[發(fā)明專利]基于數字孿生技術的熱電聯(lián)合供暖系統(tǒng)實時優(yōu)化調控方法

有效

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• 申請日: 2021-05-20
• 公開（公告）號: CN113266869B
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發(fā)明（設計）人: 房方;相天麟;劉吉臻;魏樂;石鑫
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: F24D19/10
• 分類號: F24D19/10
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 巴曉艷

本發(fā)明涉及熱電聯(lián)合供暖領域，提供了一種基于數字孿生技術的熱電聯(lián)合供暖系統(tǒng)實時優(yōu)化調控方法，本發(fā)明方法基于數字孿生技術，搭建了包含物理設備層、感知層、數據處理層、數據傳輸層和運行決策層在內的五層熱電聯(lián)合供暖系統(tǒng)數字孿生平臺；利用熱電比擬的方法，構建熱電聯(lián)合供暖系統(tǒng)的數字孿生模型并將其部署于數字孿生平臺內；依據數字孿生平臺模擬結果與傳感器采集數據對熱電聯(lián)合供暖系統(tǒng)內的熱電聯(lián)產機組、廠級電熱泵、儲電單元、儲熱單元、循環(huán)水泵等設備進行調控，解決熱電聯(lián)合供暖系統(tǒng)依賴經驗調節(jié)，管理粗放的問題，及風電、光伏發(fā)電等間歇性可再生能源利用不充分的問題。

技術領域

本發(fā)明涉及熱電聯(lián)合供暖領域，特別涉及一種基于數字孿生技術的熱電聯(lián)合供暖系統(tǒng)實時優(yōu)化調控方法。

背景技術

隨著中國經濟水平的快速發(fā)展，對能源的消耗也與日俱增，長期以來，中國的能源結構以化石能源為主，其中煤炭又占據了化石能源結構的大部分比例。以煤炭為主的能源結構在生產過程中產生大量的碳排放，造成溫室氣體的增加，加劇溫室效應的產生。為解決碳排放問題，實現(xiàn)高質量高水平可持續(xù)的新形式下的快速發(fā)展，中國提出了“30、60”的發(fā)展目標，力爭2030年碳排放達峰，2060年全面實現(xiàn)碳中和。為此，需要一方面大力探索化石能源以外的綠色可再生能源的發(fā)展道路，挖掘綠色能源的潛力并充分利用；另一方面，需要加強能源消耗的管理，將節(jié)能落到實處，從需求側減輕能源消耗。

中國北方區(qū)域受環(huán)境影響，冬季大部分地區(qū)需采用集中供暖的形式進行采暖，以維持居民生產生活的正常開展。考慮到中國北方區(qū)域龐大的供暖面積，每年集中供暖需消耗大量的能源。為節(jié)約能源減少碳排放，大部分地區(qū)選擇以熱電聯(lián)產機組(Combine Heatand Power,CHP)為主要熱源，構建熱電聯(lián)合供暖系統(tǒng)，充分利用熱能與電能耦合互補的特性，同時負擔區(qū)域的熱負荷與電負荷。

熱電聯(lián)合供暖系統(tǒng)是一種利用能量梯級關系，將供暖過程與發(fā)電過程進行整合調控的供熱-發(fā)電一體化系統(tǒng)。系統(tǒng)主要包括廠側的熱電聯(lián)產機組、廠級電熱泵、換熱首站等設備；網側的一次熱網、二級換熱站、二次熱網等部分以及熱用戶。其基本原理在于對不同品質的熱量進行分層梯級利用。溫度較高、可用能較大的高品位熱量被用來被發(fā)電，而溫度較低可用能較小的低品位熱能則被用來供暖，具有良好的經濟效益。

熱電聯(lián)合供暖系統(tǒng)在大規(guī)模引進綠色能源后面臨新的問題，由于風電、光伏發(fā)電等綠色能源的發(fā)電量對氣候環(huán)境的依賴相當嚴重，而氣候環(huán)境屬于人類基本不可控的范圍，這就導致風電、光伏發(fā)電等綠色能源的發(fā)電量具有不確定性與間歇性的特點。為了保持電網運行的安全穩(wěn)定，在接入大規(guī)模間歇性綠色能源時需要靈活可控的化石能源發(fā)電機組與之配合運行。然而這些機組的供暖任務限制了其靈活性的發(fā)揮，造成了“以熱定電”現(xiàn)象的產生，使得風電、光伏發(fā)電等間歇性綠色能源不能得到充分的利用。

同時，熱電聯(lián)合供暖系統(tǒng)長期以來處于粗放管理的運行模式，對系統(tǒng)的調節(jié)依賴于運行人員長期以來總結的主觀經驗。運行人員“看天燒火”，依據氣溫對熱電聯(lián)合供暖系統(tǒng)進行調控，在整個供暖周期內具有明顯的季節(jié)性特點，由于缺乏細致的監(jiān)控與調控手段，造成了系統(tǒng)整體能耗偏高，與低碳高效的運行目標存在差距。

發(fā)明內容

現(xiàn)有技術存在的缺陷：

現(xiàn)有的熱電聯(lián)合供暖系統(tǒng)主要采用人工經驗進行管理與調控，在熱網側缺少大量的傳感器件，無法感知用戶端的熱網工作狀態(tài)，調控無法形成閉環(huán)回路。在這種粗放的調控模式下，用戶側的熱網將出現(xiàn)供熱失調，冷熱不均的現(xiàn)象，為了保證所有用戶的室內溫度達到國家標準，只能大范圍的提高基礎供熱量，但這造成了整體熱電聯(lián)合供暖系統(tǒng)能耗升高，與降低碳排放的未來發(fā)展趨勢不符合。