專利名稱：一種系統(tǒng)能效控制方法及控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能源技術(shù)，尤其涉及系統(tǒng)能效控制方法及控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代工業(yè)社會(huì)的發(fā)展，大自然賦予人類的自然資源被大量地消耗。全球石油儲(chǔ)量大約在2050年左右宣告枯竭；全球天然氣儲(chǔ)備估計(jì)在2050年左右枯竭；全球煤的儲(chǔ)量可以供應(yīng)169年。能源問題，已經(jīng)躍升為世界各國抓住當(dāng)前國際戰(zhàn)略機(jī)遇期的一個(gè)根本性問題。全世界大半個(gè)世紀(jì)依托化石能源發(fā)展的一個(gè)嚴(yán)重后果是全球氣候和環(huán)境日益惡化。當(dāng)前，氣候變化已成為全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展面臨的強(qiáng)硬約束，環(huán)境問題已成為全球可持續(xù)發(fā)展最嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。發(fā)展低碳低能耗生態(tài)城，是當(dāng)今城市科學(xué)研究面臨的嶄新課題，是新一輪城市規(guī)劃建設(shè)的重大機(jī)遇。一批先行實(shí)踐者已展開藍(lán)圖，描繪未來。世界經(jīng)濟(jì)是區(qū)域多元化發(fā)展，不同城市和地區(qū)間的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式、環(huán)境資源、成熟度和發(fā)展速度等都有所不同，其所面臨的能源應(yīng)用問題也不盡相同。能源安全是國家經(jīng)濟(jì)安全和社會(huì)安全的重要方面，它直接影響到國家安全、可持續(xù)發(fā)展及社會(huì)穩(wěn)定。而低碳經(jīng)濟(jì)的實(shí)質(zhì)是能源效率和清潔能源結(jié)構(gòu)問題，核心是能源技術(shù)創(chuàng)新和制度創(chuàng)新，目標(biāo)是減緩氣候變化和促進(jìn)人類的可持續(xù)發(fā)展。低碳經(jīng)濟(jì)就是在發(fā)展中排放最少的溫室氣體，同時(shí)獲得整個(gè)社會(huì)的最大的產(chǎn)出。 未來，人類可以通過更多利用可再生能源等方式，減少溫室氣體排放，同時(shí)又不影響公民的社會(huì)福利和生活質(zhì)量，不犧牲社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此，低碳經(jīng)濟(jì)被人們認(rèn)為是繼工業(yè)革命、 信息革命后，第五波改變世界經(jīng)濟(jì)的革命浪潮，而低碳、低耗能將成為未來生活主流模式。華南理工大學(xué)華賁教授在80年代提出了能源領(lǐng)域的三環(huán)節(jié)模型，即能源利用(生產(chǎn))、能源應(yīng)用和能源回收。華賁教授的三環(huán)節(jié)能量模型于工業(yè)領(lǐng)域，如石化、化工、生化等長周期穩(wěn)定運(yùn)行的工藝裝置能量綜合優(yōu)化，這類裝置的主要特點(diǎn)是連續(xù)運(yùn)行、運(yùn)行穩(wěn)定性強(qiáng)，因而不需要能源儲(chǔ)存，如熱、冷能儲(chǔ)存和電力儲(chǔ)存，作為一個(gè)重要環(huán)節(jié)進(jìn)行體現(xiàn)，為解決余熱等能量利用問題而力求通過換熱網(wǎng)絡(luò)等直接能量回收形式進(jìn)行能量再生利用。三環(huán)節(jié)能量模型突出能源應(yīng)用和再生環(huán)節(jié)之間反饋聯(lián)系，達(dá)到能量再生循環(huán)復(fù)用的目的。三環(huán)節(jié)能量模型突出的是能量系統(tǒng)的靜態(tài)特性，即依據(jù)系統(tǒng)的能量平衡圖來實(shí)現(xiàn)能量系統(tǒng)綜合優(yōu)化。但是，三環(huán)節(jié)能量模型基于單一的一種能量，是單一的、非閉環(huán)的，僅對(duì)能量一次利用，產(chǎn)能用能匹配以穩(wěn)態(tài)優(yōu)化為主，能源網(wǎng)和信息網(wǎng)相對(duì)獨(dú)立，不能實(shí)現(xiàn)協(xié)同優(yōu)化，而且能源、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境目標(biāo)逐次優(yōu)化，不是一體化協(xié)同優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的一個(gè)技術(shù)問題是提供一種系統(tǒng)能效控制系統(tǒng)和方法，能夠提高能源利用效率。本發(fā)明提供一種系統(tǒng)能效控制系統(tǒng)，包括多個(gè)能效控制器和能效匹配站，所述能效控制器通過泛能網(wǎng)和所述能效匹配站連接；其中所述能效控制器，用于監(jiān)測和采集能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)、能源應(yīng)用環(huán)節(jié)、能源再生環(huán)節(jié)和能源儲(chǔ)存環(huán)節(jié)的能量信息，發(fā)送到所述能效匹配站；接收來自所述能效匹配站的控制信息， 根據(jù)所述控制信息對(duì)所述能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)、能源應(yīng)用環(huán)節(jié)、能源再生環(huán)節(jié)和能源儲(chǔ)存環(huán)節(jié)的能量轉(zhuǎn)化、應(yīng)用、儲(chǔ)存、再生進(jìn)行控制；所述能效匹配站，用于接收來自所述能效控制器的能量信息，基于能量模型對(duì)所述能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)、能源應(yīng)用環(huán)節(jié)、能源再生環(huán)節(jié)和能源儲(chǔ)存環(huán)節(jié)的能量循環(huán)過程進(jìn)行全局優(yōu)化控制，向所述能效控制器發(fā)送對(duì)應(yīng)的控制信息。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述能效控制器根據(jù)所述控制信息對(duì)所述能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)、能源應(yīng)用環(huán)節(jié)、能源再生環(huán)節(jié)或能源儲(chǔ)存環(huán)節(jié)的能量轉(zhuǎn)換過程引入智能化能量，使得所述能量轉(zhuǎn)換過程獲得相對(duì)于輸入能量的非線性放大的輸出能量。進(jìn)一步，在所述能量轉(zhuǎn)換過程中，通過所述智能化能量使系統(tǒng)處于臨界狀態(tài)，利用較小的輸入能量使系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生改變，從而釋放較大的輸出能量。通過系統(tǒng)非線性屬性建立自催化機(jī)制，通過較小的輸入能量觸發(fā)連鎖效應(yīng)，從而釋放巨大的能量。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，能效控制器包括智能控制器，用于對(duì)智能終端設(shè)備及裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測及控制，向上傳送監(jiān)測信息，接收控制信息，對(duì)智能終端進(jìn)行局部能效優(yōu)化；智能優(yōu)化器，用于對(duì)多個(gè)所述智能控制器進(jìn)行橫向融合，通過非線性控制，協(xié)調(diào)能源使用、優(yōu)化能源組合，實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域能源系統(tǒng)的能效優(yōu)化；智能進(jìn)化器，用于對(duì)多個(gè)所述智能優(yōu)化器進(jìn)行橫向融合，具有自適應(yīng)、自組織、自學(xué)習(xí)、自協(xié)調(diào)、自修復(fù)、自尋優(yōu)和判斷決策能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)城域能源系統(tǒng)的能效優(yōu)化。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，能效控制器包括多種能量傳感器、過程控制器和運(yùn)動(dòng)控制器；所述能效匹配站包括一臺(tái)或者多臺(tái)計(jì)算機(jī)設(shè)備，所述計(jì)算機(jī)設(shè)備具有外部總線/ 傳感器接口，用于與所述能量傳感器、過程控制器或運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)行通信；所述計(jì)算機(jī)設(shè)備通過以太網(wǎng)接口連接上層控制網(wǎng)絡(luò)；其中，通過所述能量傳感器監(jiān)測能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)、能源應(yīng)用環(huán)節(jié)、能源再生環(huán)節(jié)和能源儲(chǔ)存環(huán)節(jié)的能量信息，發(fā)送到所述能效匹配站；所述過程控制器和運(yùn)動(dòng)控制器接收來自所述能效匹配站的控制信息，根據(jù)所述控制信息對(duì)所述能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)、能源應(yīng)用環(huán)節(jié)、能源再生環(huán)節(jié)和能源儲(chǔ)存環(huán)節(jié)的能量轉(zhuǎn)化、應(yīng)用、儲(chǔ)存和再生進(jìn)行控制。本發(fā)明還提供一種系統(tǒng)能效控制方法，包括能效匹配站通過泛能網(wǎng)接收來自多個(gè)能效控制單元的能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)、能源應(yīng)用環(huán)節(jié)、能源再生環(huán)節(jié)和能源儲(chǔ)存環(huán)節(jié)的能量信息；所述能效匹配站根據(jù)所述能量信息基于能量模型對(duì)所述能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)、能源應(yīng)用環(huán)節(jié)、能源再生環(huán)節(jié)和能源儲(chǔ)存環(huán)節(jié)的能量循環(huán)過程進(jìn)行全局優(yōu)化控制，發(fā)送對(duì)應(yīng)的控制 fn息；所述能效控制單元根據(jù)所述控制信息對(duì)所述能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)、能源應(yīng)用環(huán)節(jié)、能源再生環(huán)節(jié)和能源儲(chǔ)存環(huán)節(jié)的能量循環(huán)過程進(jìn)行控制。
根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施例，能效控制單元根據(jù)所述控制信息對(duì)所述能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)、能源應(yīng)用環(huán)節(jié)、能源再生環(huán)節(jié)和能源儲(chǔ)存環(huán)節(jié)的能量循環(huán)過程進(jìn)行控制的步驟包括所述能效控制單元根據(jù)所述控制信息對(duì)所述能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)、能源應(yīng)用環(huán)節(jié)、能源再生環(huán)節(jié)或能源儲(chǔ)存環(huán)節(jié)的能量轉(zhuǎn)換過程引入智能化能量，使得所述能量轉(zhuǎn)換過程獲得相對(duì)于輸入能量的非線性放大的輸出能量。根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施例，能效控制單元包括智能控制單元，用于對(duì)智能終端設(shè)備及裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測及控制，向上傳送監(jiān)測信息， 接收控制信息，對(duì)智能終端進(jìn)行局部能效優(yōu)化；智能優(yōu)化單元，用于對(duì)多個(gè)所述智能控制單元進(jìn)行橫向融合，通過非線性控制，協(xié)調(diào)能源使用、優(yōu)化能源組合，實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域能源系統(tǒng)的能效優(yōu)化；智能進(jìn)化單元，用于對(duì)多個(gè)所述智能優(yōu)化單元進(jìn)行橫向融合，具有自適應(yīng)、自組織、自學(xué)習(xí)、自協(xié)調(diào)、自修復(fù)、自尋優(yōu)和判斷決策能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)城域能源系統(tǒng)的能效優(yōu)化。本發(fā)明提供的系統(tǒng)能效系統(tǒng)和方法，能效匹配站通過泛能網(wǎng)接收來自多個(gè)能效控制單元的能量信息，基于能量模型對(duì)所述能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)、能源應(yīng)用環(huán)節(jié)、能源再生環(huán)節(jié)和能源儲(chǔ)存環(huán)節(jié)的能量循環(huán)過程進(jìn)行閉環(huán)、全局優(yōu)化控制，從而提高能源利用效率。


圖1示出本發(fā)明的系統(tǒng)能效控制系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖；圖2示出本發(fā)明的系統(tǒng)能效控制系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例中能效控制器的分級(jí)圖示；圖3示出本發(fā)明的系統(tǒng)能效控制方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖；圖4示出泛能網(wǎng)邏輯框架圖；圖5示出一種能源生態(tài)城儲(chǔ)冷熱系統(tǒng)基本流程圖；圖6示出能效四環(huán)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖示；圖7示出圖6所示的能效四環(huán)節(jié)系統(tǒng)的閉環(huán)控制框圖；圖8示出本發(fā)明的能效控制器在生產(chǎn)-應(yīng)用環(huán)節(jié)的能效匹配調(diào)節(jié)的作用機(jī)制的圖示；圖9示出能效增益裝置的一個(gè)實(shí)施例的控制點(diǎn)分布示意圖；圖10示出能效增益裝置的一個(gè)實(shí)施例的控制流程圖。
具體實(shí)施例方式下面參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更全面的描述，其中說明本發(fā)明的示例性實(shí)施例。本發(fā)明的基本構(gòu)思是基于系統(tǒng)能效技術(shù)，通過能效四環(huán)節(jié)系統(tǒng)(能源生產(chǎn)、儲(chǔ)存、 應(yīng)用與再生)的能量和信息的耦合，形成能量輸入和輸出跨時(shí)域的實(shí)時(shí)協(xié)同，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)全生命周期的最優(yōu)化和能效的增益，能效控制系統(tǒng)對(duì)各能量流進(jìn)行供需轉(zhuǎn)換匹配，梯級(jí)利用、 時(shí)空優(yōu)化、以達(dá)到系統(tǒng)能效最大化，最終輸出一種自組織的高度有序的高效智能能源。根據(jù)本發(fā)明的上述構(gòu)思，本發(fā)明提供了基于能效四環(huán)節(jié)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)能效優(yōu)化和增益的系統(tǒng)能效支撐網(wǎng)絡(luò)泛能網(wǎng)。本發(fā)明的泛能網(wǎng)是基于能源生產(chǎn)、能源應(yīng)用、能源儲(chǔ)存、 能源再生的能效四環(huán)節(jié)系統(tǒng)的信息流和能量流以及物質(zhì)流耦合協(xié)同的智能能源網(wǎng)絡(luò)體系。泛能網(wǎng)基于互聯(lián)網(wǎng)信息通信技術(shù)，不但優(yōu)化了能源結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)能效，而且創(chuàng)新了商業(yè)和市場模式。泛能網(wǎng)建立了創(chuàng)新性的智能泛能流理念，合理而充分高效利用可再生能源及環(huán)境勢(shì)能，實(shí)現(xiàn)信息流、能量流及物質(zhì)流的智能協(xié)同、全生命周期的循環(huán)，勾畫出全新的能源結(jié)構(gòu)與能源體系，隨著理念的推廣與應(yīng)用，將帶動(dòng)新的產(chǎn)業(yè)革命，將引導(dǎo)世界能源合理利用新潮流。圖1示出本發(fā)明的系統(tǒng)能效控制系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，該系統(tǒng)能效控制系統(tǒng)包括能效匹配站11和多個(gè)能效控制器12，能效控制器12通過泛能網(wǎng)17和能效匹配站11連接。其中，能效控制器12用于監(jiān)測和采集能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)13、能源應(yīng)用環(huán)節(jié) 14、能源再生環(huán)節(jié)15和能源儲(chǔ)存環(huán)節(jié)16的能量信息，發(fā)送到能效匹配站11。能效匹配站11 用于接收來自能效控制器12的能量信息，基于能量模型對(duì)能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)13、能源應(yīng)用環(huán)節(jié) 14、能源再生環(huán)節(jié)15和能源儲(chǔ)存環(huán)節(jié)16的能量循環(huán)過程進(jìn)行全局優(yōu)化控制，向能效控制器 12發(fā)送對(duì)應(yīng)的控制信息。能效控制器12接收來自能效匹配站11的控制信息，根據(jù)控制信息對(duì)能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)13、能源應(yīng)用環(huán)節(jié)14、能源再生環(huán)節(jié)15和能源儲(chǔ)存環(huán)節(jié)16的能量轉(zhuǎn)化、 應(yīng)用、儲(chǔ)存和再生進(jìn)行控制。能效匹配站是一種高效的能源匹配和能量提升中心，它包括能效增益裝置和多聯(lián)供裝置(冷熱電多聯(lián)供)兩個(gè)主要組成部分。能效四環(huán)節(jié)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的能量生產(chǎn)、應(yīng)用、儲(chǔ)存、再生都需通過能效匹配站或經(jīng)能效匹配站的系統(tǒng)能效控制器統(tǒng)一調(diào)配。能效匹配站優(yōu)先使用能效增益裝置(能效增益器)產(chǎn)生的可再生能源為應(yīng)用環(huán)節(jié)提供各種能量，不足時(shí)啟動(dòng)多聯(lián)供裝置進(jìn)行綜合調(diào)配。各環(huán)節(jié)能效控制器將本環(huán)節(jié)的信息及時(shí)發(fā)送至系統(tǒng)能效控制器，系統(tǒng)能效控制器據(jù)此作出控制策略對(duì)能效匹配站內(nèi)部以及各環(huán)節(jié)的關(guān)鍵點(diǎn)發(fā)出控制指令遂行控制。能效匹配站的目的是在最大限度的使用可再生能源的基礎(chǔ)上綜合協(xié)調(diào)整體能量系統(tǒng)的能量流動(dòng)，使之達(dá)到能效的最大化。圖2示出本發(fā)明的系統(tǒng)能效控制系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例中能效控制器的分級(jí)圖示。如圖2所示，該實(shí)施例中能效控制器包括智能控制器22、智能優(yōu)化器23和智能進(jìn)化器24。其中，智能控制器22用于對(duì)智能終端設(shè)備及裝置21實(shí)時(shí)監(jiān)測及控制，向上傳送監(jiān)測信息，接收控制信息，對(duì)智能終端21進(jìn)行局部能效優(yōu)化；智能優(yōu)化器23用于對(duì)多個(gè)智能控制器22 進(jìn)行橫向融合，通過非線性控制，協(xié)調(diào)能源使用、優(yōu)化能源組合，實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域能源系統(tǒng)的能效優(yōu)化；智能進(jìn)化器24用于對(duì)多個(gè)智能優(yōu)化器23進(jìn)行橫向融合，具有自適應(yīng)、自組織、自學(xué)習(xí)、自協(xié)調(diào)、自修復(fù)、自尋優(yōu)和判斷決策能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)城域能源系統(tǒng)的能效優(yōu)化。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，能效控制器根據(jù)控制信息對(duì)能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)、能源應(yīng)用環(huán)節(jié)、能源再生環(huán)節(jié)或能源儲(chǔ)存環(huán)節(jié)的能量轉(zhuǎn)換過程引入智能化能量，使得能量轉(zhuǎn)換過程獲得相對(duì)于輸入能量的非線性放大的輸出能量。例如，在能量轉(zhuǎn)換過程中，通過智能化能量使系統(tǒng)處于臨界狀態(tài)，利用較小的輸入能量使系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生改變，從而釋放大的輸出能量。 通過系統(tǒng)非線性屬性建立自催化機(jī)制，通過較小的輸入能量觸發(fā)連鎖效應(yīng)，從而釋放巨大的能量。圖3示出本發(fā)明的系統(tǒng)能效控制方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。如圖3所示，在步驟302，能效匹配站通過泛能網(wǎng)接收來自多個(gè)能效控制單元的能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)、能源應(yīng)用環(huán)節(jié)、能源再生環(huán)節(jié)和能源儲(chǔ)存環(huán)節(jié)的能量信息。在步驟304，能效匹配站根據(jù)能量信息基于能量模型對(duì)能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)、能源應(yīng)用環(huán)節(jié)、能源再生環(huán)節(jié)和能源儲(chǔ)存環(huán)節(jié)的能量循環(huán)過程進(jìn)行全局優(yōu)化控制，發(fā)送對(duì)應(yīng)的控制信肩、ο在步驟306，能效控制單元根據(jù)控制信息對(duì)能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)、能源應(yīng)用環(huán)節(jié)、能源再生環(huán)節(jié)和能源儲(chǔ)存環(huán)節(jié)的能量循環(huán)過程進(jìn)行控制。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，能效控制器包括多種能量傳感器、過程控制器和運(yùn)動(dòng)控制器；其中，通過能量傳感器監(jiān)測能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)、能源應(yīng)用環(huán)節(jié)、能源再生環(huán)節(jié)和能源儲(chǔ)存環(huán)節(jié)的能量信息，發(fā)送到能效匹配站；過程控制器和運(yùn)動(dòng)控制器接收來自能效匹配站的控制信息，根據(jù)控制信息對(duì)所述能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)、能源應(yīng)用環(huán)節(jié)、能源再生環(huán)節(jié)和能源儲(chǔ)存環(huán)節(jié)的能量轉(zhuǎn)化、應(yīng)用、儲(chǔ)存和再生進(jìn)行控制。系統(tǒng)能效控匹配站例如包括一臺(tái)或者多臺(tái)計(jì)算機(jī)設(shè)備，計(jì)算機(jī)設(shè)備具有外部總線/傳感器接口，用于與能量傳感器、過程控制器或運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)行通信；計(jì)算機(jī)設(shè)備通過以太網(wǎng)接口連接上層控制網(wǎng)絡(luò)。泛能網(wǎng)的邏輯框架圖見圖4。對(duì)家庭、園區(qū)、城市多層次的能源服務(wù)對(duì)象進(jìn)行規(guī)律性總結(jié)，可以發(fā)現(xiàn)研究對(duì)象都包含能源生產(chǎn)、能源儲(chǔ)存、能源應(yīng)用、能源回收四環(huán)節(jié)，尤其是未來以低碳為目標(biāo)的泛能網(wǎng)，四環(huán)節(jié)將無處不在。四環(huán)節(jié)通過無處不在的表記與傳感，實(shí)現(xiàn)信息與能源的伴生，再通過聯(lián)網(wǎng)與控制實(shí)現(xiàn)機(jī)機(jī)互感層次的智能，這種智能是人類將已有用能規(guī)律固化到聯(lián)網(wǎng)與控制設(shè)備中去的結(jié)果。在互動(dòng)層，泛能網(wǎng)提供了人機(jī)互動(dòng)的平臺(tái)，人可以根據(jù)更高層的命令及系統(tǒng)內(nèi)部各種控制設(shè)備的運(yùn)行情況生成合理的操作指令，并將指令下達(dá)給互感層的受控設(shè)備，人機(jī)互動(dòng)主要是解決機(jī)機(jī)互感解決不了或不好解決的能效問題，給人的智能提供了手段和管控
D ο基于泛能網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)，接收底層動(dòng)態(tài)(實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí))反饋的信息，根據(jù)對(duì)事件類型的定義分析是否形成事件以及事件類型，難以決策的事件通過人人網(wǎng)絡(luò)形成決策命令，據(jù)此下達(dá)相應(yīng)的決策命令給互動(dòng)層處理。泛能網(wǎng)通過互感、互動(dòng)、互智解決了機(jī)與機(jī)、人與機(jī)、人與人的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系。泛能網(wǎng)是分布式智能網(wǎng)絡(luò)和集中式網(wǎng)絡(luò)的集成，由物理的多個(gè)層次家庭、園區(qū)和城市等組成，每個(gè)層次都由能效四環(huán)節(jié)系統(tǒng)組成；以虛擬的三個(gè)層次互感、互動(dòng)和互智為特征。傳統(tǒng)的智能電網(wǎng)、氣網(wǎng)、熱網(wǎng)、物流網(wǎng)、信息網(wǎng)通過控制系統(tǒng)的橫向耦合協(xié)同，以互感、 互動(dòng)、互智虛擬邏輯三層次為特征的縱向耦合協(xié)同，使其成為一個(gè)巨型的人工智能系統(tǒng)。泛能流是能量流、物質(zhì)流、信息流相互耦合協(xié)同而形成的流；泛能網(wǎng)中的能效四環(huán)節(jié)系統(tǒng)，每一個(gè)基本單元都以雙向的泛能流為載體而相互聯(lián)系在一起，泛能流流動(dòng)到泛能網(wǎng)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)中；泛能流的實(shí)質(zhì)是三流耦合和協(xié)同；通過三流耦合和協(xié)同產(chǎn)生非線性效應(yīng)；泛能流就是智能流，因此泛能網(wǎng)的智能是基于三流耦合和協(xié)同的智能化。在泛能網(wǎng)中，集中式大規(guī)模清潔能源生產(chǎn)是多種能源電、氣、熱等的協(xié)同耦合生產(chǎn)，它的實(shí)現(xiàn)要依靠泛能網(wǎng)平臺(tái)。同樣，集中式大規(guī)模能源儲(chǔ)存，也是依賴于泛能網(wǎng)的電、 熱、氣等的儲(chǔ)存與釋放。集中式大規(guī)模能源回收或再生如微藻吸碳與森林碳匯也是基于泛能網(wǎng)的需要而建設(shè)。泛能網(wǎng)的家庭、園區(qū)、城市將是分布式能源的主要對(duì)象，與清潔能源如太陽能、風(fēng)能、地源能的分散特點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，泛能網(wǎng)中的家庭、園區(qū)、城市不但是用能單位，也是因地制宜的能源生產(chǎn)、儲(chǔ)存單位，以泛能網(wǎng)互感、互動(dòng)、互智為平臺(tái)，形成一個(gè)清潔、高效、智能、安全的網(wǎng)絡(luò)。比如以家庭為例通過溫度、光照度、人體感知等傳感器可以感知人員的活動(dòng)，進(jìn)而調(diào)節(jié)各房間的照明和空調(diào)等設(shè)備的設(shè)定，這就是對(duì)環(huán)境的互感；家庭能源管理系統(tǒng)(Home Energy Management System,HEMS)通過對(duì)氣價(jià)和電價(jià)的算法給出用電還是用氣的建議，這就是耦合協(xié)同后的互動(dòng)；經(jīng)過一段時(shí)期的用戶詳細(xì)用電、氣、水、冷熱情況收集之后，還可以利用人工智能技術(shù)構(gòu)建家庭用能模型，并進(jìn)一步采用時(shí)空等優(yōu)化技術(shù)將HEMS智能編程變?yōu)樽詣?dòng)智能響應(yīng)。泛能網(wǎng)流動(dòng)的能源是帶有信息感知標(biāo)簽的能源，可以簡單的理解為當(dāng)前可見的帶有感知信息標(biāo)簽的能源模塊組合，例如，在特定場景下帶有信息感知標(biāo)簽的電能，在特定場景下帶有信息感知標(biāo)簽的電能及天然氣的組合模塊，在特定場景下帶有信息感知標(biāo)簽的電能及熱能的組合模塊，在特定場景下帶有信息感知標(biāo)簽的電能及沼氣及冷的組合模塊。能源終端消耗和提供的將是這樣的更高級(jí)的能源形式，姑且稱之為泛能。將泛能流傳輸?shù)奈锢磔d體虛擬為一個(gè)管道，管道在地球表面有序交織成為管道網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)的交匯成為網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)能量終端的接入和路由。泛能流可以在網(wǎng)絡(luò)的任何節(jié)點(diǎn)間暢通無阻的流通， 這樣的管道可以有物理實(shí)體的支撐，也可以是無物理實(shí)體的虛擬管道，比如，跨越太平洋的物理實(shí)體管道可以為虛擬的，并沒有修建這樣可見的管道，甚至可以延伸到其它星球。虛擬管道必須要與有物理實(shí)體的管道共生，這樣的物理實(shí)體管道可以簡單的理解為在當(dāng)前能看到的如天然氣管道、電力線、水管、輸油管道，還可以是飛機(jī)、輪船、汽車、火車等與信息通信管道伴生而成的，形式多樣，如信息通信與傳輸電能合一的電力線，或者天然氣管道與信息通信光纖相伴生的管道。節(jié)點(diǎn)設(shè)備完成泛能流終端的接入與路由。管道與節(jié)點(diǎn)設(shè)備提供商承擔(dān)管道與節(jié)點(diǎn)設(shè)備的研發(fā)與支撐，管道建設(shè)與運(yùn)營的運(yùn)營商承擔(dān)建設(shè)與維護(hù)。泛能流終端必須接入到這樣的網(wǎng)絡(luò)上才能獲取或提供泛能，泛能流終端可以是各種規(guī)模和形式的設(shè)備，目前可見的火力發(fā)電廠、核電發(fā)電廠、太陽能光電一體化設(shè)備、汽車充放電池、光伏充電站、沼氣池、風(fēng)力發(fā)電站、電腦、冰箱、燃?xì)廨啓C(jī)、單體建筑、城市、園區(qū)、家庭，總之，將目前的一切用能、供能、儲(chǔ)能終端設(shè)備再增加支持泛能網(wǎng)接入的接口模塊加以改造，比如當(dāng)前的混合動(dòng)力車怎么才能改造成為支持泛能網(wǎng)接入的混合動(dòng)力車呢？簡單的可以這么理解，即將其充放電電池增加感知電能的標(biāo)簽+沖放電線接口 +通信模塊接口，這樣它就可以接入泛能網(wǎng)，可以充放帶有信息標(biāo)簽的電能泛能組合。下面通過本發(fā)明的系統(tǒng)能效控制系統(tǒng)在未來能源生態(tài)城的一個(gè)應(yīng)用例來詳細(xì)說明本發(fā)明。首先介紹系統(tǒng)能效控制系統(tǒng)所應(yīng)用的能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)、能源應(yīng)用環(huán)節(jié)、能源再生環(huán)節(jié)和能源儲(chǔ)存環(huán)節(jié)的情況。能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)是響應(yīng)系統(tǒng)能源應(yīng)用環(huán)節(jié)需要，將系統(tǒng)的輸入能源轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的應(yīng)用形式能源的單元。在能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)可以包括例如常壓催化氣化、生物燃?xì)?、光伏發(fā)電等實(shí)現(xiàn)。常壓催化氣化煤炭作為可以直接燃用的傳統(tǒng)燃料，在燃燒、儲(chǔ)存和環(huán)保等方面都存在許多問題。而常壓催化氣化通過采用創(chuàng)新工藝生產(chǎn)煤氣，可以達(dá)到節(jié)能減排、能源高效利用的目的。工藝簡介原料煤在850°C、Na2CO3催化劑存在下，被水蒸汽和空氣氣化，生產(chǎn)煤氣。氣化爐渣在燒渣爐燃燒，降低灰渣含碳量，提高碳利用率，為氣化反應(yīng)提供熱量；本工藝同時(shí)回收高溫?zé)崃扛碑a(chǎn)1. 2MPa(G)蒸汽。生物燃?xì)?/b>生物燃?xì)獾纳a(chǎn)過程由配料、發(fā)酵、凈化、分離提純四工段組成。工藝簡述秸稈和青草收集后切碎青儲(chǔ)，與廚余污泥等其余有機(jī)垃圾在調(diào)配進(jìn)料池內(nèi)加水混合均勻至要求的含水率后，由泵送入?yún)捬豕薨l(fā)酵。本工程發(fā)酵擬采用高溫干法發(fā)酵，干法脫硫，濕法脫碳、干燥。產(chǎn)生的沼氣經(jīng)凈化提純，甲烷氣供Bio-CNG加氣站、職工食堂、三聯(lián)供發(fā)電，純二氧化碳用于微藻養(yǎng)殖。沼渣用于周邊農(nóng)田和草坪的有機(jī)肥料。光伏發(fā)電太陽能光伏發(fā)電是典型的綠色能源，具有常規(guī)發(fā)電和其它發(fā)電方式所不及的許多優(yōu)點(diǎn)光伏發(fā)電的“原料”是“陽光”，取之不盡用之不竭；光伏發(fā)電過程不會(huì)產(chǎn)生任何污染、 清潔；等等。光伏發(fā)電系統(tǒng)的主要設(shè)備包括光伏組件和并網(wǎng)逆變器。能源儲(chǔ)存環(huán)節(jié)在能源儲(chǔ)存環(huán)節(jié)可以采用儲(chǔ)能電池、或者實(shí)現(xiàn)跨季節(jié)儲(chǔ)冷儲(chǔ)熱。儲(chǔ)能電池儲(chǔ)能電池是能源儲(chǔ)存環(huán)節(jié)(儲(chǔ)冷熱、儲(chǔ)電、儲(chǔ)氣等能源存儲(chǔ)形式)中的重要方式， 將電能以化學(xué)能的形式存儲(chǔ)起來，在需要的情況下再將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，供給用電負(fù)荷。儲(chǔ)能電池是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)能效控制的重要調(diào)節(jié)手段。通過儲(chǔ)能電池的設(shè)計(jì)，可以在很大程度上調(diào)節(jié)傳統(tǒng)電力供需不平衡的狀態(tài)，起到消峰填谷的作用。此外，儲(chǔ)能電池是可再生能源(光伏、風(fēng)電等)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、可控輸出的重要實(shí)現(xiàn)手段，將可再生能源電力不可控的發(fā)電特性轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定、可靠的電力輸出。儲(chǔ)能電池可以采用鋰電池、全釩液流電池或者它們組合的方式，可以滿足各種不同用途的儲(chǔ)能電池需求，同時(shí)能夠?qū)⒐β逝c容量匹配，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)配置。通過儲(chǔ)能電池能夠匹配光伏發(fā)電，將光伏發(fā)出的電最大程度的利用，發(fā)電量在滿足負(fù)荷需求情況下剩余的電量儲(chǔ)存起來；其次，在一些應(yīng)用場景中，存在白天發(fā)電量多、夜間發(fā)電量少的問題，通過儲(chǔ)能電池將白天發(fā)的多余電量存儲(chǔ)起來滿足夜間用電需求；再次， 如果光伏發(fā)電量占總發(fā)電量的50%左右，遇到陰雨天氣，發(fā)電嚴(yán)重不足，通過儲(chǔ)能電池可以滿足陰雨天氣、白天的正常用電需求。跨季節(jié)儲(chǔ)冷儲(chǔ)熱能量的儲(chǔ)存是能效四環(huán)節(jié)系統(tǒng)中必不可少、承上啟下的一環(huán)。它是連接能量生產(chǎn)環(huán)節(jié)與應(yīng)用環(huán)節(jié)的橋梁與潤滑劑。通過能量的儲(chǔ)存，將不連續(xù)的可再生能源轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定連續(xù)的輸出；通過儲(chǔ)能，將自然界的冷能與熱能進(jìn)行跨季節(jié)的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)以小的能量輸入調(diào)動(dòng)環(huán)境大能量。另外，通過對(duì)熱能的儲(chǔ)存、構(gòu)建智能熱網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)熱能的梯級(jí)利用，解決能量的供需品位不匹配的問題。在未來能源生態(tài)城應(yīng)用實(shí)例中，熱源主要有常壓催化氣化、CCHP多聯(lián)產(chǎn)、熱泵系統(tǒng)，冷源主要有CCHP多聯(lián)產(chǎn)、熱泵系統(tǒng)、冬季自然冷能。用熱端主要有園區(qū)建筑物、生物微藻陽光大棚、沼氣池。園區(qū)建筑的用熱與用冷時(shí)間為早上8點(diǎn)到晚上6點(diǎn)，晚上6點(diǎn)以后到第二日早8點(diǎn)，CCHP產(chǎn)生的熱或冷則通過儲(chǔ)熱系統(tǒng)儲(chǔ)存，供第二天使用。該系統(tǒng)由一大一小兩個(gè)儲(chǔ)罐組成初步規(guī)劃為大罐400m3，小罐50m3。大罐用作跨季節(jié)冷熱儲(chǔ)存；小罐作為緩沖罐，用作跨晝夜冷熱儲(chǔ)存。儲(chǔ)熱時(shí)，系統(tǒng)水溫由20°C上升到70°C。使用時(shí)，熱水先與園區(qū)生活熱水系統(tǒng)進(jìn)行熱交換，交換后循環(huán)水出水溫度降到50°C左右；然后經(jīng)過一級(jí)熱泵提熱，繼續(xù)向園區(qū)生活熱水系統(tǒng)供熱，經(jīng)過二級(jí)熱泵后，出水溫度下降到35°C左右，與園區(qū)供熱系統(tǒng)進(jìn)行熱交換， 交換后，循環(huán)水出水溫度降到25°C左右；然后再經(jīng)過三級(jí)熱泵進(jìn)行提熱，繼續(xù)向供熱系統(tǒng)供熱；經(jīng)過三級(jí)熱泵后，循環(huán)水出水溫度下降到15°C左右，循環(huán)水回到儲(chǔ)熱罐。隨著儲(chǔ)存的熱不斷被取用，系統(tǒng)水溫不斷下降，根據(jù)水溫高低，系統(tǒng)循環(huán)水分別經(jīng)過一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)熱泵提熱，向園區(qū)生活熱水系統(tǒng)和取暖系統(tǒng)供熱。儲(chǔ)冷時(shí)，系統(tǒng)水溫由20°C下降到5°C左右。使用時(shí)，冷水與園區(qū)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行熱交換，溫度由5°C上升到15°C;然后經(jīng)過一級(jí)熱泵提冷，出水溫度上升到20°C，然后回到儲(chǔ)罐。 在冬季進(jìn)行跨季節(jié)儲(chǔ)冷時(shí)，大罐由分離式重力熱管進(jìn)行自然降溫冷凍。圖5示出未來能源生態(tài)城儲(chǔ)冷熱系統(tǒng)基本流程圖。該跨季節(jié)儲(chǔ)冷儲(chǔ)熱的園區(qū)系統(tǒng)方案實(shí)現(xiàn)了一套系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行余熱/余冷的跨晝夜與跨季節(jié)存儲(chǔ)，使用分離式重力熱管吸收自然界冷能。運(yùn)行時(shí)，與梯級(jí)熱泵系統(tǒng)進(jìn)行耦合，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)的熱與冷的充分利用。另外， 跨季節(jié)儲(chǔ)冷時(shí)，系統(tǒng)采用分離式重力熱管進(jìn)行自然降溫，不消耗動(dòng)力。能源應(yīng)用環(huán)節(jié)智能建筑建筑是人類活動(dòng)的基本場所，也是大量消耗能源、資源的重要項(xiàng)目。生態(tài)城建筑通過PVR技術(shù)(輻射板耦合光伏板技術(shù))和相應(yīng)的能源設(shè)備，實(shí)現(xiàn)生態(tài)城智能服務(wù)大廈、公寓、別墅的節(jié)能、智能、舒適、安全。智能服務(wù)大廈由硅基薄膜光伏板提供電力，冷熱負(fù)荷由輻射板耦合熱泵系統(tǒng)提供。能源儲(chǔ)存環(huán)節(jié)包括地下的跨季節(jié)蓄能和地上的水罐蓄能，全釩液流電池進(jìn)行電力的存儲(chǔ)。在能源應(yīng)用終端通過使用高效LED燈實(shí)現(xiàn)電力節(jié)能，通過低溫差換熱技術(shù)實(shí)現(xiàn)冷熱負(fù)荷節(jié)能，例如使用毛細(xì)管輻射制冷熱技術(shù)。使用全熱新風(fēng)換熱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)建筑內(nèi)空氣冷熱的回收，實(shí)現(xiàn)能源的再生。節(jié)能公寓使用PVR系統(tǒng)耦合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)公寓的冷、熱、電的聯(lián)供，通過全釩液流電池和蓄能裝置實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)冷、熱、電的存儲(chǔ)，通過低溫差換熱和LED節(jié)能技術(shù)實(shí)現(xiàn)終端的系統(tǒng)節(jié)能。零能公寓在熱、冷、電方面可以與園區(qū)的微網(wǎng)進(jìn)行交換，但是上行和下行的電、 熱、冷量是相等的。零能別墅以鋼結(jié)構(gòu)為主，通過PVR系統(tǒng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)建筑能源的提供。園區(qū)通過光伏產(chǎn)電、輻射板耦合熱泵系統(tǒng)產(chǎn)冷熱系統(tǒng)，通過蓄電設(shè)備和冷熱儲(chǔ)能設(shè)備實(shí)現(xiàn)建筑內(nèi)能量跨時(shí)域調(diào)配，通過智能終端的低溫差換熱技術(shù)和LED節(jié)電技術(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自供給。充電站充電站屬于能效四環(huán)節(jié)系統(tǒng)中的應(yīng)用環(huán)節(jié)。其電源一路來自電網(wǎng)，經(jīng)整流供電給充電系統(tǒng)；另一路利用光伏發(fā)電與儲(chǔ)能電池相連接，可實(shí)現(xiàn)直流電直接供給充電系統(tǒng)。同時(shí)，當(dāng)發(fā)電量多于充電量時(shí)，可經(jīng)逆變器實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電；充電站內(nèi)光伏發(fā)電系統(tǒng)充分利用建筑物，分別安裝在車棚、長廊的頂部。建成后的充電站，留有多個(gè)充電接口，可滿足園區(qū)游覽電車充電要求，還能為園外電動(dòng)汽車、電動(dòng)自行車、電動(dòng)巴士，混合動(dòng)力車等不同種類的車進(jìn)行服務(wù)，并可實(shí)現(xiàn)快速充電和慢充電兩種模式，IC卡等形式進(jìn)行消費(fèi)計(jì)價(jià)；充電站與系統(tǒng)能效控制系統(tǒng)通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)充電時(shí)的運(yùn)行參數(shù)及狀態(tài)控制和監(jiān)測。加氣站加氣站用于將生物制氣產(chǎn)生的符合車用天然氣標(biāo)準(zhǔn)的甲烷壓縮為CNG，為區(qū)域內(nèi) CNG汽車加氣。沼氣經(jīng)凈化處理后進(jìn)入Bio-CNG加氣站，氣質(zhì)質(zhì)量符合車用天然氣標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)氣壓力不低于0. IMPa,能力按50Nm3/h考慮，一天M小時(shí)連續(xù)生產(chǎn)，加氣站系統(tǒng)儲(chǔ)存設(shè)施容量按 HOONm3考慮，日加氣量1200Nm3。加氣站設(shè)計(jì)規(guī)模為日加氣量1200Nm3，小時(shí)加氣量50Nm3，加氣站可M小時(shí)連續(xù)工作。能源再生環(huán)節(jié)在能源再生環(huán)節(jié)，可以采用微藻吸碳、廢水處理等技術(shù)。微藻吸碳能源生態(tài)城微藻吸碳包括能源藻培養(yǎng)工段、營養(yǎng)藻培養(yǎng)工段、農(nóng)業(yè)藻培養(yǎng)工段、科研區(qū)、后處理及GMP包裝工段等工段。螺旋藻在培養(yǎng)大棚內(nèi)的跑道池培養(yǎng)器中進(jìn)行微藻養(yǎng)殖，不斷通入二氧化碳和空氣，微藻通過光合作用固定二氧化碳，微藻經(jīng)過收集、過濾、干燥、粉碎、包裝后得到螺旋藻藻粉。微藻吸碳生產(chǎn)的廢水通過廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，無廢渣、廢氣產(chǎn)生。廢水處理能源再生環(huán)節(jié)廢水處理系統(tǒng)，對(duì)能源生態(tài)城所有建、構(gòu)筑物排放的生產(chǎn)廢水和生活污水進(jìn)行處理，并進(jìn)行部分回用。污水回用率可達(dá)95%。系統(tǒng)能效控制系統(tǒng)能效增益機(jī)理—次能源通過能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)被轉(zhuǎn)化成可供能源應(yīng)用環(huán)節(jié)直接利用的電、熱、冷、氣等二次能源，盡管相比傳統(tǒng)的應(yīng)用方式，這種能量梯級(jí)利用的模式明顯的提高了系統(tǒng)的能源利用效率，但生產(chǎn)環(huán)節(jié)輸出的能源結(jié)構(gòu)卻相對(duì)固定，這與應(yīng)用環(huán)節(jié)對(duì)二次能源需求比例的不斷變化形成了矛盾。常見的生產(chǎn)端電、熱比例通常為1 1，而常見的應(yīng)用端電、熱比例為1 2至1 3，這種情況通常意味著需要直接消耗高品位的能源如電能來獲取所需要的低品位能源如熱量或冷量。這種采暖和制冷需求的熱量和冷量的品位較低，直接采用電能制取將造成較大的能源利用浪費(fèi)。能效增益裝置利用勢(shì)能泵如熱泵等設(shè)備將環(huán)境中的低品位、不可直接被能源應(yīng)用環(huán)節(jié)利用的環(huán)境勢(shì)能進(jìn)行提升，用少量的高品位能量如電能驅(qū)動(dòng)數(shù)倍于自身的環(huán)境勢(shì)能達(dá)到可被利用的程度，相對(duì)于傳統(tǒng)的能量利用方式，加入能效增益裝置的能量系統(tǒng)，其能量利用效能可進(jìn)一步提高。與一般的勢(shì)能泵系統(tǒng)相比，能效增益裝置具有三個(gè)明顯的不同點(diǎn)。第一，能效增益裝置是與儲(chǔ)能環(huán)節(jié)相連接的。一般熱泵系統(tǒng)的綜合運(yùn)行能效COP通常在3左右，它們直接從環(huán)境中吸取環(huán)境勢(shì)能，由于存在較大的提升溫差，系統(tǒng)的效率也相應(yīng)較低。能效增益裝置與儲(chǔ)能環(huán)節(jié)相連接，儲(chǔ)能環(huán)節(jié)分兩個(gè)部分，第一個(gè)部分是跨時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)，這一系統(tǒng)存儲(chǔ)通過太陽能光熱和輻射制冷技術(shù)在晝間和夜間制取的熱量和冷量，然后在應(yīng)用端需要采暖和制冷的時(shí)候，為勢(shì)能泵提供所需提升的熱量和冷量。由于這些被存儲(chǔ)的能量本身已具有一定的品位，因此在提升過程中僅需消耗較少的能量就能達(dá)到應(yīng)用環(huán)節(jié)用能需求品位標(biāo)準(zhǔn)，此時(shí)系統(tǒng)的COP可達(dá)6以上。當(dāng)然，跨時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量是有一定限制的，當(dāng)其所存儲(chǔ)的待提升能量數(shù)量不足時(shí)，就需要啟動(dòng)儲(chǔ)能環(huán)節(jié)的第二部分即跨季節(jié)儲(chǔ)能系統(tǒng)來為跨時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)補(bǔ)充熱量或冷量?？缂竟?jié)儲(chǔ)能系統(tǒng)在冬季和夏季分別利用環(huán)境的冷量和熱量直接儲(chǔ)存在系統(tǒng)中，而在相反季釋放。第二，能效增益裝置所使用的電能可以是由太陽能光伏、風(fēng)力或風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電裝置提供的。由于能效增益裝置的能效很高，COP可達(dá)6以上，整個(gè)系統(tǒng)所需電耗較傳統(tǒng)熱泵系統(tǒng)而言可降低一半以上乃至僅有1/3。電能被直接送往系統(tǒng)能效控制器，直接控制、配送給勢(shì)能泵，引導(dǎo)這種綠色的高品位能源用于提升被儲(chǔ)能系統(tǒng)存儲(chǔ)的環(huán)境勢(shì)能，成為可被應(yīng)用環(huán)節(jié)直接利用的高品位能量。第三，能效增益裝置的勢(shì)能泵和系統(tǒng)能效控制器是集成耦合的，系統(tǒng)能效控制器負(fù)責(zé)對(duì)能效四環(huán)節(jié)系統(tǒng)的能效進(jìn)行整體控制并接受生態(tài)城系統(tǒng)能效控制器的控制協(xié)調(diào)。系統(tǒng)能效控制器通過對(duì)生態(tài)城整體信息的采集優(yōu)化計(jì)算，然后下達(dá)電、熱、冷等能量負(fù)荷指令，據(jù)此通過能效增益裝置進(jìn)行綜合調(diào)節(jié)匹配，在滿足整體電、熱、冷等負(fù)荷的前提下，盡量做到整體系統(tǒng)能效最優(yōu)。總而言之，系統(tǒng)能效增益機(jī)制就是通過能效增益裝置用少量的太陽能、風(fēng)能等高品位能量，融合人輸入的智能信息，通過能效增益裝置的勢(shì)能泵去搬運(yùn)和提升環(huán)境中的環(huán)境勢(shì)能，使之提升成不同品位的有用能，實(shí)現(xiàn)了總體可用能的增加，從而提高了系統(tǒng)的整體能效。這種“四兩撥千斤”的功能，稱之為“能效增益”。目前階段能效增益裝置使用冷熱電多聯(lián)供裝置和熱泵作為主要物理載體，并采用智能控制技術(shù)對(duì)這一過程進(jìn)行實(shí)施優(yōu)化和控制。信息流從生產(chǎn)、應(yīng)用、再生和儲(chǔ)存向系統(tǒng)能效控制器傳輸，系統(tǒng)能效控制器據(jù)此作出能效優(yōu)化、匹配指令，啟動(dòng)勢(shì)能泵為應(yīng)用端匹配冷、熱、電等需求，同時(shí)協(xié)調(diào)其它能量的轉(zhuǎn)化與傳遞。能效四環(huán)節(jié)系統(tǒng)按照系統(tǒng)能效增益理論設(shè)計(jì)能效四環(huán)節(jié)系統(tǒng)。能效四環(huán)節(jié)系統(tǒng)解決兩個(gè)問題，第一是能源網(wǎng)絡(luò)的連接，第二是能效控制信息網(wǎng)絡(luò)的連接。在能效增益裝置，實(shí)現(xiàn)了能量和信息在邏輯層面的耦合，即能效的增益或者撬動(dòng)作用是通過系統(tǒng)能效控制器控制勢(shì)能泵，并和能源儲(chǔ)存、再生環(huán)節(jié)協(xié)同，調(diào)節(jié)了能效四環(huán)節(jié)系統(tǒng)的供需能量匹配，減少系統(tǒng)的一次能源輸入，提升了系統(tǒng)對(duì)一次能源的能量利用效率，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)能量的增益。圖6中示出了能效增益裝置和能效四環(huán)節(jié)的關(guān)系，其中每個(gè)環(huán)節(jié)都有環(huán)節(jié)能效控制器和駐點(diǎn)能效控制器，環(huán)節(jié)能效控制器負(fù)責(zé)對(duì)單個(gè)環(huán)節(jié)的能效控制，實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)能效的閉環(huán)控制和優(yōu)化；駐點(diǎn)能效控制器負(fù)責(zé)環(huán)節(jié)內(nèi)駐點(diǎn)單元的能效控制，通過駐點(diǎn)單元的能效的閉環(huán)控制和優(yōu)化。上述概念可以通過圖6和圖7的閉環(huán)控制框圖加以說明。在圖7中，控制器代表單元的駐點(diǎn)能效控制器或環(huán)節(jié)能效控制器，通過控制器中控制算法(調(diào)節(jié))，例如PID調(diào)節(jié)，控制器輸出控制量，施加到被控對(duì)象，被控對(duì)象輸出反饋到輸入端，在輸入端和輸入量進(jìn)行比較，產(chǎn)生一個(gè)差量的調(diào)節(jié)值，繼續(xù)按照控制規(guī)律(例如 PID)來調(diào)節(jié)被控對(duì)象，直到被控對(duì)象的輸出和系統(tǒng)的輸入達(dá)到一致(實(shí)際在一定的誤差范圍內(nèi))，就算是完成了控制目標(biāo)，例如光伏發(fā)電的產(chǎn)電量達(dá)到了目標(biāo)輸入。在閉環(huán)控制的基礎(chǔ)上，還可以通過駐點(diǎn)能效控制器或環(huán)節(jié)能效控制器對(duì)單元進(jìn)行優(yōu)化，例如通過時(shí)空的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)節(jié)能等。多個(gè)駐點(diǎn)控制器通過環(huán)節(jié)能效控制器連接到系統(tǒng)的能效增益裝置，一起就形成了泛能網(wǎng)的控制網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)為系統(tǒng)能效控制器實(shí)現(xiàn)更高層次的監(jiān)控和優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)，這也是分布式控制的基本思想，即分布式的控制網(wǎng)絡(luò)本地實(shí)現(xiàn)是實(shí)時(shí)閉環(huán)控制， 滿足對(duì)象的穩(wěn)定高效運(yùn)行，對(duì)于整個(gè)的系統(tǒng)而言，同時(shí)需要對(duì)一組對(duì)象的監(jiān)控，在監(jiān)控的層面，體現(xiàn)的是底層數(shù)據(jù)的集中管理和表示，因?yàn)檫@個(gè)時(shí)候需要對(duì)這一組對(duì)象進(jìn)行集中的管理，例如一個(gè)大的工藝系統(tǒng)，需要知道每個(gè)回路，到每個(gè)工藝，到每個(gè)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，需要知道具體的數(shù)據(jù)。因此在駐點(diǎn)能效控制器的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了環(huán)節(jié)能效控制器，環(huán)節(jié)能效控制器負(fù)責(zé)每個(gè)環(huán)節(jié)的監(jiān)控，同時(shí)解決混合能源的在四環(huán)節(jié)的調(diào)配和流動(dòng)。在圖6中，駐點(diǎn)單元間的能量流動(dòng)基本無法依靠駐點(diǎn)能效控制器去整體匹配和控制，需要通過環(huán)節(jié)能效控制器來匹配環(huán)節(jié)內(nèi)部的駐點(diǎn)單元的能效，實(shí)現(xiàn)整體能效的輸入和輸出的優(yōu)化匹配，為在系統(tǒng)能效控制器實(shí)現(xiàn)四環(huán)節(jié)的能效優(yōu)化和增益建立基礎(chǔ)。因此從邏輯的層面，我們說環(huán)節(jié)能效控制器的輸入輸出包含了能量和控制信息，因?yàn)橹挥性谶@個(gè)層面，才更好地體現(xiàn)了能量的調(diào)配，因此命名為環(huán)節(jié)能效控制器。為了說明在環(huán)節(jié)能效控制器的層面實(shí)現(xiàn)的調(diào)控作用，下面通過圖8中的生產(chǎn)-應(yīng)用環(huán)節(jié)的能效匹配調(diào)節(jié)來說明環(huán)節(jié)能效控制器的作用機(jī)制。需要注意，能效的二次調(diào)節(jié)是在環(huán)節(jié)能效控制器之間完成的，例如生產(chǎn)環(huán)節(jié)能效控制器的輸入是來自于駐點(diǎn)能效控制器對(duì)電、熱、氣等單體能源的一次調(diào)節(jié)，產(chǎn)生了混合能源的輸入，再到生產(chǎn)環(huán)節(jié)能效控制器，生產(chǎn)環(huán)節(jié)能效控制器通過二次調(diào)節(jié)產(chǎn)生的混合能源輸出，經(jīng)系統(tǒng)能效控制器匹配、輸入到應(yīng)用環(huán)節(jié)能效控制器，同時(shí)，引入儲(chǔ)存環(huán)節(jié)和再生環(huán)節(jié)能效控制器的調(diào)節(jié)，經(jīng)過了能效的三次調(diào)節(jié)到達(dá)了混合能源的輸入端，進(jìn)入了下一輪的調(diào)節(jié)，直到從應(yīng)用端看到的能效達(dá)到了最優(yōu)目標(biāo)值為止。下面介紹能效增益裝置，能效增益裝置包括系統(tǒng)能效控制器和勢(shì)能泵。系統(tǒng)能效控制器連接四環(huán)節(jié)的能效控制器，分別為生產(chǎn)環(huán)節(jié)能效控制器，應(yīng)用環(huán)節(jié)能效控制器，儲(chǔ)存環(huán)節(jié)能效控制器，再生環(huán)節(jié)能效控制器。通過系統(tǒng)能效控制器，四環(huán)節(jié)能效控制器形成了完整的閉環(huán)控制。實(shí)現(xiàn)如下的優(yōu)化控制策略生產(chǎn)環(huán)節(jié)和應(yīng)用環(huán)節(jié)的能量匹配調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)峰，時(shí)空優(yōu)化；在生產(chǎn)環(huán)節(jié)和應(yīng)用環(huán)節(jié)能量匹配的基礎(chǔ)上，加上儲(chǔ)存環(huán)節(jié)和再生環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)多品種混合能源的梯級(jí)利用和過程優(yōu)化；在四環(huán)節(jié)能效閉環(huán)控制基礎(chǔ)上，通過系統(tǒng)能效控制器的信息集成，可以實(shí)現(xiàn)區(qū)域混合能源的動(dòng)態(tài)匹配，動(dòng)態(tài)平衡和動(dòng)態(tài)優(yōu)化。實(shí)現(xiàn)區(qū)域系統(tǒng)能效的增益。能效增益裝置中的勢(shì)能泵，完成四環(huán)節(jié)混合能源的閉環(huán)利用和能效增益。勢(shì)能泵和儲(chǔ)能環(huán)節(jié)配合，完成余熱、余壓、地?zé)岬难h(huán)和利用，輸出的混合能源直接到應(yīng)用環(huán)節(jié)匹配利用，實(shí)現(xiàn)了四環(huán)節(jié)混合能源的閉環(huán)利用，通過多次吸收環(huán)境勢(shì)能，可以逐步的實(shí)現(xiàn)能效的增益效果，減少輸入的一次能源的比例，加大可再生能源的比例，減少(X)2的排放，實(shí)現(xiàn)低碳禾丨J用°
綜上所述，系統(tǒng)能效控制器區(qū)別于傳統(tǒng)的控制器的不同主要在于其對(duì)于混合能源的統(tǒng)一調(diào)配，而不是單個(gè)的調(diào)節(jié)，體現(xiàn)了系統(tǒng)能效的核心思想。能效匹配站能效匹配站的主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)二次能源的合理匹配和對(duì)環(huán)境勢(shì)能的提升利用， 達(dá)到系統(tǒng)能效最優(yōu)和增效，實(shí)現(xiàn)這一功能是通過系統(tǒng)能效控制器協(xié)同完成的。完成這一控制目的的主要設(shè)備就是能效匹配站的能效增益裝置，其中，系統(tǒng)能效控制器是實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)能效匹配的核心，同時(shí)也是系統(tǒng)優(yōu)化算法的承載器，負(fù)責(zé)能效四環(huán)節(jié)系統(tǒng)信息交互和系統(tǒng)間的信息交互。系統(tǒng)能效匹配原理圖9是能效匹配站的增益裝置的控制點(diǎn)分布示意圖，系統(tǒng)能效控制器既需要對(duì)進(jìn)入系統(tǒng)的關(guān)鍵物流進(jìn)行集成控制，同時(shí)需要對(duì)各關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。系統(tǒng)能效控制器的關(guān)鍵物流主要有1.補(bǔ)燃燃?xì)猓?.制冷/熱用煙氣；3.熱泵供電；4.儲(chǔ)能供能；5.熱力輸出；6.電力輸出；7.冷量輸出。關(guān)鍵設(shè)備為a.燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)；b.溴化鋰制冷\采暖機(jī)；c.地源熱泵。系統(tǒng)能效控制器除對(duì)以上關(guān)鍵控制點(diǎn)進(jìn)行控制以外，還負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)眾多的監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行檢測，并據(jù)此作為優(yōu)化模型的輸入和校正變量。通過控制器對(duì)采集數(shù)據(jù)的分析，作出控制決定，并以控制指令的形式向各控制點(diǎn)發(fā)出。各執(zhí)行器執(zhí)行后再通過檢測點(diǎn)反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。系統(tǒng)能效控制器根據(jù)能效增益裝置接收的上傳的關(guān)鍵數(shù)據(jù)在全局范圍內(nèi)優(yōu)化計(jì)算，得到需要能效增益裝置執(zhí)行的數(shù)據(jù)。能效匹配站以此為約束條件，以本系統(tǒng)能效最大化為目標(biāo)函數(shù)，進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)綜合調(diào)節(jié)。系統(tǒng)能效增益控制流程圖10是能效增益裝置的控制流程圖。能效增益裝置的控制分述如下步驟1.能效增益裝置建成投運(yùn)后，系統(tǒng)內(nèi)能效控制器始終處于指令接收狀態(tài)，如果能效增益裝置向系統(tǒng)能效控制器下達(dá)了正常啟動(dòng)指令，則進(jìn)入步驟2，否則繼續(xù)等待能效增益裝置下達(dá)啟動(dòng)指令；步驟2.按預(yù)定聯(lián)動(dòng)規(guī)則程序啟動(dòng)多聯(lián)供各設(shè)備，系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)，向外輸出電、熱、冷等負(fù)荷；步驟3.等待系統(tǒng)能效控制器關(guān)于電、熱、冷需求的指令，如無負(fù)荷更改指令，則繼續(xù)待機(jī)；步驟4.如系統(tǒng)能效控制器下達(dá)關(guān)閉多聯(lián)供的指令，則進(jìn)入多聯(lián)供關(guān)閉程序。同時(shí)整個(gè)系統(tǒng)程序關(guān)停；步驟5.電力負(fù)荷變化時(shí)系統(tǒng)能效控制器對(duì)敷入發(fā)電機(jī)燃?xì)饬窟M(jìn)行調(diào)節(jié)隨動(dòng)，以滿足電力需求；步驟6.冷/熱負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)能效控制器對(duì)敷入溴化鋰制冷采暖機(jī)的燃?xì)膺M(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿足冷/熱負(fù)荷需求；步驟7.如果冷/熱負(fù)荷可以滿足系統(tǒng)需求，則返回系統(tǒng)能效控制器掛起等待能效增益裝置冷\熱負(fù)荷變化指令，如不滿足，進(jìn)入步驟8 ；步驟8.進(jìn)入地源熱泵子系統(tǒng)順序開啟程序，地源熱泵負(fù)荷穩(wěn)定后，逐步切斷多聯(lián)供補(bǔ)燃燃?xì)獾墓┤?，系統(tǒng)穩(wěn)定后返回系統(tǒng)能效控制器掛起等待能效增益裝置冷\熱負(fù)荷變化指令。能效優(yōu)化及評(píng)估系統(tǒng)系統(tǒng)能效模擬及優(yōu)化未來能源示范城的能效控制器采用模型預(yù)測優(yōu)化控制技術(shù)，或者說可進(jìn)化的系統(tǒng)控制傳遞函數(shù)，以達(dá)到對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的非線性動(dòng)態(tài)過程的精確控制和動(dòng)態(tài)優(yōu)化。所謂模型預(yù)測控制，即根據(jù)當(dāng)前園區(qū)系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測值實(shí)時(shí)修正數(shù)學(xué)模型和模型參數(shù)，再通過在線模型優(yōu)化算法計(jì)算出當(dāng)前最佳的系統(tǒng)控制參數(shù)變化曲線，優(yōu)化的依據(jù)就是通過模型分析對(duì)于整體能源系統(tǒng)的評(píng)估結(jié)果，即通過動(dòng)態(tài)優(yōu)化使園區(qū)達(dá)到系統(tǒng)能效最優(yōu)。園區(qū)整體能量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型建立主要采用基于物理化學(xué)定律的機(jī)理模型，同時(shí)結(jié)合基于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的過程黑箱模型，幾種數(shù)學(xué)模型綜合之后采用統(tǒng)一的模型組態(tài)界面進(jìn)行過程仿真，并通過計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬進(jìn)行耦合求解和優(yōu)化。數(shù)值模擬，是對(duì)能效四環(huán)節(jié)系統(tǒng)建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，然后通過計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行數(shù)值求解，并用模型計(jì)算結(jié)果來仿真實(shí)際過程在數(shù)學(xué)處理方法。在現(xiàn)代能源化工領(lǐng)域面臨的技術(shù)發(fā)展問題多而繁雜，不可能全部采用傳統(tǒng)的試驗(yàn)、小試、中試到工業(yè)化的產(chǎn)業(yè)化手段。數(shù)值模擬由于速度快、代價(jià)小，應(yīng)用范圍越來越廣泛，作用越來越重要。同時(shí)現(xiàn)代信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得復(fù)雜模型求解速度大大加快，以前只能停留在理論探討階段的一些數(shù)學(xué)模型，現(xiàn)在可以在計(jì)算機(jī)的幫助下快速地進(jìn)行數(shù)值求解。一個(gè)準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，可以幫助預(yù)測能源過程中的各種狀態(tài)，甚至能全面的再現(xiàn)一個(gè)能量過程的逐時(shí)逐域細(xì)節(jié)。還可以幫助分析各種不同操作參數(shù)的影響(如敏感度分析 sensitivity analysis)，進(jìn)行過程的經(jīng)驗(yàn)控制，能源過程的數(shù)值模擬也可以同時(shí)結(jié)合優(yōu)化算法幫助我們直接尋找最優(yōu)的操作參數(shù)，設(shè)計(jì)最佳的能源流程。模型研究的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)模型預(yù)測控制，將模型結(jié)構(gòu)識(shí)別，狀態(tài)預(yù)測和控制算法等多種數(shù)值解法相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)模型控制參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)的實(shí)時(shí)識(shí)別、動(dòng)態(tài)參數(shù)擬合、動(dòng)態(tài)參數(shù)優(yōu)化和實(shí)時(shí)控制，最終實(shí)現(xiàn)讓計(jì)算機(jī)完全自動(dòng)控制整個(gè)生產(chǎn)過程。數(shù)學(xué)模型的建立，分析和優(yōu)化，需要一系列復(fù)雜的數(shù)學(xué)方法，所有的數(shù)學(xué)算法可以通過統(tǒng)一的接口實(shí)現(xiàn)和模型數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)的耦合，實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)模型本身和數(shù)值算法的模塊化分離。系統(tǒng)能效的優(yōu)化方法按照層次的高低和對(duì)整體系統(tǒng)影響的大小可以大致分為五個(gè)層次結(jié)構(gòu)優(yōu)化主要指對(duì)系統(tǒng)整體能量流程的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)重大改變，如串聯(lián)系統(tǒng)改為并聯(lián)系統(tǒng)，并聯(lián)系統(tǒng)改成串聯(lián)系統(tǒng)，或者對(duì)能效系統(tǒng)四環(huán)節(jié)過程增加或減少一個(gè)或多個(gè)環(huán)節(jié)，比如從只有應(yīng)用環(huán)節(jié)改變?yōu)樵黾由a(chǎn)、儲(chǔ)能環(huán)節(jié)。結(jié)構(gòu)優(yōu)化對(duì)系統(tǒng)影響重大，傳統(tǒng)上來說只是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中憑借經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化，一旦系統(tǒng)結(jié)構(gòu)定型就很難再做改變。如果是專門設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)較為靈活的流程，則有可能通過動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)某些裝置達(dá)到整體結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)優(yōu)化的效果。這時(shí)候的優(yōu)化算法可以用來自動(dòng)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)參數(shù)，通過參數(shù)的調(diào)節(jié)達(dá)到改變能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化效果。方式優(yōu)化對(duì)系統(tǒng)較重要的單個(gè)設(shè)備的升級(jí)換代及能源利用方式的突破性創(chuàng)新，從而導(dǎo)致系統(tǒng)整體能效的較大提升。例如使用熱泵與儲(chǔ)能相結(jié)合的能效提升技術(shù)充分利用環(huán)境勢(shì)能，大幅度提高電熱轉(zhuǎn)換效率；采用蓄熱式燃燒技術(shù)明顯提高煤氣化轉(zhuǎn)化率。時(shí)空優(yōu)化能量生產(chǎn)應(yīng)用的動(dòng)態(tài)匹配，晝夜調(diào)峰，跨季節(jié)儲(chǔ)能等，空間優(yōu)化包括對(duì)不同空間領(lǐng)域的能源互補(bǔ)調(diào)節(jié)。例如采用儲(chǔ)能電池調(diào)節(jié)光伏電池功率波動(dòng)，采用儲(chǔ)冷熱技術(shù)調(diào)節(jié)建筑物晝夜溫差，增大供暖/制冷的COP系數(shù)；采用跨季節(jié)儲(chǔ)冷熱的技術(shù)進(jìn)一步提高熱能利用效率。過程優(yōu)化通過各設(shè)備穩(wěn)態(tài)操作參數(shù)進(jìn)行微調(diào)，以降低整體系統(tǒng)能耗，上述參數(shù)調(diào)節(jié)的范圍不包括改變系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的參數(shù)，參數(shù)一般為連續(xù)變量且遠(yuǎn)離非線性突變的臨界點(diǎn)。例如在熱能的梯級(jí)利用中增加余熱效率，提高系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率。駐點(diǎn)優(yōu)化單個(gè)設(shè)備或者裝置的優(yōu)化改進(jìn)，但不包括革命性創(chuàng)新技術(shù)，或者單個(gè)設(shè)備的提高對(duì)整個(gè)系統(tǒng)能效提高作用較小。例如建筑物內(nèi)的智能電器節(jié)能，低功耗IT設(shè)備節(jié)能，工業(yè)機(jī)泵設(shè)備采用變頻技術(shù)并精確調(diào)節(jié)頻率以達(dá)到最佳效率。對(duì)于動(dòng)態(tài)能效控制系統(tǒng)而言，系統(tǒng)的過程模擬可以和現(xiàn)代的模型預(yù)測控制技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)不僅對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)而且對(duì)控制函數(shù)本身進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能優(yōu)化和智能進(jìn)化功能。詳細(xì)的過程機(jī)理模型通常計(jì)算速度較慢，現(xiàn)代流行的方法是使用詳細(xì)的機(jī)理模型來進(jìn)行模型降維，得到速度更快但適用范圍稍小一些的簡單模型。通過狀態(tài)預(yù)測算法得到當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)值，再和降維模型互相對(duì)照，得到最終的實(shí)時(shí)優(yōu)化控制參數(shù)。同時(shí)用詳細(xì)的機(jī)理型在慢速循環(huán)中進(jìn)行模型實(shí)時(shí)優(yōu)化，修正降維模型的參數(shù)和模型結(jié)構(gòu)，同時(shí)調(diào)整系統(tǒng)控制函數(shù)。與現(xiàn)有技術(shù)的三環(huán)節(jié)能量模型相比，本發(fā)明的系統(tǒng)能效系統(tǒng)和方法，可以處理多種能量的集合(例如，電、熱、氣等能量)，整個(gè)系統(tǒng)是信息、能量的耦合，融入能源生產(chǎn)、能源儲(chǔ)存、能源應(yīng)用、能源再生這四個(gè)環(huán)節(jié)的閉環(huán)。本發(fā)明的系統(tǒng)和方法實(shí)現(xiàn)對(duì)能量的梯級(jí)利用，即對(duì)某一能量進(jìn)行逐級(jí)梯次利用，直到該能量沒有利用價(jià)值為止，融入四環(huán)節(jié)閉環(huán)時(shí)空優(yōu)化匹配，全生命周期的動(dòng)態(tài)優(yōu)化，并實(shí)現(xiàn)能量和信息耦合優(yōu)化、系統(tǒng)整體優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)城市和區(qū)域節(jié)能，以及混合能源供需端動(dòng)態(tài)匹配、協(xié)同優(yōu)化，從而達(dá)到能源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會(huì)一體化協(xié)同優(yōu)化。本發(fā)明的能效四環(huán)節(jié)系統(tǒng)可應(yīng)用于包括各種工業(yè)領(lǐng)域在內(nèi)的交通領(lǐng)域、建筑領(lǐng)域，特別是對(duì)于城市、園區(qū)及家庭等能量利用隨季節(jié)、氣候、功能和人文習(xí)慣等變化劇烈且有顯著差異化的能量系統(tǒng)，從能量演進(jìn)的生產(chǎn)、儲(chǔ)存、應(yīng)用到再生四個(gè)環(huán)節(jié)綜合考察，突出系統(tǒng)能效閉環(huán)利用的特點(diǎn)，并將環(huán)境勢(shì)能品位提升和吸收利用作為系統(tǒng)能量增效利用過程的關(guān)鍵，通過系統(tǒng)能效控制器協(xié)同能效匹配站，實(shí)施供需能效匹配、控制、優(yōu)化和系統(tǒng)的能效增效。因此其適用范圍更大，適用性更強(qiáng)，對(duì)我國目前以園區(qū)或特區(qū)的能量綜合規(guī)劃和優(yōu)化為主的能源規(guī)劃工作有特別大的指導(dǎo)意義。本發(fā)明的四環(huán)節(jié)則在整體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上形成閉環(huán)，明確能量的應(yīng)用屬于系統(tǒng)學(xué)范疇。并提出能量系統(tǒng)的五種優(yōu)化，即結(jié)構(gòu)優(yōu)化、方式優(yōu)化、時(shí)空優(yōu)化、過程優(yōu)化和駐點(diǎn)優(yōu)化作為能效四環(huán)節(jié)系統(tǒng)的優(yōu)化方法論。本發(fā)明的能效四環(huán)節(jié)系統(tǒng)則是在能量動(dòng)態(tài)變化基礎(chǔ)上進(jìn)行的優(yōu)化，由于研究對(duì)象在能量應(yīng)用的時(shí)變特性，能效系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)隨各種原因進(jìn)行變化，傳統(tǒng)的平衡優(yōu)化的效果容易由于能效系統(tǒng)實(shí)際操作偏離設(shè)計(jì)點(diǎn)而大打折扣，能效四環(huán)節(jié)系統(tǒng)則立足于動(dòng)態(tài)時(shí)變分析，由于加入了儲(chǔ)能、再生環(huán)節(jié)，引入了環(huán)境勢(shì)能，系統(tǒng)的自洽性和可控性也隨之大為加強(qiáng)，動(dòng)態(tài)優(yōu)化隨變的特性十分明顯。 本發(fā)明的描述是為了示例和描述起見而給出的，而并不是無遺漏的或者將本發(fā)明限于所公開的形式。很多修改和變化對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言是顯然的。選擇和描述實(shí)施例是為了更好說明本發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)用，并且使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明從而設(shè)計(jì)適于特定用途的帶有各種修改的各種實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)能效控制系統(tǒng)，其特征在于，包括多個(gè)能效控制器和能效匹配站，所述能效控制器通過泛能網(wǎng)和所述能效匹配站連接；其中所述能效控制器，用于監(jiān)測和采集能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)、能源應(yīng)用環(huán)節(jié)、能源再生環(huán)節(jié)和能源儲(chǔ)存環(huán)節(jié)的能量信息，發(fā)送到所述能效匹配站；接收來自所述能效匹配站的控制信息，根據(jù)所述控制信息對(duì)所述能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)、能源應(yīng)用環(huán)節(jié)、能源再生環(huán)節(jié)和能源儲(chǔ)存環(huán)節(jié)的能量轉(zhuǎn)化、應(yīng)用、儲(chǔ)存、再生進(jìn)行控制；所述能效匹配站，用于接收來自所述能效控制器的能量信息，基于能量模型對(duì)所述能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)、能源應(yīng)用環(huán)節(jié)、能源再生環(huán)節(jié)和能源儲(chǔ)存環(huán)節(jié)的能量循環(huán)過程進(jìn)行全局優(yōu)化控制，向所述能效控制器發(fā)送對(duì)應(yīng)的控制信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)能效控制系統(tǒng)，其特征在于所述能效控制器根據(jù)所述控制信息對(duì)所述能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)、能源應(yīng)用環(huán)節(jié)、能源再生環(huán)節(jié)或能源儲(chǔ)存環(huán)節(jié)的能量轉(zhuǎn)換過程引入智能化能量，使得所述能量轉(zhuǎn)換過程獲得相對(duì)于輸入能量的非線性放大的輸出能量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)能效控制系統(tǒng)，其特征在于在所述能量轉(zhuǎn)換過程中，通過所述智能化能量使系統(tǒng)處于臨界狀態(tài)，利用較小的輸入能量使系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生改變，從而釋放較大的輸出能量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)能效控制系統(tǒng)，其特征在于通過系統(tǒng)非線性屬性建立自催化機(jī)制，通過較小的輸入能量觸發(fā)連鎖效應(yīng)，從而釋放巨大的能量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)能效控制系統(tǒng)，其特征在于，所述能效控制器包括智能控制器，用于對(duì)智能終端設(shè)備及裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測及控制，向上傳送監(jiān)測信息，接收控制信息，對(duì)智能終端進(jìn)行局部能效最優(yōu)化；智能優(yōu)化器，用于對(duì)多個(gè)所述智能控制器進(jìn)行橫向融合，通過非線性控制，協(xié)調(diào)能源使用、優(yōu)化能源組合，實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域能源系統(tǒng)的能效優(yōu)化；智能進(jìn)化器，用于對(duì)多個(gè)所述智能優(yōu)化器進(jìn)行橫向融合，具有自適應(yīng)、自組織、自學(xué)習(xí)、 自協(xié)調(diào)、自修復(fù)、自尋優(yōu)和判斷決策能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)城域能源系統(tǒng)的能效優(yōu)化。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的系統(tǒng)能效控制系統(tǒng)，其特征在于所述能量模型為多變量的非線性矢量模型。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)能效控制系統(tǒng)，其特征在于，所述能效控制器包括多種能量傳感器、過程控制器和運(yùn)動(dòng)控制器；其中，通過所述能量傳感器監(jiān)測能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)、能源應(yīng)用環(huán)節(jié)、能源再生環(huán)節(jié)和能源儲(chǔ)存環(huán)節(jié)的能量信息，發(fā)送到所述系統(tǒng)能效控制中心；所述過程控制器和運(yùn)動(dòng)控制器接收來自所述能效匹配站的控制信息，根據(jù)所述控制信息對(duì)所述能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)、能源應(yīng)用環(huán)節(jié)、能源再生環(huán)節(jié)和能源儲(chǔ)存環(huán)節(jié)的能量轉(zhuǎn)化、應(yīng)用、儲(chǔ)存和再生進(jìn)行控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)能效控制系統(tǒng)，其特征在于所述能效匹配站包括一臺(tái)或者多臺(tái)計(jì)算機(jī)設(shè)備，所述計(jì)算機(jī)設(shè)備具有外部總線/傳感器接口，用于與所述能量傳感器、過程控制器或運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)行通信；所述計(jì)算機(jī)設(shè)備通過以太網(wǎng)接口連接上層控制網(wǎng)絡(luò)。
9.一種系統(tǒng)能效控制方法，其特征在于，包括能效匹配站通過泛能網(wǎng)接收來自多個(gè)能效控制單元的能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)、能源應(yīng)用環(huán)節(jié)、能源再生環(huán)節(jié)和能源儲(chǔ)存環(huán)節(jié)的能量信息；所述能效匹配站根據(jù)所述能量信息基于能量模型對(duì)所述能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)、能源應(yīng)用環(huán)節(jié)、能源再生環(huán)節(jié)和能源儲(chǔ)存環(huán)節(jié)的能量循環(huán)過程進(jìn)行全局優(yōu)化控制，發(fā)送對(duì)應(yīng)的控制信息；所述能效控制單元根據(jù)所述控制信息對(duì)所述能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)、能源應(yīng)用環(huán)節(jié)、能源再生環(huán)節(jié)和能源儲(chǔ)存環(huán)節(jié)的能量循環(huán)過程進(jìn)行控制。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)能效控制方法，其特征在于，所述能效控制單元根據(jù)所述控制信息對(duì)所述能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)、能源應(yīng)用環(huán)節(jié)、能源再生環(huán)節(jié)和能源儲(chǔ)存環(huán)節(jié)的能量循環(huán)過程進(jìn)行控制的步驟包括所述能效控制單元根據(jù)所述控制信息對(duì)所述能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)、能源應(yīng)用環(huán)節(jié)、能源再生環(huán)節(jié)或能源儲(chǔ)存環(huán)節(jié)的能量轉(zhuǎn)換過程引入智能化能量，使得所述能量轉(zhuǎn)換過程獲得相對(duì)于輸入能量的非線性放大的輸出能量。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)能效控制方法，其特征在于在所述能量轉(zhuǎn)換過程中， 通過所述智能化能量使系統(tǒng)處于臨界狀態(tài)，利用較小的輸入能量使系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生改變，從而釋放較大的輸出能量。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)能效控制方法，其特征在于通過系統(tǒng)非線性屬性建立自催化機(jī)制，通過較小的輸入能量觸發(fā)連鎖效應(yīng)從而釋放巨大的能量。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)能效控制方法，其特征在于，所述能效控制單元包括智能控制單元，用于對(duì)智能終端設(shè)備及裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測及控制，向上傳送監(jiān)測信息，接收控制信息，對(duì)智能終端進(jìn)行局部能效優(yōu)化；智能優(yōu)化單元，用于對(duì)多個(gè)所述智能控制單元進(jìn)行橫向融合，通過非線性控制，協(xié)調(diào)能源使用、優(yōu)化能源組合，實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域能源系統(tǒng)的能效優(yōu)化；智能進(jìn)化單元，用于對(duì)多個(gè)所述智能優(yōu)化單元進(jìn)行橫向融合，具有自適應(yīng)、自組織、自學(xué)習(xí)、自協(xié)調(diào)、自修復(fù)、自尋優(yōu)和判斷決策能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)城域能源系統(tǒng)的能效優(yōu)化。
14.根據(jù)權(quán)利要求9至13中任意一項(xiàng)所述的系統(tǒng)能效控制方法，其特征在于所述能量模型為多變量的非線性矢量模型。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)能效控制方法，其特征在于所述能效控制單元包括多種能量傳感器、過程控制器和運(yùn)動(dòng)控制器；其中，通過所述能量傳感器監(jiān)測能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)、能源應(yīng)用環(huán)節(jié)、能源再生環(huán)節(jié)和能源儲(chǔ)存環(huán)節(jié)的能量信息，發(fā)送到所述能效匹配站；所述過程控制器和運(yùn)動(dòng)控制器接收來自所述能效匹配站的控制信息，根據(jù)所述控制信息對(duì)所述能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)、能源應(yīng)用環(huán)節(jié)、能源再生環(huán)節(jié)和能源儲(chǔ)存環(huán)節(jié)的能量轉(zhuǎn)化、流動(dòng)、儲(chǔ)存進(jìn)行控制。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)能效控制方法，其特征在于所述能效匹配站包括一臺(tái)或者多臺(tái)計(jì)算機(jī)設(shè)備，所述計(jì)算機(jī)設(shè)備具有外部總線/傳感器接口，用于與所述能量傳感器、過程控制器或運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)行通信；所述計(jì)算機(jī)設(shè)備通過以太網(wǎng)接口連接上層控制網(wǎng)絡(luò)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種系統(tǒng)能效控制方法及控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括多個(gè)能效控制器和能效匹配站，能效控制器用于監(jiān)測和采集能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)、能源應(yīng)用環(huán)節(jié)、能源再生環(huán)節(jié)和能源儲(chǔ)存環(huán)節(jié)的能量信息；根據(jù)來自能效匹配站的控制信息對(duì)能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)、能源應(yīng)用環(huán)節(jié)、能源再生環(huán)節(jié)和能源儲(chǔ)存環(huán)節(jié)的能量轉(zhuǎn)化、流動(dòng)、儲(chǔ)存進(jìn)行控制；能效匹配站，用于接收來自能效控制器的能量信息，基于能量模型對(duì)所述能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)、能源應(yīng)用環(huán)節(jié)、能源再生環(huán)節(jié)和能源儲(chǔ)存環(huán)節(jié)的能量循環(huán)過程進(jìn)行全局優(yōu)化控制，向能效控制器發(fā)送對(duì)應(yīng)的控制信息。
文檔編號(hào)G05B19/418GK102236342SQ201010160559
公開日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2010年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月30日
發(fā)明者仵浩, 劉濤, 方振雷, 李金來, 湯青, 甘中學(xué) 申請(qǐng)人:新奧科技發(fā)展有限公司