一种面向矿区的多能互补供热系统容量配置优化方法技术方案

本发明专利技术公开了一种面向矿区的多能互补供热系统容量配置优化方法，该方法包括以下步骤：步骤一、建立矿区多能互补供热系统结构；步骤二、建立系统优化配置数学模型；步骤三，建立目标函数及约束条件：步骤四，利用快速非支配多目标优化算法求解模型。本发明专利技术在给定各能源子系统建设成本、运营成本、综合能效比、最大供热能力以及各种能源折标准煤参考系数、供热基准值、碳交易价格参数的情况下，求解并比选出最优方案。计算结果可作为煤矿区多能互补供热系统设计方案优化的基础。系统设计方案优化的基础。系统设计方案优化的基础。

【技术实现步骤摘要】
一种面向矿区的多能互补供热系统容量配置优化方法


[0001]本专利技术属于煤矿区多能互补供热
，涉及系统容量配置方法，具体涉及一种面向矿区的多能互补供热系统容量配置优化方法。

技术介绍

[0002]煤炭矿区由于受矿产资源赋存条件约束，其地理位置普遍远离城市，不具备与城市供热管网相连接的条件。因此，我国大多数煤炭矿区使用燃煤锅炉作为供热热源，与此同时，煤炭燃烧产生的CO2、CO、SO2、粉尘等污染物严重影响了当地的生态环境。部分矿区积极响应国家号召，采取了用天然气锅炉替代燃煤锅炉的行动，但受国际国内能源形势政策影响，天然气供热成本及风险增加。在当前形势与政策下，煤矿区推进低碳发展的同时如何保证用能供应的稳定性、安全性是发展面临的难题。
[0003]矿区多能互补供热系统立足于矿区清洁能源、可再生能源以及常规能源禀赋，充分考虑矿区用户侧实际需求、场地条件、政府政策以及电力及天然气的价格等影响因素，建立一套融合地热能、太阳能、空气能、电能、矿井余热(矿井乏风、矿井涌水余热、空压机余热)等多种能源互补的供热系统对于促进矿区低碳发展意义重大。

技术实现思路

[0004]针对煤矿区低碳清洁发展，本专利技术的目的在于提供一种面向矿区的多能互补供热系统容量配置优化方法，解决在当前形势与政策下，煤矿区推进低碳发展的同时保证用能供应稳定性、安全性的难题。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案予以实现：
[0006]一种面向矿区的多能互补供热系统容量配置优化方法，该方法包括以下步骤：
[0007]步骤一、建立矿区多能互补供热系统结构；矿区多能互补供热系统结构以地热能、太阳能、空气能、矿井余热、天然气和燃煤作为供热热源，利用电能或一次能源驱动的供热设备，经能量转化后输送热量至用户侧；
[0008]步骤二、建立系统优化配置数学模型；
[0009]系统能耗模型：
[0010]系统供热量：
[0011]式中，G
i
为供热期间第i种能源所提供的热量，单位为GJ；N为供热周期，单位为天；q
i
为第i种能源的供热能力，单位为kW；t为室内计算温度，单位为℃；t
a
为采暖期室外平均温度，单位为℃；t
o.a
为采暖期室外计算温度，单位为℃；
[0012]系统能耗：
[0013]式中：β
i
为第i种能源系统的综合能效比，无量纲；E
i
为第i种能源系统消耗的能量，单位为GJ；
[0014]能源出力模型：
[0015]地热能、空气能模型：
[0016]式中，m为从地层或空气中获取的热能，单位为kW；q
dk
为地热能或空气能的供热能力，单位为kW；COP为热泵机组制热系数，无量纲；
[0017]太阳能集热系统模型：
[0018]式中，q
solar
为太阳能供热能力，单位为kW；f为太阳能保证率，单位为％；A为太阳能集热器面积，单位为m2；J
T
为当地集热器采光面上的年平均日太阳辐照量，单位为kJ/m2；η
cd
为集热器的年平均效率，单位为％；η
L
为水箱和管路的热损失率，单位为％；
[0019]燃气锅炉模型：q
gas
＝g
gas
η
gas
ꢀꢀ
式V；
[0020]式中，q
gas
为燃气锅炉供热能力，单位为kW；η
gas
为燃气锅炉转换效率，单位为％；g
gas
为消耗的天然气所提供的热量，单位为kW；
[0021]乏风余热模型：h＝1.0045t
air
+d(2051+1.85t
air
)
ꢀꢀ
式VI；
[0022]式中，h为矿井回风比焓，单位为kJ/kg；t
air
为空气温度，单位为℃；d为含湿量，单位为kg/kg；
[0023]q
wind
＝ρV(h1‑
h2)/(1
‑
1/COP)
ꢀꢀ
式VII；
[0024]式中，q
wind
为乏风供热能力，单位为kW；ρ为乏风平均空气密度，单位为kg/m3；V为乏风量，单位为m3/s；h1为取热前乏风焓值，单位为kJ/kg；h2为取热后乏风焓值，单位为kJ/kg；
[0025]涌水余热模型：q
water
＝1.163l(t1‑
t2)/(1
‑
1/COP)
ꢀꢀ
式VIII；
[0026]式中，q
water
为矿井涌水供热能力，单位为kW；l为矿井涌水量，单位为m3/h；t2为矿井冬季排水最低温度，单位为℃；t1为热泵提取热量后矿井水排水温度，单位为℃；
[0027]空压机余热模型：q
ac
＝nWεη
re
ꢀꢀ
式IX；
[0028]式中，q
ac
为空压机供热能力，单位为kW；n为空压机数量，单位为台；W为空压机额定功率，单位为kW；η
re
为废热回收效率，单位为％；ε为空压机加载率，单位为％；
[0029]燃煤锅炉模型：q
coal
＝g
coal
η
coal
ꢀꢀ
式X；
[0030]式中：q
coal
为燃煤锅炉供热能力，单位为kW；η
coal
为燃煤锅炉转换效率，单位为％；g
coal
为消耗燃煤所提供的热量，单位为kW；
[0031]碳交易模型：
[0032]碳排放配额：P
i
＝k
i
G
i
ꢀꢀ
式XI；
[0033]式中，p
i
为第i种能源碳排放配额，单位为吨；k
i
为第i种能源供热基准值，单位为tCO2/GJ；
[0034]碳排放量：
[0035]式中，Z
i
为第i种能源供热系统CO2排放量，单位为吨；B
i
为第i种能源折标煤系数，单位为kg/kg或kg/m3；S
i
为能源低位发热量，单位为kcal/kg或kcal/m3；
[0036]系统碳交易成本：Y
i
＝(Z
i
‑
P
i
)x
ꢀꢀ
式XIII；
[0037]式中：Y
i
为第i种能源供热系统的碳交易成本，单位为元；x为单位碳排放交易价格，单位为元/吨；
[0038]步骤三，建立目标函数及约束条件：
[0039本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向矿区的多能互补供热系统容量配置优化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、建立矿区多能互补供热系统结构；矿区多能互补供热系统结构以地热能、太阳能、空气能、矿井余热、天然气和燃煤作为供热热源，利用电能或一次能源驱动的供热设备，经能量转化后输送热量至用户侧；步骤二、建立系统优化配置数学模型；系统能耗模型：系统供热量：式中，G
i
为供热期间第i种能源所提供的热量，单位为GJ；N为供热周期，单位为天；q
i
为第i种能源的供热能力，单位为kW；t为室内计算温度，单位为℃；t
a
为采暖期室外平均温度，单位为℃；t
o.a
为采暖期室外计算温度，单位为℃；系统能耗：式中：β
i
为第i种能源系统的综合能效比，无量纲；E
i
为第i种能源系统消耗的能量，单位为GJ；能源出力模型：地热能、空气能模型：式中，m为从地层或空气中获取的热能，单位为kW；q
dk
为地热能或空气能的供热能力，单位为kW；COP为热泵机组制热系数，无量纲；太阳能集热系统模型：式中，q
solar
为太阳能供热能力，单位为kW；f为太阳能保证率，单位为％；A为太阳能集热器面积，单位为m2；J
T
为当地集热器采光面上的年平均日太阳辐照量，单位为kJ/m2；η
cd
为集热器的年平均效率，单位为％；η
L
为水箱和管路的热损失率，单位为％；燃气锅炉模型：q
gas
＝g
gas
η
gas
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式
Ⅴ
；式中，q
gas
为燃气锅炉供热能力，单位为kW；η
gas
为燃气锅炉转换效率，单位为％；g
gas
为消耗的天然气所提供的热量，单位为kW；乏风余热模型：h＝1.0045t
air
+d(2051+1.85t
air
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式
Ⅵ
；式中，h为矿井回风比焓，单位为kJ/kg；t
air
为空气温度，单位为℃；d为含湿量，单位为kg/kg；q
wind
＝ρV(h1‑
h2)/(1
‑
1/COP)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式
Ⅶ
；式中，q
wind
为乏风供热能力，单位为kW；ρ为乏风平均空气密度，单位为kg/m3；V为乏风量，单位为m3/s；h1为取热前乏风焓值，单位为kJ/kg；h2为取热后乏风焓值，单位为kJ/kg；涌水余热模型：q
water
＝1.163l(t1‑
t2)/(1
‑
1/COP)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式
Ⅷ
；式中，q
water
为矿井涌水供热能力，单位为kW；l为矿井涌水量，单位为m3/h；t2为矿井冬季排水最低温度，单位为℃；t1为热泵提取热量后矿井水排水温度，单位为℃；
空压机余热模型：q
ac
＝nWεη
re
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式
Ⅸ
；式中，q
ac
为空压机供热能力，单位为kW；n为空压机数量，单位为台；W为空压机额定功率...

【专利技术属性】
技术研发人员：王凯鹏，韩永亮，孙玉亮，汪启龙，雷燕子，党东生，杨永健，张卫东，
申请(专利权)人：中煤科工西安研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：