一种氢能支撑的零能耗建筑供能系统规划方法技术方案

本发明专利技术提供一种氢能支撑的零能耗建筑供能系统规划方法，包括：围绕零能耗建筑设计要求，定义“零能耗建筑供能系统”并分析其特征；基于此构建了典型应用场景下氢能支撑的供能系统基本结构，制定了包含12种工况模式的运行策略；以全寿命周期成本最少、供能系统所需建设面积最小为优化目标建立多目标规划模型，并以功率平衡约束、出力上下限约束、储氢约束、负荷缺电率约束、新能源持续发展约束等作为约束条件，针对所提规划模型应用NSGA

【技术实现步骤摘要】
一种氢能支撑的零能耗建筑供能系统规划方法


[0001]本专利技术属于电力系统规划领域，具体涉及一种氢能支撑的零能耗建筑供能系统规划方法。

技术介绍

[0002]在国家战略目标下，转变传统能源产能结构过剩现象、加速推进能源清洁替代是我国能源转型的必然趋势。
[0003]零能耗建筑并非不耗能，而是对传统能源的消耗为零。零能耗建筑的实现需要依据“两步走”方针，一为“节流”，二为“开源”。其中，“开源”即可再生能源的利用，这也是实现建筑零能耗的根本手段。
[0004]风能和太阳能是目前应用最广泛、技术最成熟的可再生能源。风力发电具有反调峰特性，是一种不可控的波动性电源。光伏发电昼发夜停，且受气候影响较大，是一种不可控的间歇性电源，但其发电趋势与居住建筑负荷需求有一定的匹配性。风力和光伏发电存在季节性变化和时空分布差异，合理利用风、光的互补特性，能够平衡四季能源供应能力，降低可再生能源供能总成本。氢能近年来获得越来越广泛地关注，以可再生电力制取的“绿氢”是实现节能减排的重要手段。大量的研究表明，可再生能源制氢提高了能源利用效率，弥补了可再本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氢能支撑的零能耗建筑供能系统规划方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤一，定义零能耗建筑供能系统；步骤二，构建氢能支撑的零能耗建筑供能系统基本结构；步骤三，提出氢能支撑的零能耗建筑供能系统运行模式；步骤四，设立氢能支撑的零能耗建筑供能系统规划模型多目标函数；步骤五，设立氢能支撑的零能耗建筑供能系统规划模型约束条件；步骤六，求解氢能支撑的零能耗建筑供能系统规划模型；步骤七，构建基于Topsis的多目标规划方案决策模型。2.如权利要求1所述的氢能支撑的零能耗建筑供能系统规划方法，其特征在于：所述步骤一定义的零能耗建筑供能系统为：应用可再生能源互补利用技术、储能技术，为完成节能设计的建筑长期、独立地提供清洁能源供应，且全寿命周期清洁能量供应大于或者等于建筑能量消耗的供能系统。3.如权利要求2所述的氢能支撑的零能耗建筑供能系统规划方法，其特征在于：所述步骤二的零能耗建筑供能系统的基本结构为：以风光互补发电耦合电解制氢，将富余电能转化为氢气存入中压储氢罐，在风光出力不足时通过燃料电池发电将能量释放，供给建筑负荷需要。4.如权利要求3所述的氢能支撑的零能耗建筑供能系统规划方法，其特征在于，所述步骤三提出的氢能支撑的零能耗建筑供能系统运行模式具体包括：1)模式1满足运行状态为全部富余能量电解制氢存入中压储氢罐中，此时中压储氢罐剩余空间足够电解槽以最大功率电解制氢，将氢气存入中压储氢罐；2)模式2满足运行状态为全部富余能量电解制氢存入中压储氢罐，此时富余能量较少，中压储氢罐空间仍能消纳全部富余能量；3)模式3满足
运行状态为此时中压储氢罐剩余空间不足以存储全部多余能量，中压储氢罐容量到达上限，无法存储的电能被弃掉；4)模式4满足运行状态为中压储氢罐剩余空间充足，但电解槽功率较小，无法将全部多余电能电解制氢存入中压储氢罐中；此时电解槽以最大功率电解制氢，但仍有部分未能电解的多余电能被弃；5)模式5满足运行状态为此时富余能量较多，电解槽容量较小，且不计电解槽容量的情况下中压储氢罐剩余空间也无法存入全部富余能量；此时电解槽以最大功率电解制氢，中压储氢罐未达容量上限，未能电解的多余电能被弃掉；6)模式6满足运行状态为此时中压储氢罐剩余空间不足以存储全部多余能量，中压储氢罐容量到达上限后，剩余电能被弃掉；7)模式7满足
运行状态为此时中压储氢罐中存储能量充足，燃料电池消耗中压储氢罐内氢气，将氢能转为电能，补足能量缺额；8)模式8满足运行状态为此时燃料电池额定功率较大，足以将中压储氢罐内全部氢气转为电能；此时缺失能量由燃料电池消耗中压储氢罐内氢气补足；9)模式9满足运行状态为中压储氢罐剩余能量充足，然而燃料电池容量较小，以燃料电池最大输出功率发电仍不足以补足能量缺额，此时用户侧发生缺电情况；10)模式10满足运行状态为此时中压储氢罐中所储能量不足，中压储氢罐中氢气储量到达下限后，外置高压储氢罐作为场外电源将罐内氢气通入燃料电池发电，补足能量缺额；11)模式11满足
运行状态为此时中压储氢罐消耗氢气至容量下限，燃料电池以最大输出功率发电，但受制其容量，外置高压储氢罐所提供的氢气由燃料电池发电也只能支撑部分能量缺额，用户侧发生缺电情况；12)模式12满足运行状态为此时燃料电池以最大功率发电，中压储氢罐未到达容量下限，用户侧产生缺电情况；其中，所述模式1)～6)时风光出力超出负荷需求，将多余能量存储；模式7)～12)时风光出力不足以满足负荷需求，此时调用存储的能量或外置高压储氢罐中能量供给负荷需求；其中，
△
P为风光出力负荷需求，kW；P
ez,r
为电解槽额定功率，kW；P
ez
为电解槽实时功率，kW；P
s,max
为中压储氢罐存储由电解槽制氢所消纳的电能能力上限，kW；SOHC为中压储氢罐等效荷电状态；P
fc,r
为燃料电池额定功率，kW；P
fc
为燃料电池实时功率，kW；P
wz
为外置高压储氢罐中氢气通过燃料电池转为电能功率，kW。5.如权利要求4所述的氢能支撑的零能耗建筑供能系统规划方法，其特征在于，所述步骤四设立氢能支撑的零能耗建筑供能系统规划模型多目标函数具体步骤如下：1)经济目标氢能支撑的零能耗建筑供能系统规划以系统全寿命周期成本最低为优化目标一：LCC＝C
O
+C
V
‑
C
R
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)其中，LCC为零能耗建筑供能系统全寿命周期成本，元；C
o
为初始投入成本，元；C
v
为运行维护成本，元，C
R
为设备残值，元；2)尺寸规模目标以零能耗建筑供能系统设备所占建设面积最小为优化目标二，如式(2)：其中，Space为氢能支撑的零能耗建筑供能系统的建设所需总面积，m2；R
ri
为第i种设备建设面积，m2。6.如权利要求5所述的氢能支撑的零能耗建筑供能系统规划方法，其特征在于，所述步骤四氢能支撑的零能耗建筑供能系统规划模型的多目标函数中的尺寸规模目标计算方法如下：第i种设备单位额定容量所需建设面积D
i
如式(3)：
其中，a为同类型设备中不同型号设备种数，种；P
δ
为第δ种型号设备额定容量，kW；d
δ
为第δ种型号设备单位额定容量所需建设面积，m2。7.如权利要求6所述的氢能支撑的零能耗建筑供能系统规划方法，其特征在于，所述步骤五设立氢能支撑的零能耗建筑供能系统规划模型约束条件如下：1)功率平衡约束供能系统输入输出功率的实时平衡，风光发电设备及燃料电池满足电解槽、地缘热泵及用户负荷需求。将地缘热泵制冷、制热耗能归为用户电负荷，系统功率平衡约束公式如下：P
wt
(t)+P
p...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁铁江，费斯奇，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：