考虑海水淡化的无废海岛多能源自治协调优化方法及装置制造方法及图纸

本申请实施例提供一种考虑海水淡化的无废海岛多能源自治协调优化方法及装置，属于海岛多能源自治技术领域。所述方法包括：建立海岛多能源系统模型；基于所述海岛多能源系统模型，对海岛多能源系统的功率分配进行建模，获得多能源能量耦合模型；基于所述多能源能量耦合模型，以海岛多能源系统的年总成本最小化和垃圾处理最大化为目标函数，建立多能源系统运行的多目标优化模型；求解所述多目标优化模型获得优化方案，以基于所述优化方案对海岛多能源系统进行优化。本申请实施例所述方法通过优化运行方案，使整个多能源系统的运行更经济，海岛垃圾处理最大化，打造真正的“无废海岛”。。。

【技术实现步骤摘要】
考虑海水淡化的无废海岛多能源自治协调优化方法及装置


[0001]本申请涉及海岛多能源自治
，具体涉及一种考虑海水淡化的无废海岛多能源自治协调优化方法、一种考虑海水淡化的无废海岛多能源自治协调优化装置、一种机器可读存储介质及一种处理器。

技术介绍

[0002]大型旅游海岛面临淡水资源匮乏、垃圾处理困难以及多种能源自治协调能力差等多层挑战，现有的淡水供给途径、垃圾处理手段与能源自治协调方式无法很好的实现未来建设能源自治型“无废海岛”的美好需求。目前大型旅游海岛众多，随着海岛旅游业的迅速发展，淡水需求量及生活垃圾产量也在逐年增加，但由于独特的地理环境导致淡水资源供给困难，且海岛土地资源有限，垃圾就地填埋方式不是长久之计，与此同时，海底电缆与高空架空线建设费用昂贵。现有技术一般采用燃气轮机、柴油发电机或蓄电池作为紧急能源备用，然而燃气轮机和柴油发电机工作时噪音大且有污染性气体排放，不适合应用于旅游海岛，而蓄电池成本又太高。
[0003]目前发展的多能源系统包括电/热/气/氢气等，淡水尚未作为多能源系统的一部分，其次，当前开发的海岛上供给居民的能源有限，不适用于大规模海岛居民的日常需要。因此存在大型旅游海岛淡水资源匮乏、垃圾处理困难以及孤立海岛多种能源自治协调能力差等问题。

技术实现思路

[0004]本申请实施例的目的是提供一种考虑海水淡化的无废海岛多能源自治协调优化方法及装置。所述方法将海水淡化作为可控负荷加入到大型旅游海岛多能源系统中，通过优化运行方案，使整个多能源系统的运行更经济，海岛垃圾处理最大化，打造真正的“无废海岛”。
[0005]为了实现上述目的，本申请第一方面提供一种考虑海水淡化的无废海岛多能源自治协调优化方法，所述方法包括：
[0006]建立海岛多能源系统模型；其中，所述海岛多能源系统模型包括：海水淡化耗能模型、垃圾热解气化供能模型、电
‑
氢能量转换与氢能存储模型、氢
‑
电能量转换模型、电
‑
热能量转换与热能存储模型；
[0007]基于所述海岛多能源系统模型，对海岛多能源系统的功率分配进行建模，获得多能源能量耦合模型；
[0008]基于所述多能源能量耦合模型，以海岛多能源系统的年总成本最小化和垃圾处理最大化为目标函数，建立多能源系统运行的多目标优化模型；
[0009]求解所述多目标优化模型获得优化方案，以基于所述优化方案对海岛多能源系统进行优化。
[0010]在本申请实施例中，按照(1)式，建立海水淡化耗能模型：
[0011][0012]式中：P
des
‑
min
(t)、P
des
‑
max
(t)分别为第t小时海水淡化负荷功率的上、下限；N
des
‑
min
(t)分别为第t小时可开启的海水淡化机组台数下限。
[0013]在本申请实施例中，按照(2)式，建立垃圾热解气化供能模型：
[0014][0015]式中，S
Q
(t)为t时段内的产气量，单位m3；V
Q
为垃圾热解装置的产气速率；t1和t2分别为垃圾热解的起止时间；P
Q
为垃圾热解装置的用电功率，单位kW；F
Q
为垃圾高热值；λ
Q
为垃圾热解气化装置的热解效率。
[0016]在本申请实施例中，按照(3)式，建立电
‑
氢能量转换与氢能存储模型：
[0017][0018]式中，H
S
(t)为t时段内的储氢量；为电解槽制氢速率；t1和t2分别为制氢的起止时间；为电解槽用电功率；H
HV
为氢气的高热值；为电解槽制氢效率。
[0019]在本申请实施例中，按照(4)式，建立氢
‑
电能量转换模型：
[0020][0021]式中，U
st
＝N1U
CELL
为N1个燃料电池串联后的输出电压；为N2个燃料电池并联后的输出电流；为氢气输入速率；F为法拉第常数，96485.33289C/mol；为氢气摩尔质量，2.02
×
10
‑
3kg/mol。
[0022]在本申请实施例中，按照(5)式，建立电
‑
热能量转换与热能存储模型：
[0023][0024]式中，P
T
(t)为电锅炉t时段内的制热功率；P
eb
(t)为t时段内的电锅炉的用电功率；λ
eb
为电锅炉的电热转换效率；H
S
(t)为t时段内的储热量；H
S
(t
‑
1)为t
‑
1时段内的储热量；α为散热损失率；Q
C
(t)为t时段内的吸热功率；β
hc
为吸热效率；H
cap
为储热容量。
[0025]在本申请实施例中，基于所述海岛多能源系统模型，对海岛多能源系统的功率分配进行建模，获得多能源能量耦合模型，包括：
[0026]根据海岛多能源系统输出矩阵、海岛多能源系统能源转换矩阵、海岛多能源系统输入矩阵，建立多能源能量耦合模型：
[0027][0028]式中，A＝(λ3η
P2G
+α1λ4η
R
)；P
out,T
表示热能输出；P
out,W
表示淡水输出；表示天然气输出；P
out,E
表示电能输出；P
out,H
表示氢气输出；λ1表示电能输入到电锅炉的分配系数、λ2表示海水淡化装置的分配系数、λ3表示电解水制氢装置的分配系数、λ4表示垃圾热解气化装置的分配系数；β1表示电解水制氢装置与垃圾热解气化装置产生的氢气总量分配给氢负荷的分配系数、β2表示电解水制氢装置与垃圾热解气化装置产生的氢气总量分配给储氢的分配系数、β3表示电解水制氢装置与垃圾热解气化装置产生的氢气总量分配给输气管道的分配系数、β4表示电解水制氢装置与垃圾热解气化装置产生的氢气总量分配给燃料电池的分配系数；η
des
表示海水淡化装置的能量转换效率、η
FC
表示燃料电池的能量转换效率、η
EB
表示蓄热式电锅炉的能量转换效率、η
R
表示垃圾热解气化装置的能量转换效率、η
P2G
电解水制氢装置的能量转换效率。
[0029]在本申请实施例中，海岛多能源系统的年总成本最小化的目标函数为：
[0030]min F
total
＝F
inv
+F
op
ꢀꢀꢀ
(7)；
[0031]式中，F
total
为年总成本；F
inv
为年投资成本；F
op...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑海水淡化的无废海岛多能源自治协调优化方法，其特征在于，所述方法包括：建立海岛多能源系统模型；其中，所述海岛多能源系统模型包括：海水淡化耗能模型、垃圾热解气化供能模型、电
‑
氢能量转换与氢能存储模型、氢
‑
电能量转换模型、电
‑
热能量转换与热能存储模型；基于所述海岛多能源系统模型，对海岛多能源系统的功率分配进行建模，获得多能源能量耦合模型；基于所述多能源能量耦合模型，以海岛多能源系统的年总成本最小化和垃圾处理最大化为目标函数，建立多能源系统运行的多目标优化模型；求解所述多目标优化模型获得优化方案，以基于所述优化方案对海岛多能源系统进行优化。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照(1)式，建立海水淡化耗能模型：式中：P
des
‑
min
(t)、P
des
‑
max
(t)分别为第t小时海水淡化负荷功率的上、下限；N
des
‑
min
(t)分别为第t小时可开启的海水淡化机组台数下限。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照(2)式，建立垃圾热解气化供能模型：式中，S
Q
(t)为t时段内的产气量，单位m3；V
Q
为垃圾热解装置的产气速率；t1和t2分别为垃圾热解的起止时间；P
Q
为垃圾热解装置的用电功率，单位kW；F
Q
为垃圾高热值；λ
Q
为垃圾热解气化装置的热解效率。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照(3)式，建立电
‑
氢能量转换与氢能存储模型：式中，H
S
(t)为t时段内的储氢量；为电解槽制氢速率；t1和t2分别为制氢的起止时间；为电解槽用电功率；H
HV
为氢气的高热值；为电解槽制氢效率。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照(4)式，建立氢
‑
电能量转换模型：
式中，U
st
＝N1U
CELL
为N1个燃料电池串联后的输出电压；为N2个燃料电池并联后的输出电流；为氢气输入速率；F为法拉第常数，96485.33289C/mol；为氢气摩尔质量，2.02
×
10
‑
3kg/mol。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照(5)式，建立电
‑
热能量转换与热能存储模型：式中，P
T
(t)为电锅炉t时段内的制热功率；P
eb
(t)为t时段内的电锅炉的用电功率；λ
eb
为电锅炉的电热转换效率；H
S
(t)为t时段内的储热量；H
S
(t
‑
1)为t
‑
1时段内的储热量；α为散热损失率；QC(t
)
为t时段内的吸热功率；β
hc
为吸热效率；H
cap
为储热容量。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述海岛多能源系统模型，对海岛多能源系统的功率分配进行建模，获得多能源能量耦合模型，包括：根据海岛多能源系统输出矩阵、海岛多能源系统能源转换矩阵、海岛多能源系统输入矩阵，建立多能源能量耦合模型：式中，A＝(λ3η
P2G
+α1λ4η
R
)；P
out,T
表示热能输出；P
out,W
表示淡水输出；表示天然气输出；P
out,E
表示电能输出；P
out,H
表示氢气输出；λ1表示电能输入到电锅炉的分配系数、λ2表示海水淡化装置的分配系数、λ3表示电解水制氢装置的分配系数、λ4表示垃圾热解气化装置的分配系数；β1表示电解水制氢装置与垃圾热解气化装置产生的氢气总量分配给氢负荷的分配系数、β2表示电解水制氢装置与垃圾热解气化装置产生的氢气总量分配给...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑晨，马东进，王铭，刘豫宁，王勃，胡洪波，王晓楠，张雷，康鑫，李勇，马铭宏，
申请(专利权)人：国家能源集团科学技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：