考虑多种储能设备的综合能源站设备选型与容量规划方法技术

一种考虑多种储能设备的综合能源站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，输入能源转换及储能设备参数；依据输入的参数，建立考虑多种储能设备的综合能源站设备选型与容量规划模型；依据综合能源站设备选型与容量规划模型，基于园区内电、热、冷负荷和光照强度、风速历史数据，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，显著提高系统运行经济性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。

Equipment Selection and Capacity Planning Method for Comprehensive Energy Station Considering Multiple Energy Storage Equipment

A method of equipment selection and capacity planning for integrated energy station considering multiple energy storage equipment: according to the equipment type and energy form to be selected in the park integrated energy system, input energy conversion and energy storage equipment parameters; according to input parameters, establish equipment selection and capacity planning model for integrated energy station considering multiple energy storage equipment; and according to equipment selection and capacity regulation of integrated energy station Based on the historical data of power, heat, cooling load, illumination intensity and wind speed in the park, the mixed integer linear programming method is used to solve the model, and the results are output, including equipment selection and capacity planning, as well as the annual comprehensive cost of the system and annual electricity/gas consumption. The invention can meet the needs of multiple loads of cold, heat and electricity at the same time, and can significantly improve the economic operation of the system. The planning scheme can significantly reduce the annual comprehensive cost of the integrated energy system, realize multi-energy complementarity and improve the energy utilization efficiency.

【技术实现步骤摘要】
考虑多种储能设备的综合能源站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多种储能设备的综合能源站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；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；分布式发电具有投资少、建设周期短、能源利用率高及环境污染小等优势。然而，对含储能设备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、分布式发电和冷、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。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，急需一种考虑多种储能设备的综合能源站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多种储能设备的综合能源站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：一种考虑多种储能设备的综合能源站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，输入能源转换及储能设备参数，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、天然气价格以及园区内冷、热、电负荷的年运行数据，输入光照强度和风速的历史数据；2)依据步骤1)中的输入的参数，建立考虑多种储能设备的综合能源站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、分布式发电模型及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)得到的综合能源站设备选型与容量规划模型，基于园区内电、热、冷负荷和光照强度、风速历史数据，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、分布式发电模型及储能模型的运行约束，包括：(2.1)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是电锅炉对应最小规划单元的数量；(2.2)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是电制冷机组对应最小规划单元的数量；(2.3)热电联供机组规划模型及约束：式中，是t时刻热电联供机组的热功率，是t时刻热电联供机组的电功率，和分别是气-热转化效率和气-电转化效率，是t时刻热电联供机组输入天然气量，q是天然气热值，pCHP是热电联供机组最小规划单元，xCHP是热电联供机组对应最小规划单元的数量；(2.4)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，是电制热能效比，是电制冷能效比，pCAP，HP是地源热泵最小规划单元，xHP是地源热泵对应最小规划单元的数量；(2.5)热储能规划模型及约束式中，是t时刻热储能储存的热量，是热储能初始储存的热量，是热储能最终储存的热量，ηHS是热储能损失系数，是t时刻热储能的储热功率，是储热效率，是储热功率上限，是t时刻热储能的放热功率，是放热效率，是放热功率上限，Δt为时间间隔，和分别为储/放热标志位，pHS是热储能的最小规划单元，xHS是热储能对应最小规划单元的数量；(2.6)电储能规划模型及约束SOCmin≤SOCt≤SOCmax式中，是t时刻电储能储存的电能，ηES是电储能损失系数，是t时刻电储能的充电功率，是充电效率，是充电功率上限，是t时刻电储能的放电功率，是放电效率，是放电功率上限，和分别为充/放电标志位，pES是电储能的最小规划单元，xES是电储能对应最小规划单元的数量，是电储能初始储存的热量，是电储能最终储存的热量，SOCt是t时刻电储能的荷电状态，SOCmin是电储能荷电状态的运行下限，SOCmax是电储能荷电状态的运行上限；(2.7)逆变器规划模型及约束式中，pCON是逆变器的最小规划单元，xCON是逆变器对应最小规划单元的数量；(2.8)光伏规划模型及约束式中，是t时刻光伏的电功率，It是t时刻光照强度，IR是额定光照强度，pPV是光伏的最小规划单元，xPV是光伏对应最小规划单元的数量；(2.9)风机规划模型及约束式中，是t时刻风机的电功率，v是t时刻风速，vin是切入风速，vr是额定风速，vout是切出风速，pWT是风机的最小规划单元，xWT是风机对应最小规划单元的数量。步骤2)所述的综合能源系统内电、热、冷功率平衡约束为(2.10)电功率平衡约束：式中，是t时刻的电负荷，是t时刻从外部电网购电功率，是t时刻热电联供机组的电功率，是t时刻电储能的放电功率，是t时刻光伏的电功率，是t时刻风机的电功率，是t时刻电锅炉输入端电功率，是t时刻电制冷机组输入端电功率，是t时刻地源热泵输入端电功率，是t时刻电储能的充电功率；(2.11)热功率平衡约束：式中，是t时刻的热负荷，是t时刻电锅炉的热功率，是t时刻热电联供机组的热功率，是t时刻热储能的放热功率，是t时刻地源热泵的热功率，是t时刻热储能的储热功率；(2.12)冷功率平衡约束：式中，是t时刻的冷负荷，是t时刻电制冷机组的冷功率，是t时刻地源热泵的冷功率。本专利技术的考虑多种储能设备的综合能源站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；考虑了储能设备，可在低电价时储电/热并在峰时电价向系统放电/热，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是本专利技术考虑多种储能设备的综合能源站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是综合能源系统园区年光照强度曲线；图6是综合能源系统园区年风速曲线。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多种储能设备的综合能源站设备选型与容量规划方法做出详细说明。本专利技术的考虑多种储本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑多种储能设备的综合能源站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，输入能源转换及储能设备参数，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、天然气价格以及园区内冷、热、电负荷的年运行数据，输入光照强度和风速的历史数据；2)依据步骤1)中的输入的参数，建立考虑多种储能设备的综合能源站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、分布式发电模型及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)得到的综合能源站设备选型与容量规划模型，基于园区内电、热、冷负荷和光照强度、风速历史数据，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】
1.一种考虑多种储能设备的综合能源站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，输入能源转换及储能设备参数，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、天然气价格以及园区内冷、热、电负荷的年运行数据，输入光照强度和风速的历史数据；2)依据步骤1)中的输入的参数，建立考虑多种储能设备的综合能源站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、分布式发电模型及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)得到的综合能源站设备选型与容量规划模型，基于园区内电、热、冷负荷和光照强度、风速历史数据，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所述的考虑多种储能设备的综合能源站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、分布式发电模型及储能模型的运行约束，包括：(2.1)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是电锅炉对应最小规划单元的数量；(2.2)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是电制冷机组对应最小规划单元的数量；(2.3)热电联供机组规划模型及约束：式中，是t时刻热电联供机组的热功率，是t时刻热电联供机组的电功率，和分别是气-热转化效率和气-电转化效率，是t时刻热电联供机组输入天然气量，q是天然气热值，pCHP是热电联供机组最小规划单元，xCHP是热电联供机组对应最小规划单元的数量；(2.4)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，是电制热能效比，是电制冷能效比，pCAP，HP是地源热泵最小规划单元，xHP是地源热泵对应最小规划单元的数量；(2.5)热储能规划模型及约束式中，是t时刻热储能储存的热量，是热储能初始储存的热量，是热储能最终储存...

【专利技术属性】
技术研发人员：王成山，李程，李鹏，宋关羽，于浩，赵金利，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12