考虑储热环节的综合能源系统设备选型与容量规划方法技术方案

一种考虑储热环节的综合能源系统设备选型与容量规划方法：根据园区综合能源系统待选的设备种类及能源形式，输入能源转换及储热设备参数；依据输入的参数，建立考虑储热环节的综合能源系统设备选型与容量规划模型；依据得到的考虑储热环节的综合能源系统设备选型与容量规划模型，基于园区内冷、热、电负荷的年运行数据，采用混合整数线性规划方法进行求解；输出求解结果，包括设备选型和容量规划方案，以及系统年综合费用、电/气年消耗量。本发明专利技术可同时满足冷、热、电多种负荷的需要；在低电价时储热并在峰时电价期间向系统供热，从而降低高峰时段的用电量，显著提高系统运行经济性；可显著降低综合能源系统年综合费用，实现多能互补，提高能源利用效率。

【技术实现步骤摘要】
考虑储热环节的综合能源系统设备选型与容量规划方法
本专利技术涉及一种综合能源系统设备选型与容量规划方法。特别是涉及一种考虑储热环节的综合能源系统设备选型与容量规划方法。
技术介绍
随着能源和环境问题越来越突出，如何提高能源利用效率并尽可能减少用能过程带来的环境影响，已成为能源领域的重要课题。综合能源系统集制冷、供热和发电于一体，不仅可以通过能量的梯级利用提高一次能源利用率，而且在减少排放方面也表现出较大的优势。因此，综合能源系统已成为未来能源技术发展的重要方向，其规划与运行更是研究热点。现有关于综合能源系统设备选型及容量规划的研究，一般通过长时间运行模拟选出使目标最优(如经济性最好、排放最小等)的设备类型和容量组合。在设备类型方面，主要分为能源转换设备和电储能设备。热电联供(combinedheatandpower，CHP)机组因可同时满足热需求和电需求是重要的能源转换设备；地源热泵能源转换效率高，并可根据实际需求选择制冷或制热；电储能设备可以在用电低谷时储能，在用电高峰时供给负荷，具有良好的经济性。在算法方面，数学规划法和智能优化算法在综合能源系统规划研究中应用广泛，如混合整数线性规划算法、多目标遗传算法等。然而，对含储热环节的综合能源系统规划研究比较少，缺少充分考虑多种能源转换设备和冷、热、电等多种能源相互耦合综合能源系统的研究。在优化变量中，均未同时优选设备类型和优化设备容量，而是先确定设备类型，再进行容量优化，往往不能保证解的最优性。此外，现有研究对能源间的耦合性考虑不足，能源间的耦合性分析多集中于定性讨论，缺乏定量分析，进而难以准确评价系统运行时由多能耦合带来的互补效益。因此，急需一种考虑储热环节的综合能源系统设备选型与容量规划方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种能够合理确定综合能源站规划的考虑储热环节的综合能源系统设备选型与容量规划方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种考虑储热环节的综合能源系统设备选型与容量规划方法，包括如下步骤：1)根据园区综合能源系统待选的设备种类及能源形式，输入能源转换及储热设备参数，包括各个设备单位容量的初始投资成本、维护费用及转化效率，输入电价、天然气价格及园区内冷、热、电负荷的年运行数据；2)依据步骤1)中输入的参数，建立考虑储热环节的综合能源系统设备选型与容量规划模型，包括以系统年综合费用最小为目标函数，考虑各种能源转换设备模型及热储能模型的运行约束，以及综合能源系统内电、热、冷功率平衡约束；3)依据步骤2)得到的考虑储热环节的综合能源系统设备选型与容量规划模型，基于园区内冷、热、电负荷的年运行数据，采用混合整数线性规划方法进行求解；4)输出步骤3)的求解结果，包括设备选型和容量规划方案，以及系统年综合费用、电/气年消耗量。步骤2)所述的各种能源转换设备模型及热储能模型的运行约束，包括：(1)电锅炉规划模型及约束：式中，是t时刻电锅炉的热功率，是t时刻蓄热罐的储热功率，是t时刻电锅炉输入端电功率，ηEB是电-热转化效率，pEB是电锅炉最小规划单元，xEB是最小规划单元对应的数量；(2)蓄热罐规划模型及约束0≤zCH+zDIS≤1式中，是t时刻蓄热罐储存的热量，ηST是储能损失系数，是t时刻蓄热罐的储热功率，ηCH是储热效率，是储热功率上限，是t时刻蓄热罐的放热功率，ηDIS是放热效率，是放热功率上限，Δt为t时段到t+1时段的时间间隔，pST是蓄热罐最小规划单元，xST是最小规划单元对应的数量，zCH和zDIS分别为储热标志位和放热标志位。(3)电制冷机组规划模型及约束：式中，是t时刻电制冷机组的冷功率，是t时刻电制冷机组输入端电功率，EAC是能效比，pAC是电制冷机组最小规划单元，xAC是最小规划单元对应的数量；(4)地源热泵规划模型及约束：式中，是t时刻地源热泵的热功率，是t时刻地源热泵的冷功率，是t时刻地源热泵输入端电功率，EH,HP是电制热能效比，EC,HP是电制冷能效比，pCAP,HP是地源热泵最小规划单元，xHP是最小规划单元对应的数量；(5)CHP机组规划模型及约束：式中，是t时刻热电联产机组的热功率，是t时刻热电联产机组的电功率，是t时刻热电联产机组输入端功率，ηH,CHP和ηP,CHP分别是气-热转化效率和气-电转化效率，pCHP是热电联产机组最小规划单元，xCHP是最小规划单元对应的数量。步骤2)所述的综合能源系统内电、热、冷功率平衡约束为：(1)电功率平衡约束：式中，是t时刻园区内电负荷，是t时刻电网向园区内电负荷提供的功率，是t时刻热电联产机组的电功率；(2)热功率平衡约束：式中，是t时刻园区内热负荷，是t时刻电锅炉的热功率，是t时刻蓄热罐的放热功率，是t时刻热电联产机组的热功率，是t时刻地源热泵制热期间的热功率；(3)冷功率平衡约束：式中，是t时刻园区内冷负荷，是t时刻电制冷机组的冷功率，是t时刻地源热泵制冷期间的冷功率。本专利技术的考虑储热环节的综合能源系统设备选型与容量规划方法，考虑了不同能源(电/气/热)的耦合特性，能源形式和设备类型丰富，可同时满足冷、热、电多种负荷的需要；考虑了储热环节，可在低电价时储热并在峰时电价期间向系统供热，从而降低高峰时段的用电量，显著提高系统运行经济性；在优化计算中同时考虑设备类型和设备容量，计算出不同场景下的规划结果，并进行对比分析，所得规划方案可显著降低综合能源系统年综合费用，实现多能互补，提高能源利用效率。附图说明图1是本专利技术考虑储热环节的综合能源系统设备选型与容量规划方法的流程图；图2是综合能源系统园区年电负荷曲线；图3是综合能源系统园区年热负荷曲线；图4是综合能源系统园区年冷负荷曲线；图5是分时电价曲线；图6场景二蓄热罐的5个工作日储\放热功率曲线；图7场景四蓄热罐的5个工作日储\放热功率曲线。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术的考虑储热环节的综合能源系统设备选型与容量规划方法做出详细说明。本专利技术的考虑储热环节的综合能源系统设备选型与容量规划方法，立足于解决考虑储热环节的综合能源系统中设备选型以及对应容量确定问题，建立以年综合费用最小为目标函数，充分考虑综合能源系统各种能源转换设备及储热设备的运行约束和冷、热、电功率平衡约束，采用混合整数线性规划方法进行求解，最终得到设备选型结果和容量规划方案。如图1所示，本专利技术的考虑储热环节的综合能源系统设备选型与容量规划方法，包括如下步骤：一)根据园区综合能源系统待选的设备种类及能源形式，输入能源转换及储热设备参数，包括各个设备单位容量的初始投资成本、维护费用及转化效率，输入电价、天然气价格及园区内冷、热、电负荷的年运行数据；如图2、图3、图4所示。二)依据步骤1)中输入的参数，建立考虑储热环节的综合能源系统设备选型与容量规划模型，包括以系统年综合费用最小为目标函数，考虑各种能源转换设备模型及热储能模型的运行约束，以及综合能源系统内电、热、冷功率平衡约束；其中，1)所述的以系统年综合费用最小为目标函数CCOST表示为minCCOST＝CI+CM+CO(1)式中，初始投资费用CI、维护费用CM、运行费用CO分别由下式表示：式中，y表示设备的使用寿命，r为折现率；cI,CHP、cI,EB、cI,ST、cI,AC、cI,HP分别本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑储热环节的综合能源系统设备选型与容量规划方法，其特征在于，包括如下步骤：1)根据园区综合能源系统待选的设备种类及能源形式，输入能源转换及储热设备参数，包括各个设备单位容量的初始投资成本、维护费用及转化效率，输入电价、天然气价格及园区内冷、热、电负荷的年运行数据；2)依据步骤1)中输入的参数，建立考虑储热环节的综合能源系统设备选型与容量规划模型，包括以系统年综合费用最小为目标函数，考虑各种能源转换设备模型及热储能模型的运行约束，以及综合能源系统内电、热、冷功率平衡约束；3)依据步骤2)得到的考虑储热环节的综合能源系统设备选型与容量规划模型，基于园区内冷、热、电负荷的年运行数据，采用混合整数线性规划方法进行求解；4)输出步骤3)的求解结果，包括设备选型和容量规划方案，以及系统年综合费用、电/气年消耗量。

【技术特征摘要】
1.一种考虑储热环节的综合能源系统设备选型与容量规划方法，其特征在于，包括如下步骤：1)根据园区综合能源系统待选的设备种类及能源形式，输入能源转换及储热设备参数，包括各个设备单位容量的初始投资成本、维护费用及转化效率，输入电价、天然气价格及园区内冷、热、电负荷的年运行数据；2)依据步骤1)中输入的参数，建立考虑储热环节的综合能源系统设备选型与容量规划模型，包括以系统年综合费用最小为目标函数，考虑各种能源转换设备模型及热储能模型的运行约束，以及综合能源系统内电、热、冷功率平衡约束；3)依据步骤2)得到的考虑储热环节的综合能源系统设备选型与容量规划模型，基于园区内冷、热、电负荷的年运行数据，采用混合整数线性规划方法进行求解；4)输出步骤3)的求解结果，包括设备选型和容量规划方案，以及系统年综合费用、电/气年消耗量。2.根据权利要求1所述的一种考虑储热环节的综合能源系统设备选型与容量规划方法，其特征在于，步骤2)所述的各种能源转换设备模型及热储能模型的运行约束，包括：(1)电锅炉规划模型及约束：式中，是t时刻电锅炉的热功率，是t时刻蓄热罐的储热功率，是t时刻电锅炉输入端电功率，ηEB是电-热转化效率，pEB是电锅炉最小规划单元，xEB是最小规划单元对应的数量；(2)蓄热罐规划模型及约束式中，是t时刻蓄热罐储存的热量，ηST是储能损失系数，是t时刻蓄热罐的储热功率，ηCH是储热效率，是储热功率上限，是t时刻蓄热罐的放热功率，ηDIS是放热效率，是放热功率上限，Δt为t时段到t+1时段的时间间隔，pST是...

【专利技术属性】
技术研发人员：于力，姜臻，郭晓斌，张斌，王成山，李鹏，李程，简凎杨，白浩，
申请(专利权)人：南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：广东,44