[發明專利]一種零碳島嶼能源系統優化方法、裝置、設備和存儲介質

在審

• 申請號: 202310075712.9
• 申請日: 2023-02-07
• 公開（公告）號: CN116244927A
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發明（設計）人: 馬韻婷;張智慧;周珊;宋天琦;呂志鵬;宋振浩;李昊;楊飛;史超;楊曉霞;劉鋒;薛琳
• 申請（專利權）人: 國網上海能源互聯網研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F18/2321;G06Q10/0631;G06Q50/06;G06N7/01
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所(普通合伙) 31233
• 代理人: 宋纓

本發明涉及一種零碳島嶼能源系統優化方法、裝置、設備和存儲介質，其中，方法包括：基于用戶用能行為構建建筑能耗模擬模型，并采用建筑能耗模擬模型預測海島居民的能源需求；將預測的海島居民的能源需求作為海島能源系統設計調度優化階段的輸入條件，采用k均值聚類算法生成若干具有代表性的能源需求情景；通過沼氣和電轉氣技術的耦合構建零碳島嶼能源系統，將零碳島嶼能源系統的年化總成本和可再生能源浪費量最小化為目標構建模型，求解模型的帕累托前沿確定不同能源需求情景下零碳島嶼能源系統的綜合最優方案。本發明能夠實現在無外部化石燃料和電力供應情況下的自給自足、自我調節、穩定運行提供能源需求預測、系統設計和調度優化。

技術領域

本發明涉及能源系統優化技術領域，特別是涉及一種零碳島嶼能源系統優化方法、裝置、設備和存儲介質。

背景技術

海島在能源輸送方面受到地理條件的限制。由于與大陸和電網的連接較弱，海島能源需求的多樣性導致了較高的經濟成本和環境污染問題。目前用于零碳能源系統規劃的優化設計工具通常僅考慮電力、供暖和制冷的供應，很少兼顧海島的天然氣和淡水供應。

海島常采用的供能技術有電池儲能、可再生能源發電、海水淡化設備等。電池儲能是提高可再生能源系統靈活性和可靠性最常用的方法之一，但電池儲能的大規模應用面臨能量密度低、電池老化、熱穩定性差等挑戰。可再生能源發電具有典型的不穩定性特征，需要穩定可靠的儲能設備。海水淡化設備雖然可以生產淡水來滿足居民的淡水需求，但卻大大增加了電力需求，對海島能源保障提出了更高的要求，需要在海島能源系統規劃設計階段考慮海水淡化需求。

實現零碳島嶼能源系統的優化設計和協調運行，需要對海島進行能源負荷預測。大部分海島的能源負荷數據難以獲取，且由于條件限制歷史數據多數存在較大程度缺失，給負荷預測帶來一定難度。同時，居民用戶的能源需求取決于人的用能行為，人的用能習慣與行為模式千差萬別，在進行負荷預測時需要充分考慮居住者用能行為的不確定性影響。

計算模擬可以用來預測建筑物和地區的能源需求。需求預測模型可以在一定程度上解決這方面問題。目前主流的需求預測方法有單位面積指標法、回歸統計法、人工神經網絡法和數值模擬法等。以上方法對單體建筑或建筑群的能源負荷進行了模擬和預測，但很少有方法能夠兼顧居住者用能行為的不確定性對建筑負荷的影響。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種零碳島嶼能源系統優化方法、裝置、設備和存儲介質，能夠實現在無外部化石燃料和電力供應情況下的自給自足、自我調節、穩定運行提供能源需求預測、系統設計和調度優化以及系統評價。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：提供一種零碳島嶼能源系統優化方法，包括以下步驟：

基于用戶用能行為構建建筑能耗模擬模型，并采用建筑能耗模擬模型預測海島居民的能源需求；

將預測的海島居民的能源需求作為海島能源系統設計調度優化階段的輸入條件，采用k均值聚類算法生成若干具有代表性的能源需求情景；

通過沼氣和電轉氣技術的耦合構建零碳島嶼能源系統，將零碳島嶼能源系統的年化總成本和可再生能源浪費量最小化為目標構建模型，求解模型的帕累托前沿確定不同能源需求情景下零碳島嶼能源系統的綜合最優方案。

所述基于用戶用能行為構建建筑能耗模擬模型，并采用建筑能耗模擬模型預測海島居民的能源需求，具體包括：

根據家用能耗設備的用能特性將設備分為連續設備、備用設備、制冷設備和活動設備；

將海島居民行為活動分為連續行為和瞬態行為，并針對不同類型的家用能耗設備構建連續行為和瞬態行為的概率模型；

根據連續行為和瞬態行為的概率模型確定海島上每家每戶每小時的能源消耗；

根據海島上每家每戶每小時的能源消耗得到海島每小時的能源需求。