多能互補(bǔ)分布式能源系統(tǒng)及其設(shè)備配置與運(yùn)行優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及分布式能源系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別設(shè)及基于化石能源和可再生能源 互補(bǔ)禪合的多能互補(bǔ)型分布式能源系統(tǒng)及其設(shè)備配置與運(yùn)行策略的協(xié)同優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 多能互補(bǔ)分布式能源系統(tǒng)是W冷熱電聯(lián)供和分布式光伏為主體的常規(guī)分布式能 源技術(shù)的衍生與拓展，是一體化整合理念在能源系統(tǒng)工程領(lǐng)域的具象化。具體而言，多能互 補(bǔ)分布式能源系統(tǒng)是指可包容多種能源資源輸入，并具有多種產(chǎn)出功能和輸運(yùn)形式的互補(bǔ) 禪合型分布式供能體系。為此，它不是多種分布式能源或技術(shù)的簡(jiǎn)單疊加，而要在系統(tǒng)層面 按照不同能源品味、特性進(jìn)行綜合互補(bǔ)利用，并統(tǒng)籌安排好各種能量之間的配合關(guān)系與轉(zhuǎn) 換使用，W取得最合理能源利用效果與效益。
[0003] 要使得多能互補(bǔ)分布式能源系統(tǒng)可W發(fā)揮其潛在的節(jié)能減排效果，科學(xué)、合理的 系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)至關(guān)重要。能源系統(tǒng)建模、分析與優(yōu)化是提高能源系統(tǒng)綜合能效、確保供需 平衡、資源和技術(shù)協(xié)同優(yōu)化整合，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)科學(xué)規(guī)劃與設(shè)計(jì)的有效手段。然而，多能互補(bǔ)分 布式能源系統(tǒng)是一個(gè)具有多尺度結(jié)構(gòu)特性的復(fù)雜能源利用體系，其規(guī)劃與設(shè)計(jì)過(guò)程中既要 考慮系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)能、換能、蓄能、用能等各個(gè)環(huán)節(jié)之間的相互依賴關(guān)系，又要考慮冷、熱、電等 多元能源流的互動(dòng)與禪合，同時(shí)還要兼顧系統(tǒng)物理邊界與經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和政策邊界的聯(lián)系。
[0004] 既有技術(shù)的公開(kāi)文獻(xiàn)檢索表明，公開(kāi)號(hào)為CN103728881A的中國(guó)專利提出了一 種適用于多樓宇組成的分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化方法，該方法W運(yùn)行費(fèi)用最小 作為目標(biāo)函數(shù)，綜合考慮不同樓宇間的能量交互，確立整個(gè)多樓宇聯(lián)供系統(tǒng)的全局優(yōu)化運(yùn) 行方式。公開(kāi)號(hào)為CN103778485A的中國(guó)專利公開(kāi)了一種適用于孤網(wǎng)型分布式供能系統(tǒng) 的運(yùn)行優(yōu)化方法，該方法建立了最小化運(yùn)行成本和最小化溫室氣體排放兩個(gè)目標(biāo)函數(shù)，為 兼顧經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益的孤網(wǎng)型分布式能源系統(tǒng)提供了一個(gè)優(yōu)化管理方法。公開(kāi)號(hào)為CN 103617460A的中國(guó)專利公開(kāi)了一種W冷熱電聯(lián)供設(shè)備為核屯、的冷熱電聯(lián)供微網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu) 化規(guī)劃設(shè)計(jì)方法，該方法W全生命周期經(jīng)濟(jì)現(xiàn)值和C〇2排放量作為雙優(yōu)化目標(biāo)，構(gòu)建雙層 優(yōu)化規(guī)劃設(shè)計(jì)模型，從而實(shí)現(xiàn)冷熱電聯(lián)供微網(wǎng)系統(tǒng)的配置和運(yùn)行策略的聯(lián)合優(yōu)化。綜合上 述技術(shù)方案可W看出，國(guó)內(nèi)外針對(duì)分布式能源系統(tǒng)及其優(yōu)化規(guī)劃與設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了大量研 究，取得了很大的進(jìn)展，提出了很多新概念、新技術(shù)和新方法。雖然該些方法和技術(shù)都具有 一定的應(yīng)用成效，但在某些方面仍存在一定的局限：
[0005] (1)未能體現(xiàn)化石能源和可再生能源的互補(bǔ)功效。既有優(yōu)化設(shè)計(jì)方法大多W冷熱 電聯(lián)供系統(tǒng)為研究對(duì)象，某些甚至只針對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)、燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)等某一特定分布式供能技 術(shù)。由于單一分布式供能技術(shù)的局限性日益凸顯，多種能源的互補(bǔ)禪合利用已成為當(dāng)前分 布式能源領(lǐng)域的主流。為此，有必要確立多能互補(bǔ)型分布式能源系統(tǒng)的優(yōu)化規(guī)劃與設(shè)計(jì)方 法，從而為決策者的科學(xué)決策提供方法論基礎(chǔ)。
[0006] (2)未能達(dá)成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、設(shè)備配置與運(yùn)行策略的協(xié)同優(yōu)化。既有優(yōu)化設(shè)計(jì)方法 大多基于固有的系統(tǒng)工藝流程和設(shè)備配置，著力于分布式能源系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化，W年運(yùn)行 成本、年C〇2排放或年一次能源費(fèi)用最小化作為目標(biāo)函數(shù)。然而，系統(tǒng)工藝流程的設(shè)計(jì)和設(shè) 備配置的確定是該個(gè)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的第一步也是至關(guān)重要的一部，而且其與系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化 也互為前提、互相影響。因此，有必要將系統(tǒng)的工藝流程、設(shè)備配置和運(yùn)行策略納入一個(gè)整 體框架進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化。
[0007] (3)未能將體制、機(jī)制和政策革新方案融入整體分析框架?，F(xiàn)有的體制、機(jī)制和政 策環(huán)境均在動(dòng)態(tài)變化，為了使得所確立的優(yōu)化方法能夠適應(yīng)上述變化，有必要將該些可能 的體制、機(jī)制和政策革新方案融入所建立的優(yōu)化分析體系中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引本發(fā)明的目的在于提供一種多能互補(bǔ)分布式能源系統(tǒng)及其設(shè)備配置與運(yùn)行優(yōu)化 方法，使得多能互補(bǔ)分布式能源系統(tǒng)能夠提供多種分布式供能技術(shù)，形成能源的互補(bǔ)，設(shè)備 配置與運(yùn)行優(yōu)化方法綜合考慮了設(shè)備性能、政策性指標(biāo)或經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，結(jié)合經(jīng)濟(jì)、環(huán)境與政策 邊界條件，解決了現(xiàn)有技術(shù)中設(shè)備選型與運(yùn)行策略脫鉤的問(wèn)題，為相關(guān)政策的制定提供了 科學(xué)依據(jù)。
[0009] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的實(shí)施方式提供了一種多能互補(bǔ)分布式能源系統(tǒng)， 包含；相互連通的電源設(shè)備、熱源設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備，能源載體W及終端負(fù)荷；
[0010] 所述能源載體的能源通過(guò)能源轉(zhuǎn)換技術(shù)轉(zhuǎn)換后分別輸出至電源設(shè)備、熱源設(shè)備或 儲(chǔ)能設(shè)備；
[0011] 所述電源設(shè)備、熱源設(shè)備或儲(chǔ)能設(shè)備為所述終端負(fù)荷提供不同的能源；
[0012] 其中，所述能源載體包含化石能源、未利用能源、再生能源；
[0013] 所述終端負(fù)荷包含電力負(fù)荷、制冷負(fù)荷、供暖負(fù)荷、熱水負(fù)荷；
[0014] 所述能源轉(zhuǎn)換技術(shù)包含W下技術(shù)中任意之一種或任意組合：
[0015] 傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)、可再生能源技術(shù)、熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)或熱力技術(shù)。
[0016] 本發(fā)明的實(shí)施方式還提供了一種多能互補(bǔ)分布式能源系統(tǒng)的設(shè)備配置與運(yùn)行優(yōu) 化方法，包含；W下步驟：
[0017] 建立優(yōu)化模型；其中，所述優(yōu)化模型包含目標(biāo)函數(shù)和約束條件；所述目標(biāo)函數(shù)表 示決策變量與輸入變量和/或中間變量之間的數(shù)學(xué)等式關(guān)系；所述約束條件采用決策變 量、輸入變量或中間變量表示能源關(guān)系、設(shè)備性能、政策性指標(biāo)或經(jīng)濟(jì)指標(biāo)；
[001引從預(yù)先構(gòu)建的多能互補(bǔ)分布式能源系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)獲取輸入變量的參數(shù) 值；
[0019] 根據(jù)所述輸入變量的參數(shù)值，求解所述優(yōu)化模型，得到?jīng)Q策變量的輸出數(shù)據(jù)；
[0020] 對(duì)所述決策變量的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到設(shè)備配置與運(yùn)行優(yōu)化結(jié)果。
[0021] 本發(fā)明實(shí)施方式相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)而言，通過(guò)將化石能源、未利用能源、再生能源等 能源載體的能源，采用傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)、可再生能源技術(shù)、熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)或熱力技術(shù)等能源轉(zhuǎn) 換技術(shù)轉(zhuǎn)換之后，滿足電力負(fù)荷、制冷負(fù)荷、供暖負(fù)荷、熱水負(fù)荷等終端負(fù)荷的需求，克服了 現(xiàn)有技術(shù)中能源載體單一，供能技術(shù)單一的缺陷，提供了包括常規(guī)分布式冷熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù) 和太陽(yáng)能光伏等可再生能源技術(shù)在內(nèi)的各類分布式供能技術(shù)，形成了化石能源與可再生能 源的互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)。進(jìn)一步地，在進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)備配置與運(yùn)行優(yōu)化時(shí)，建立的優(yōu)化模型綜合考慮 了設(shè)備性能、政策性指標(biāo)或經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，結(jié)合系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境與政策邊界條件，可W對(duì)系統(tǒng) 的經(jīng)濟(jì)、節(jié)能和環(huán)保性能進(jìn)行分析，解決了現(xiàn)有技術(shù)中設(shè)備選型與運(yùn)行策略脫鉤的問(wèn)題，為 相關(guān)政策的制定提供了科學(xué)依據(jù)。
[0022] 另外，所述電源設(shè)備包含；大電網(wǎng)或區(qū)域電網(wǎng)；
[0023] 所述電力負(fù)荷的能源來(lái)自所述大電網(wǎng)或區(qū)域電網(wǎng)，或者兩者并用。
[0024] 另外，所述供暖負(fù)荷或熱水負(fù)荷通過(guò)所述熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)產(chǎn)生的余熱，或者常規(guī)熱 力設(shè)備來(lái)滿足。
[0025] 另外，所述制冷負(fù)荷通過(guò)熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備產(chǎn)生的高溫余熱推動(dòng)吸收式制冷機(jī)制冷， 或者，電制冷空調(diào)系統(tǒng)來(lái)滿足。
[0026] 另外，所述目標(biāo)函數(shù)包含經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)函數(shù)、節(jié)能性目標(biāo)函數(shù)和/或環(huán)境性目標(biāo)函 數(shù)；
[0027] 其中，所述經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)函數(shù)選取全年總費(fèi)用最小為目標(biāo)；
[002引所述節(jié)能性目標(biāo)函數(shù)選用年總化石能源消費(fèi)量最小作為目標(biāo)；
[0029] 所述環(huán)境性目標(biāo)函數(shù)選用年總二氧化碳C〇2排放量最小作為目標(biāo)。
[0030] 另外，所述約束條件包含能源資源賦存量、能源供需平衡、能源設(shè)備轉(zhuǎn)換與利用效 率、環(huán)境排放指標(biāo)、投資總額、設(shè)備啟停特性。
[0031] 另外，所述決策變量包括整數(shù)變量和連續(xù)變量；其中，所述整數(shù)變量包括設(shè)備的數(shù) 量、起停狀態(tài)，W及儲(chǔ)能設(shè)備的有無(wú)；所述連續(xù)變量表示系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備間能源流的輸入與輸 出。
[0032] 另外，所述設(shè)備配置與運(yùn)行優(yōu)化結(jié)果包含最優(yōu)技術(shù)組合、最優(yōu)設(shè)備容量、最優(yōu)運(yùn)行 策略、經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)或環(huán)境性評(píng)價(jià)。
[0033] 另外，所述多能互補(bǔ)分布式能源系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)W用戶逐時(shí)能源負(fù)荷、區(qū)域 能源資源賦存信息、能源設(shè)備性能特性和價(jià)格信息、電力和天然氣等能源價(jià)格信息為基 礎(chǔ)，借助地理信息系統(tǒng)GIS軟件、負(fù)荷模擬軟件進(jìn)行構(gòu)建。
【附圖說(shuō)明】
[0034] 圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的多能