用于家庭燃料电池热电联供建筑的能效评估方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于家庭燃料电池热电联供建筑的能效评估方法及系统，方法包括用于燃料电池建筑物设计及运营阶段的能效评估方法，首先对综合能源系统进行配置和能效评价，再对其进行优化，详细的用数学方法将建筑基础能效和能量利用率效率相结合，确定了能效等级，并给出了建筑物评价基准，从而在全过程对建筑物进行较为全面能效评估，可在设计阶段对设计指标进行能效评估，确定方案的能效等级，同时，在运行阶段可以确定建筑内部多尺度指标统计，并给出建筑物评价基准，从而在全过程对建筑物较为全面评估其能源利用率；同时，还可根据本发明专利技术的方法在设计初期及时进行诊断，及时调整有关参数，并在运行阶段实时进行优化运行。行。行。

【技术实现步骤摘要】
用于家庭燃料电池热电联供建筑的能效评估方法及系统


[0001]本专利技术属于燃料电池建功能系统配置及筑物能效评估
，具体涉及用于家庭燃料电池热电联供建筑的能效评估方法及系统。

技术介绍

[0002]从全球范围来看，建筑能耗占一次能源消耗的20—40％，随着城镇化的推进，建筑能耗占比呈现持续上升的趋势。建筑与工业、交通成为能源使用的三大主力行业，其中又以建筑节能的潜力最为巨大到2030年，全球建筑领域可形成每年60亿吨CO2当量的减排潜力，建筑节能是未来减少CO2排放，解决全球能源困境的重要途经，实现建筑全生命周期内的低能耗、低排放，是实现节能减排目标，走现代化可持续发展之路的内在要求。
[0003]建筑节能领域的研究无论从宏观国家层面上，还是从微观区域层面上，都具有重要的战略意义和现实意义。从国家层面上建筑节能对于建设环境友好型和资源节约性社会具有重要的战略发展意义；从区域层面上，随着城镇化建设的不断加强，建筑总量的上升成为必然的趋势，城镇化率的提升使得建筑能耗在全社会终端能耗中的比重进一步加大。从长远来看，为减少碳排放，一方面需要进行节能，另一方面，需要不断增加可再生能源的占比，逐渐替代化石能源的使用。
[0004]燃料电池可以高效地将化学能转化为电能，同时产生的热能可以回收利用，是一种高效、清洁的能源转换装置。特别是氢燃料电池，由于其良好的工作特性，相比于其他类型的燃料电池，在家庭热电联产领域具有良好的前景。但是，利用燃料电池给热电联产系统供热、电的工作刚刚起步，目前存在热电供需总量不匹配、能源利用率不高的问题，需要建立一套评价方法对其进行评价并据此给优化系统提供参考。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供用于家庭燃料电池热电联供建筑的能效评估方法及系统，对使用家用燃料电池系统的居住建筑建立一套行之有效的能效评估以及节能诊断，分别从设计和运营两个阶段对居住建筑能源利用情况进行完备的评价，同时对于影响其能效水平的因素进行量化分析，为相关系统或设备的优化运行管理提供指导。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种用于家庭燃料电池热电联供建筑的能效评估方法，包括以下步骤：
[0007]S100，确定采用燃料电池的能源系统中能源转换环节、能源传输环节以及能源储存环节的能源利用率，结合需求结构因素、系统配置方案因素以及可再生能源因素，得到综合能源系统配置；所述能源包括外购电、天然气、燃料电池用氢气以及CHP热电联产机组；
[0008]S200，建立S100所述综合能源系统配置阶段的综合指标体系；即能源转换环节的效率G、能源传输环节损失的能量占所有一次能源消耗的比例T、储能环节损失的能量占所有一次能源消耗S与能源综合利用效率η
total
的关系，
[0009]S300，根据S200所得配置阶段的综合指标体系，分别对需求结构因素、系统配置方案因素、可再生能源因素进行优化符合实际工况最优结果后，得到综合能源利用效率与能源供应环节、能源转换环节和能源需求环节之间的关系；
[0010]S400，获取经过S300优化后的综合能源系统实际运行参数，包括冷、热、电等能源系统的指标体系和重要设备的能效指标，计算其各项指标；
[0011]S500，根据S400所得结果，收集综合能源系统所供用户不同时间的用电数据，对不同年份同一月份的用能指标进行分级，用电情况进行能效评估，获得最终能效评估结果。
[0012]S100具体如下：
[0013]计算能源转换环节的转换效率、能源传输环节的效率以及储能设备的效率；
[0014]根据所述能源转换环节的转换效率、能源传输环节的效率以及储能设备的效率，计算用户纯电需求、热量需求、冷量需求和机械能需求，
[0015]根据所述用户纯电需求、热量需求、冷量需求和机械能需求，再结合需求结构因素、系统配置方案因素以及可再生能源因素计算得到综合能源系统配置。
[0016]结合能质系数可得能源供应环节所输入的一次能源量E
prim
[0017]E
prim
＝E
coal
C
coal,e
+E
gas
C
gas
+E
celle
C
cell,e
+E
cellh
C
cell,h
[0018]其中，E
gas
表示消耗的天然气的能量，E
celle
表示用来发电的燃料电池输入量，E
cellh
表示用来发热的燃料电池输入量，C表示相应的一次能源的能质系数；
[0019]能源转换环节的电输出等于能源转换环节生产的电量与能源转换环节消耗的电能的差，其中生产的电能包括电网购入电能，燃料电池发电量，CHP热电联产机组发电量；能源转换环节消耗的电能包括：地源热泵消耗的电能，电制氢设备消耗的电能，做功元件消耗的电能；
[0020]能源转换环节的热输出有四个途径，分别是CHP热电联产设备直接供热、地源热泵机组供热、燃气锅炉供热和燃料电池供热，
[0021]能源转换环节的冷输出有两个途径，分别是吸收式制冷机组供冷和地源热泵机组供冷；
[0022]将能源转换环节输出的冷、热、电三种能量的和除以输入的一次能源可得能源转换环节的转换效率。
[0023]对于能源传输环节效率η
tr
等于传输环节输出的能量与能源转换环节输出的能量之比。
[0024]能源储存环节中储能设备的效率为各储能设备的实际储能量之和与总储能容量之比，各储能设备的实际储能量为各储能设备的储能容量乘以其储能效率。
[0025]S200中，综合能源利用效率η
total
为用户纯电需求、热量需求、冷量需求和机械能需求的总量与一次能源输入量的比值，根据综合能源利用效率计算获得能源转换环节的效率、传输环节损失的能量占所有一次能源消耗的比例以及储能环节损失的能量占所有一次能源消耗的比例。
[0026]S300中，将综合能源系统的综合能效公式中与数量相关的量都转换为与比值相关的量，通过比值量和设备的能效水平，求得S100所得综合能源系统中各个部分的效率与系统综合能耗的关系，根据所述关系得到能够减少系统综合能耗的策略，根据策略选择适用于用户侧的设备参数，优化能源配置至符合实际工况下的最优参数配置。
[0027]S400中，所述指标包括单位面积综合能耗、供暖系统单位面积能耗指标、分户或分栋供暖方式的供暖能耗指标、重要能源转换设备的效率、设备实际容量与额定容量之比、不同能源转换设备的效率、建筑中能源转换设备效率以及计算清洁能源供能占比。
[0028]S500中进行最终能效评估具体如下：
[0029]S501，结合S400中关于能源转换设备的参数、重要设备的参数，能源转换设备效率、设备负载率需要分别达到各设备相关国家本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于家庭燃料电池热电联供建筑的能效评估方法，其特征在于，包括以下步骤：S100，确定采用燃料电池的能源系统中能源转换环节、能源传输环节以及能源储存环节的能源利用率，结合需求结构因素、系统配置方案因素以及可再生能源因素，得到综合能源系统配置；所述能源包括外购电、天然气、燃料电池用氢气以及CHP热电联产机组；S200，建立S100所述综合能源系统配置阶段的综合指标体系；即能源转换环节的效率G、能源传输环节损失的能量占所有一次能源消耗的比例T、储能环节损失的能量占所有一次能源消耗S与能源综合利用效率η
total
的关系，S300，根据S200所得配置阶段的综合指标体系，分别对需求结构因素、系统配置方案因素、可再生能源因素进行优化符合实际工况最优结果后，得到综合能源利用效率与能源供应环节、能源转换环节和能源需求环节之间的关系；S400，获取经过S300优化后的综合能源系统实际运行参数，包括冷、热、电等能源系统的指标体系和重要设备的能效指标，计算其各项指标；S500，根据S400所得结果，收集综合能源系统所供用户不同时间的用电数据，对不同年份同一月份的用能指标进行分级，用电情况进行能效评估，获得最终能效评估结果。2.根据权利要求1所述的用于家庭燃料电池热电联供建筑的能效评估方法，其特征在于，S100具体如下：计算能源转换环节的转换效率、能源传输环节的效率以及储能设备的效率；根据所述能源转换环节的转换效率、能源传输环节的效率以及储能设备的效率，计算用户纯电需求、热量需求、冷量需求和机械能需求，根据所述用户纯电需求、热量需求、冷量需求和机械能需求，再结合需求结构因素、系统配置方案因素以及可再生能源因素计算得到综合能源系统配置。3.根据权利要求2所述的用于家庭燃料电池热电联供建筑的能效评估方法，其特征在于，结合能质系数可得能源供应环节所输入的一次能源量E
prim
E
prim
＝E
coal
C
coal,e
+E
gas
C
gas
+E
celle
C
cell,e
+E
cellh
C
cell,h
其中，E
gas
表示消耗的天然气的能量，E
celle
表示用来发电的燃料电池输入量，E
cellh
表示用来发热的燃料电池输入量，C表示相应的一次能源的能质系数；能源转换环节的电输出等于能源转换环节生产的电量与能源转换环节消耗的电能的差，其中生产的电能包括电网购入电能，燃料电池发电量，CHP热电联产机组发电量；能源转换环节消耗的电能包括：地源热泵消耗的电能，电制氢设备消耗的电能，做功元件消耗的电能；能源转换环节的热输出有四个途径，分别是CHP热电联产设备直接供热、地源热泵机组供热、燃气锅炉供热和燃料电池供热，能源转换环节的冷输出有两个途径，分别是吸收式制冷机组供冷和地源热泵机组供冷；将能源转换环节输出的冷、热、电三种能量的和除以输入的一次能源可得能源转换环节的转换效率。4.根据权利要求2所述的用于家庭燃料电池热电联供建筑的能效评估方法，其特征在于，对于能源传输环节效率η
tr
等于传输环节输出的能量与能源转换环节输出的能量之比。
5.根据权利要求2所述的用于家庭燃料电池热电联供建筑的能效评估方法，其特征在于，能源储存环节中储能设备的效率为各储能设备...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈磊，陈彦宇，张天翼，张娣玲，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：