產(chǎn)活動再生成的大量中低溫熱源開辟了廣闊的利用空間。
[0012]一核三元素供能系統(tǒng)的核心是智能管理中心。管理中心的功能包括兩方面，一是通過智能化信息網(wǎng)絡，對三元素之間形成空間上的“交聯(lián)組合”和時間上的優(yōu)化調(diào)度運行。交聯(lián)組合是指對城鎮(zhèn)中的每一個確定區(qū)域，根據(jù)其區(qū)域功能(如新技術開發(fā)區(qū)、工業(yè)園區(qū)、綜合商務區(qū)、居民區(qū)等)和負荷特點，因地制宜地選擇一種、兩種、或三種上述元素的組合，完成模塊化的空間布局。時間上的優(yōu)化調(diào)度是指根據(jù)用戶的負荷變化和公用供能系統(tǒng)的峰谷價格變化進行各元素的供能比例分配和相為補充，實現(xiàn)城鎮(zhèn)供能最小運行費用。管理中心還承擔城鎮(zhèn)內(nèi)部系統(tǒng)與外部公用供能網(wǎng)絡的連接和能量交換，相互支撐，也是城鎮(zhèn)冷、熱、電供應的聯(lián)供聯(lián)調(diào)平臺，承擔自然與人為極端狀態(tài)下的應急措施，實現(xiàn)城鎮(zhèn)安全穩(wěn)定供能與節(jié)能減排目標。管理中心的功能另一個功能是建立良好的政策環(huán)境，開展綠色低碳生活的宣傳教育，將高效資源利用技術與綠色生態(tài)文化相融合，向居民灌輸環(huán)境保護意識，倡導綠色生活方式，建成具有自我調(diào)節(jié)、自我完善、自我升級的低碳、生態(tài)、文化的智能城鎮(zhèn)。
[0013]一核三元素供能系統(tǒng)的設計是應用能流網(wǎng)絡的優(yōu)化方法。這種設計對于傳統(tǒng)的以單項能源的供求平衡(如電力、燃氣、或熱力等單項能源供求平衡)為基礎的設計而言是設計理念和設計方法上的根本變革。這種供能系統(tǒng)的目標不是簡單地供求平衡，而是能源、環(huán)境、經(jīng)濟、生態(tài)的協(xié)調(diào)發(fā)展。采用設計方法是從一次能源轉(zhuǎn)化為二次能源，再輸運和分配到用戶利用的各種過程和技術不是相互獨立而是根據(jù)能源梯級利用原理建立的多能源互補、多技術交叉的復雜鏈接關系。只有通過能流網(wǎng)絡和基本氣動熱力學定律來建立這種復雜的內(nèi)部聯(lián)系，借用矩陣數(shù)值解法進行整個能源系統(tǒng)的優(yōu)化設計。
[0014]能流網(wǎng)絡可簡化表示為負荷層、轉(zhuǎn)化層、資源層三層。負荷層根據(jù)城鎮(zhèn)的冷、熱、電、工業(yè)蒸汽、生活熱水的需求，以負荷調(diào)研結(jié)果作為已知的輸入數(shù)據(jù)；資源層是根據(jù)城鎮(zhèn)的資源調(diào)研給出各種資源的儲藏量或可用量，作為能源系統(tǒng)設計的限制條件；中間的轉(zhuǎn)化層是從資源轉(zhuǎn)化成用戶負荷所應用的各種技術、工藝流程、和轉(zhuǎn)化設備，這一層是設計工作的核心內(nèi)容。能流網(wǎng)絡三層之間的聯(lián)線表示各種“轉(zhuǎn)化過程”，這些過程對應著能量守恒、質(zhì)量守恒、過程損失、分配比例等氣動熱力學定律和優(yōu)化準則，建立了三層之間的量化關系和數(shù)值求解的依據(jù)，通過編制的計算程序進行設計。求解過程從已知的負荷層開始，求解方向與實際的能流方向相反，自上而下，算出各種轉(zhuǎn)化設備的容量、各種資源的需求量、各種與資源的有害氣體排放量、系統(tǒng)投資與運行成本等宏觀參數(shù)。
[0015]能流網(wǎng)絡方法既可用于城鎮(zhèn)供能系統(tǒng)的總體方案，此時的轉(zhuǎn)化層表示為三個元素子系統(tǒng)，也可用于各個元素子系統(tǒng)的設計。在用于各元素子系統(tǒng)設計時，負荷層是應用該子系統(tǒng)的城鎮(zhèn)某個區(qū)域的冷熱電負荷，轉(zhuǎn)化層和資源層將隨子系統(tǒng)的不同而改變，各層間的過程聯(lián)系也相應改變。設計冷熱電三聯(lián)供元素時，轉(zhuǎn)化層是各種發(fā)電機組和余熱利用機組等，資源層是天然氣和各種非常規(guī)天然氣清潔能源；設計可再生能源及耦合系統(tǒng)元素時，轉(zhuǎn)化層是各種可再生能源轉(zhuǎn)化設備及耦合設備，資源層是各種可再生能源；設計中低溫總線系統(tǒng)元素時，轉(zhuǎn)化層是管網(wǎng)、泵站、和用戶終端熱泵系統(tǒng)，資源層是各種自然界及生活生產(chǎn)活動產(chǎn)生的中低溫熱源。無論設計總體系統(tǒng)或是設計元素子系統(tǒng)，所依據(jù)的氣動熱力學定律、基本算法、計算的順序都是不變的，所以可編程通用的計算程序，采用虛擬變量置換方法完成整體系統(tǒng)或子系統(tǒng)的設計。
[0016]本發(fā)明的有益效果如下:
這種供能系統(tǒng)具有因地制宜、靈活多樣、安全可靠、節(jié)能減排、持續(xù)發(fā)展的特點，是對傳統(tǒng)的以集中供能和熱電分供為特征的供能方式在能源發(fā)展方式上的一次深化改革。適用我國新型城鎮(zhèn)化發(fā)展和改善大氣環(huán)境的需求，具有普遍的實用意義和可持續(xù)發(fā)展的長遠意義。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是一核三元素供能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是燃氣輪機冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)示意圖。
[0019]圖3是可再生能源及其與清潔能源耦合的資源綜合利用系統(tǒng)示意圖。
[0020]圖4是城鎮(zhèn)總線系統(tǒng)示意圖。
[0021]圖5是城鎮(zhèn)智能管理中心示意圖。
[0022]圖6是供能系統(tǒng)能流網(wǎng)絡不意圖。
[0023]圖7是城鎮(zhèn)供能方案實施步驟流程圖。
[0024]【具體實施方式】:
為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖例，進一步闡述本發(fā)明。[0025]圖1是一核三元素供能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意，也是本發(fā)明的說明書附圖，概括了本發(fā)明的核心內(nèi)容。
[0026]圖2是燃氣輪機冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)示意，可作為清潔能源的高效利用的冷熱電三聯(lián)供技術的一種典型系統(tǒng)。冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)隨著用戶負荷需求、工藝流程、發(fā)電機組類型等不同的情況有多種多樣的系統(tǒng)配置和規(guī)模，可以是樓宇型或是區(qū)域型的分布式能源。附圖2所示的典型系統(tǒng)中，余熱直燃機是溴化鋰吸收式空調(diào)機組，可根據(jù)項目情況需要選用帶補燃機型和純余熱兩種機組。調(diào)峰設備可根據(jù)項目實際需要選擇直燃機、電制冷機以及燃氣鍋爐。其中，經(jīng)過壓氣機壓縮的高壓空氣在燃燒室內(nèi)與噴入的燃料混合燃燒產(chǎn)生高溫高壓燃氣后，驅(qū)動燃氣渦輪機旋轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機發(fā)電，并排出450?600°C高溫煙氣。余熱直燃機夏季利用高溫煙氣的余熱進行制冷、冬季制熱。當夏季余熱制冷量不能滿足用戶所需冷量時，可選取帶補燃的直燃機以補燃方式增加制冷量，仍不能滿足用戶供冷需求時，啟動調(diào)峰設備如電制冷機進行制冷。冬季工況時，如余熱直燃機制熱量不能滿足用戶需求，可以補燃方式增加直燃機供熱量，如不帶補燃，則直接啟動燃氣鍋爐等調(diào)峰設備供熱，滿足用戶的供熱需求。
[0027]附圖3中是所述第二種供能子系統(tǒng)的示意，即城鎮(zhèn)各種可再生能源與清潔能源的耦合供能系統(tǒng)，包括太陽能發(fā)電、太陽能供熱、地源熱泵、水源熱泵、及城市垃圾及污水處理資源化利用等，這些可再生能源與天然氣三聯(lián)供和燃氣鍋爐的產(chǎn)出經(jīng)過參數(shù)的匹配處理后，分別連接到城鎮(zhèn)內(nèi)部的冷、熱、電管網(wǎng)，并有統(tǒng)一接口與外部公用供能網(wǎng)絡銜接。智能管理中心承擔整體系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度，通過內(nèi)部管網(wǎng)為工業(yè)、商業(yè)、民用各類用戶安全穩(wěn)定提供冷、熱、電、蒸汽、生活熱水各種負荷。這種耦合供能系統(tǒng)具有因地制宜、靈活多樣、安全可靠、節(jié)能減排、不斷升級可持續(xù)發(fā)展的特點。
[0028]附圖4是城鎮(zhèn)總線系統(tǒng)供能示意，城鎮(zhèn)低溫熱源多種多樣，圖中舉例的低溫熱源來自于土壤、地表水、城鎮(zhèn)的各種低溫冷卻水，這些熱源水通過泵站升壓后輸送到環(huán)形總線的進水管網(wǎng)，再經(jīng)過區(qū)域用戶端的熱泵升溫后供用戶采暖。用戶采暖后的回水排放到環(huán)形總線的排水管網(wǎng)，再回灌到低溫水源完成低溫熱源的循環(huán)利用。由于低溫水源的水溫和壓力存在差異，必須對總線系統(tǒng)所含各熱源、管路、泵站與換熱器網(wǎng)絡進行參數(shù)的調(diào)整和匹配，最大限度減少輸送混合損失。在用戶端要配置能源品位的提升裝置，如熱泵等，把管網(wǎng)輸送來的低溫熱水提升溫度后滿足供用戶采暖或制冷的需要。這種總系供能方式為利用城鎮(zhèn)大量的自然和生活生產(chǎn)活動生成的中低溫熱源開辟了廣闊的利用空間。
[0029]圖5是城鎮(zhèn)智能管理中心結(jié)構(gòu)示意，表示為上下兩層結(jié)構(gòu)。下層是能源系統(tǒng)的三個子系統(tǒng)的控制專網(wǎng)及其工作平臺，即冷熱電三聯(lián)供控制專網(wǎng)、可再生能源專網(wǎng)、中低溫總線專網(wǎng)。上層是能源系統(tǒng)的管理中心總站，總站是整個城鎮(zhèn)能源系統(tǒng)的最上層控制。上下兩層之間通過網(wǎng)絡連接傳遞數(shù)據(jù)信息，正常時期總站主要對各子系統(tǒng)的相對獨立運行進行在線檢測，在遭受自然或人為災害的極端條件下，總站要發(fā)揮各子系統(tǒng)之間的聯(lián)供聯(lián)調(diào)和采取應急措施的作用，保證城鎮(zhèn)總體的安全供能。控制總站還要與城鎮(zhèn)的政務專網(wǎng)相連接，接受政府主管部門的監(jiān)督。
[0030]圖6是供能系統(tǒng)能流網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)示意。能流網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)、功能、應用方式已經(jīng)在
【發(fā)明內(nèi)容】
中介紹。此處意在強調(diào)如圖中連接各層間的有向線段的方向所示，能源系統(tǒng)的能流方向是資源一轉(zhuǎn)化一負荷，但利用能流網(wǎng)絡程序來求解能源系統(tǒng)時的計算方向與之相反，為負荷一轉(zhuǎn)化一資源。各層間表示各種關聯(lián)過程的有向線段的數(shù)量和分布情況均隨具體的能源系統(tǒng)而改變。
[0031]圖7表示了“一核三元素”供能系統(tǒng)設計的實施步驟，可分為A、B、C、D四個順序模塊:
(A)項目下達和現(xiàn)場調(diào)研。包括調(diào)研城鎮(zhèn)的冷熱電負荷需求、資源稟賦、技術條件、財政狀況各的目前現(xiàn)狀及發(fā)展預測。
[0032](B)設定城鎮(zhèn)發(fā)展量化目標。可以在設定不同的技術發(fā)展和政策發(fā)展條件三個等級的量化目標，即常規(guī)目標、超常目標、跨越目標。同時預測三個目標下相應的負荷需求，作為能源系統(tǒng)設計主要依據(jù)。
[0033](C)核心模塊設計。該模塊以是方案實施步驟的中心環(huán)節(jié)，用能流網(wǎng)絡方法和計算機程序進行供能系統(tǒng)的優(yōu)化方法，包括整體設計和各個元素模塊(子系統(tǒng))設計，得到供能系統(tǒng)整體和各個子系統(tǒng)的系統(tǒng)集成、運行模式、成本效益、節(jié)能減排效果等。整體設計內(nèi)容是根據(jù)城鎮(zhèn)自然條件、資源分布、產(chǎn)業(yè)布局、人口密度等因素，因地制宜地在城鎮(zhèn)規(guī)劃面積內(nèi)進行三種供能元素的空間布局，確定每種元素的數(shù)量和容量，求得總體的優(yōu)化。在總體設計的基礎上進行每個元素的深化設計，包括該元素的工藝流程、系統(tǒng)集成、運行方式、成本、節(jié)能減排量等，得到各個子系統(tǒng)的優(yōu)化。綜合各模塊的設計結(jié)果將最終得城鎮(zhèn)整體供能系統(tǒng)的能量平衡、各種資源的消耗、總成本、對環(huán)境的總影響，然后進入下一個檢驗模塊，檢驗是否達到預定目標。
[0034](D)目標檢驗并通過迭代計算達到預定目標。繼之，進行各項后續(xù)工作，如城鎮(zhèn)所有能源站的布局優(yōu)化、與外部公用供能網(wǎng)絡的接網(wǎng)設計，施工圖設計、形成設計文件等。
[0035]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種基于資源綜合利用的新型城鎮(zhèn)一核三元素供能系統(tǒng)，其特征在于，包括: 一個元素是清潔能源分布式冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)，通過燃燒清潔能源發(fā)電及發(fā)電后余熱的梯級利用，提供工業(yè)蒸汽或空間的采暖或制冷；一個元素是耦合供能系統(tǒng)，由各種可再生資源與清潔能源相結(jié)合，實現(xiàn)在工藝流程、轉(zhuǎn)化設備、優(yōu)化控制各層面的有機結(jié)合，形成的耦合供能系統(tǒng)；一個元素是總線系統(tǒng)，由工業(yè)余能利用、城市污水及垃圾處理資源化利用、及城鎮(zhèn)的大量中低溫熱源的匯集，通過城鎮(zhèn)統(tǒng)一的管網(wǎng)、泵站、換熱站等基礎設施輸送到用戶加以利用的供能系統(tǒng)；一個核心是能源管理中心，通過智能化信息網(wǎng)絡，對三元素之間形成空間上的交聯(lián)組合和時 間上的優(yōu)化調(diào)度運行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于資源綜合利用的新型城鎮(zhèn)一核三元素供能系統(tǒng)，其特征在于:所述清潔能源分布式冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)是各種清潔能源，包括天然氣和各種非常規(guī)天然氣清潔能源的高效利用，由各種類型的發(fā)電機組、余熱利用機組、負荷調(diào)峰設備組成的不同容量、不同工藝流程、適用于工業(yè)、商業(yè)、民用各種用戶的分布式供能系統(tǒng)；所述可再生能源及其耦合系統(tǒng)是由太陽能、風能、地熱能、生物質(zhì)能、小水電等各種可再生能源與天然氣清潔能源構(gòu)成的多能源互補和多技術交叉的耦合供能系統(tǒng)；所述的總線系統(tǒng)是指由工業(yè)余能、城市污水及垃圾資源化、及城鎮(zhèn)的大量自然界與生活生產(chǎn)活動的低溫熱源匯集在一起，通過城鎮(zhèn)統(tǒng)一的管網(wǎng)、泵站、換熱站等基礎設施輸送到用戶加以利用的供能系統(tǒng)；上述三個系統(tǒng)通過能源管理中心構(gòu)成空間上交聯(lián)組合、在時間上優(yōu)化調(diào)度的城鎮(zhèn)供能系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供能系統(tǒng)的優(yōu)化方法，其特征在于，其方法為:采用能流網(wǎng)絡法，能流網(wǎng)絡由負荷層、轉(zhuǎn)化層、資源層三層構(gòu)成了能源系統(tǒng)的物理模型和數(shù)據(jù)關聯(lián)；負荷層根據(jù)城鎮(zhèn)的冷、熱、電、工業(yè)蒸汽、生活熱水的需求，以負荷調(diào)研結(jié)果作為已知的輸入數(shù)據(jù)；資源層是根據(jù)城鎮(zhèn)的資源調(diào)研給出各種資源的儲藏量和可用量，作為能源系統(tǒng)設計的限制條件；中間的轉(zhuǎn)化層是從資源轉(zhuǎn)化成用戶負荷所應用的各種技術、工藝流程、和轉(zhuǎn)化設備；能流網(wǎng)絡三層之間的轉(zhuǎn)化過程遵循著能量守恒、質(zhì)量守恒、過程損失、和設定的分配比例等氣動熱力學定律和優(yōu)化準則，從而建立了三層之間的量化關系和數(shù)值求解的依據(jù)，通過編制的計算程序進行優(yōu)化設計；求解過程從已知的負荷層開始，求解方向與實際的能流方向相反，自上而下，算出各種轉(zhuǎn)化設備的容量、各種資源的需求量、各種與資源相關的有害氣體排放量、系統(tǒng)投資和運行成本各種宏觀參數(shù)；所述負荷層、資源層、轉(zhuǎn)化層組成的三層結(jié)構(gòu)中，每層中包含內(nèi)容的數(shù)量與名稱，三層之間存在關聯(lián)關系均隨不同城鎮(zhèn)或區(qū)域的具體情況而改變。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的供能系統(tǒng)的優(yōu)化方法，其特征在于，所述優(yōu)化方法的具體步驟如下: (A)項目下達和現(xiàn)場調(diào)研:包括調(diào)研城鎮(zhèn)的冷熱電負荷需求、資源稟賦、技術條件、財政狀況各的目前現(xiàn)狀及發(fā)展預測； (B)設定城鎮(zhèn)發(fā)展量化目標:設定對應不同的技術發(fā)展和政策發(fā)展條件的三個等級的量化目標，即常規(guī)目標、超常目標和跨越目標；同時預測三個目標下相應的負荷需求，作為能源系統(tǒng)設計主要依據(jù)； (C)核心模塊設計:該模塊以是方案實施步驟的中心環(huán)節(jié)，用能流網(wǎng)絡方法和計算機程序進行供能系統(tǒng)的優(yōu)化方法，包括整體設計和各個元素模塊設計，得到供能系統(tǒng)整體和各個子系統(tǒng)的系統(tǒng)集成、運行模式、成本效益和節(jié)能減排效果；整體設計內(nèi)容是根據(jù)城鎮(zhèn)自然條件、資源分布、產(chǎn)業(yè)布局和人口密度因素，因地制宜地在城鎮(zhèn)規(guī)劃面積內(nèi)進行三種供能元素的空間布局，確定每種元素的數(shù)量和容量，求得總體的優(yōu)化；在總體設計的基礎上進行每個元素的深化設計，包括該元素的工藝流程、系統(tǒng)集成、運行方式、成本和節(jié)能減排量，得到各個子系統(tǒng)的優(yōu)化；綜合各模塊的設計結(jié)果將最終得到城鎮(zhèn)整體供能系統(tǒng)的能量平衡、各種資源的消耗、總成本和對環(huán)境的總影響，然后進入下一個檢驗模塊，檢驗是否達到預定目標。
5.(D)目標檢驗并通過迭代計算達到預定目標:繼之，進行各項后續(xù)工作，包括城鎮(zhèn)所有能源站的布局優(yōu)化、與外部公用供能網(wǎng)絡的接網(wǎng)設計，施工圖設計和形成設計文件。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的供能系統(tǒng)和優(yōu)化方法，其特征在于，分布式冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)中，通過燃燒清潔能源發(fā)電后的余熱進行的梯級利用，根據(jù)用戶負荷需求、發(fā)電機組類型、工藝流程、投資強度、節(jié)能減排目標的多種因素決定了多種多樣的系統(tǒng)配置和系統(tǒng)規(guī)模，包括區(qū)域型分布式能源和樓宇型分布式能源所有類型。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的供能系統(tǒng)和優(yōu)化方法，其特征在于，城鎮(zhèn)分布式能源系統(tǒng)中天然氣清潔能源與各種可再生能源的耦合供能系統(tǒng)中包括各種可能的耦合方式，包括資源的耦合、工藝流程的耦合 供能設備的耦合、運行方式的耦合、控制系統(tǒng)的耦合、與公用電網(wǎng)銜接的各個層面上的耦合。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的供能系統(tǒng)和優(yōu)化方法，其特征在于，城鎮(zhèn)分布式能源系統(tǒng)中包括城鎮(zhèn)中一切可利用的自然界和生活生產(chǎn)活動產(chǎn)生的大量中低溫熱源，通過總線系統(tǒng)方式為用戶供能，作為城鎮(zhèn)整體能源系統(tǒng)的一種重要組成部分。
【文檔編號】F02C6/18GK103982299SQ201410130490
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月2日
【發(fā)明者】汪慶桓, 馮江華 申請人:北京恩耐特分布能源技術有限公司