考虑混合生物质能流的区域电-沼气能源微网规划方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑混合生物质能流的区域电

Regional electricity biogas energy microgrid planning method considering mixed biomass energy flow

【技术实现步骤摘要】
考虑混合生物质能流的区域电
‑
沼气能源微网规划方法


[0001]本专利技术涉及能源微网规划
，具体涉及一种考虑混合生物质能流 的区域电
‑
沼气综合能源微网规划方法。

技术介绍

[0002]在偏远农村地区，沼气通常作为天然气的替代能源。由于厌氧发酵产生 的沼气不仅可以作为配电网中的燃气发电机燃料，还可以通过区域沼气管网 满足本地用气需求，可最终形成以生物质能为主体的区域综合能源微网。
[0003]由于生物质原料运输成本昂贵，热值密度低，合理规划沼气工程选址对 于构建以生物质能为主体的区域综合能源微网非常关键。现阶段对沼气工程 选址规划研究多为生物质能供应链优化问题。
[0004]随着发酵技术的进一步改进，区别于过去单一发酵技术只能处理一种或 同类型的生物质原料；混合发酵技术可以同时处理、发酵不同类型的生物质 原料，调节发酵体系碳氮比，增加发酵体系的缓冲能力和有机负荷，减少毒 性抑制，增加体系稳定性，从而提高发酵效率。
[0005]厌氧共消化技术的出现意味着传统的生物质供应链模型需要本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑混合生物质能流的区域电
‑
沼气综合能源微网规划方法，其特征在于，包括：建立考虑混合生物质能流的区域电
‑
沼气综合能源微网规划模型，并将沼气工程待规划节点集合参数、负荷需求参数、生物质原料供应点集合参数、待规划管道集合参数、交通网络和配电网网络结构作为所述规划模型的输入参数；生成起点
‑
终点矩阵，并确定待规划厌氧发酵工厂所在节点与生物质原料供应节点之间的最短路径，以构建生物质原料供应交通网；构建以区域综合能源系统的总投资和运营成本为目标函数，且满足区域沼气管网、配电网、生物质原料供应交通网三网耦合的数学模型。2.根据权利要求1所述的一种考虑混合生物质能流的区域电
‑
沼气综合能源微网规划方法，其特征在于，所述生成起点
‑
终点矩阵，并确定待规划厌氧发酵工厂所在节点与生物质原料供应节点之间的最短路径，以构建生物质原料供应交通网，之后还包括：针对配电网的物理特性和网络结构建模；采用天然气网络的Weymouth模型对区域沼气管网的稳态物理特征进行建模；构建混和整数二阶锥规划模型，并通过求解器Cplex获得区域沼气管网、配电网、生物质原料供应交通网的最终优化结果。3.根据权利要求1所述的一种考虑混合生物质能流的区域电
‑
沼气综合能源微网规划方法，其特征在于，所述沼气工程待规划节点集合参数包括发酵类型、选址节点与建设规模；发酵类型包括：有机垃圾发酵、禽畜粪便发酵和混合发酵；生物质原料供应点集合参数包括城市、农场和郊区/农村地区的有机垃圾年供应量与畜禽粪便年供应量；负荷需求参数包括电负荷需求参数和气负荷需求参数；待规划管道集合参数包括管道连接节点信息。4.根据权利要求3所述的一种考虑混合生物质能流的区域电
‑
沼气综合能源微网规划方法，其特征在于，所述生成起点
‑
终点矩阵，并确定待规划厌氧发酵工厂所在节点与生物质原料供应节点之间的最短路径，以构建生物质原料供应交通网，包括：获取区域计划规划厌氧发酵工厂的数量K；基于区域计划规划厌氧发酵工厂的数量K得到表示厌氧发酵工厂投建状态的决策变量X
ncs
，且X
ncs
满足如下约束：x
ncs
≤1,≤1,当且仅当第n个厌氧发酵工厂位于节点i时，从节点j到节点i中任意类型的生物质运输流都可能存在，故满足如下条件：式中，BS
wcaij
为场景w中建设规模为c的厌氧发酵工厂节点i到节点j的生物质原料类型a
的运输量；M为足够大的正数；CB为用于规划厌氧发酵工厂的候选节点的集合，且满足CB∈NI；Ω
j
为位于节点j的所有备选设备集合，包括分布式燃气机组工厂、厌氧发酵工厂和变电站等；a为包括畜禽粪便和有机垃圾在内的生物质原料类型；其中，厌氧发酵工厂所在的节点i到节点j的生物质原料类型a运输量之和不大于其对应的节点生物量利用率：式中，BD
wai
为场景w中节点i生物质原料类型a的最大供应量；计算从节点i到节点j的第n个厌氧发酵工厂收集的生物质原料总量：式中，VS
a
为生物质原料类型a的平均VS质量分数；BF
wcna
为场景w中建设规模为c的厌氧发酵工厂第n座厌氧发酵工厂收集的生物质原料类型a的VS总质量。5.根据权利要求4所述的一种考虑混合生物质能流的区域电
‑
沼气综合能源微网规划方法，其特征在于，所述计算从节点i到节点j的第n个厌氧发酵工厂收集的生物质原料总量，之后还包括：引入矩阵表示厌氧发酵植物的稳定效率，其中，中假设的向量依次为混合发酵、畜禽粪便单一发酵和有机垃圾单一发酵工厂的稳定效率，各情景下第n个厌氧发酵工厂每年产生的沼气总量为：式中，为第s个消化型厌氧发酵装置的降解效率矩阵；ηa为每吨生物质原料类型a的平均甲烷势；收集到第n个厌氧发酵工厂的畜禽粪便和有机垃圾的数量受到所需的混合比例的限制，且所述混合比例满足第一条件约束，其中，第一条件约束为：if x
nc,s＝s1
＝1,BF
wcn,a＝FW
＝0,BF
wcn,a＝AM
>0,if x
nc,s＝s2
＝1,BF
wcn,a＝FW
>0,BF
wcn,a＝AM
＝0,if x
ncs＝s3
＝1,式中，s1为混合发酵的消化类型，s2为畜禽粪便单一发酵的消化类型，s3为有机垃圾单一发酵的消化类型；为有机垃圾和禽畜粪便最优混合配比的下限，为有机垃圾和禽畜粪便最优混合配比的上限。6.根据权利要求5所述的一种考虑混合生物质能流的区域电
‑
沼气综合能源微网规划方法，其特征在于，所述收集到第n个厌氧发酵工厂的畜禽粪便和有机垃圾的数量受到所需的混合比例的限制，且所述混合比例满足第一条件约束，之后还包括：引入辅助变量以处理变量x
ncs
与BF
wcna
的乘积所引起的非凸性，
从而将各情景下第n个厌氧发酵工厂每年产生的沼气总量的计算公式进行重构，重构结果为：为：0≤f
wcns
≤M
·
x
ncs
,将第一条件约束等价替换为：0≤BF
wcn,a＝FW
≤M
·
(x
nc,s＝s1
+x
nc,s＝s3
),0≤BF
wcn,a＝AM
≤M
·
(x
nc,s＝s1
+x
nc,s＝s2
),),),),0≤f2‑
BF
wcn,a＝FW
≤M
·
(1
‑
x
nc,s＝s1
),0≤f2≤M
·
x
nc,s＝s1
,,0≤f3‑
BF
wcn,a＝AM
≤M
·
(1
‑
x
nc,s＝s1
),0≤f3≤M
·
x
nc,s＝s1
,式中，DT
b
为负荷分区，b为负荷分区的下标；f
wcns
...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨函煜，夏子清，吴家鹏，环宇凡，陈劲锋，方楚涵，黎灿兵，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：