[發明專利]考慮電熱氣耦合的綜合能源系統設備選型及容量規劃方法

在審

• 申請號: 201810849512.3
• 申請日: 2018-07-28
• 公開（公告）號: CN108694483A
• 公開（公告）日: 2018-10-23
• 發明（設計）人: 王成山;李程;李鵬;宋關羽
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q50/06
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 杜文茹

一種考慮電熱氣耦合的綜合能源系統設備選型及容量規劃方法：根據園區綜合能源系統待選的設備種類，輸入所有設備的相關參數；依據輸入的參數，建立綜合能源系統設備選型及容量規劃的模型，包括：以系統年綜合費用最小為目標函數，建立各種能源轉換設備模型及對應的運行約束，考慮綜合能源系統功率平衡約束；依據得到的綜合能源系統設備選型及容量規劃模型，并基于園區內電、熱、冷負荷的歷史數據，采用混合整數線性規劃方法，進行求解，得到設備選型和容量規劃方案、年綜合費用以及電、氣年消耗量。本發明所得規劃方案可顯著降低系統的年綜合費用，實現多能互補，提高能源利用率。

技術領域

本發明涉及一種綜合能源系統設備選型及容量規劃方法。特別是涉及一種考慮電熱氣耦合的綜合能源系統設備選型及容量規劃方法。

背景技術

隨著人們對能源和環境問題越來越關注，如何提高能源利用效率并盡可能減少用能過程帶來的環境污染，已成為國內廣泛關注的重要課題。綜合能源系統集制冷、供熱及發電于一體，不僅可以通過能量梯級利用提高一次能源利用率，而且在減少排放方面也表現出極大的優勢。因此，綜合能源系統已是未來能源技術的重要發展趨勢，其規劃與運行問題已成為研究熱點。而綜合能源系統能否高效、經濟、環保的運行，取決于綜合能源站的設備選型及容量規劃。

現有關于設備選型及容量規劃的研究，一般采用運行模擬優選出使目標最優(如經濟性最好、排放最小等)的綜合能源設備類型和容量的組合。在設備類型方面，熱電聯供(combined heat andpower，CHP)機組可同時滿足熱和電需求；熱泵具有能源轉換效率高的特點，成為了重要的能源轉換設備。在優化模型和算法方面，代表性工作如兩層優化規劃模型，外層模型為設備容量組合優化問題，內層算法為運行優化模擬求解運行成本；算法的選擇取決于規劃模型的特征，數學規劃法和智能優化算法在綜合能源系統規劃研究中被廣泛應用。

然而，目前國內外尚缺少對電熱氣耦合系統的詳細分析和建模，考慮的能源耦合設備種類較少。在優化變量中，未同時考慮設備類型和設備容量的組合優化，往往是確定了設備類型，僅在此基礎上進行容量優化。此外，現有研究對能源間的耦合性考慮不足，能源間的耦合性分析多集中于定性討論，缺乏定量分析，進而難以準確評估系統運行時由多能耦合帶來的互補效益。因此，急需一種考慮電熱氣耦合的綜合能源系統設備選型及容量規劃方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種能夠合理確定綜合能源站設備選型及容量規劃的考慮電熱氣耦合的綜合能源系統設備選型及容量規劃方法。

本發明所采用的技術方案是：一種考慮電熱氣耦合的綜合能源系統設備選型及容量規劃方法，包括如下步驟：

1)根據園區綜合能源系統待選的設備種類，輸入所有設備的相關參數，包括各個設備單位容量的初始投資成本、維護費用及轉化效率，輸入電價、天然氣價格及園區內冷、熱、電負荷的年運行數據；

2)依據步驟1)中的輸入的參數，建立綜合能源系統設備選型及容量規劃的模型，包括：以系統年綜合費用最小為目標函數，建立各種能源轉換設備模型及對應的運行約束，考慮綜合能源系統功率平衡約束；

3)依據步驟2)得到的綜合能源系統設備選型及容量規劃模型，并基于園區內電、熱、冷負荷的歷史數據，采用混合整數線性規劃方法，進行求解，得到設備選型和容量規劃方案、年綜合費用以及電、氣年消耗量。

步驟2)所述的各種能源轉換設備模型及對應的運行約束包括：

(1)電鍋爐規劃模型及約束：

式中，是t時刻電鍋爐的熱功率，是t時刻電鍋爐輸入端電功率，η^EB是電-熱轉化效率，p^CAP，EB是電鍋爐最小規劃單元，x^EB是對應最小規劃單元的數量；