多源住宅式能源供给系统及能源分配经济最优策略技术方案

本发明专利技术涉及一种多源住宅式能源供给系统及能源分配经济最优策略，所述系统包括多源供能单元、变电站、储能单元、燃料电池模块、辅助单元和综合能源配置单元，利用太阳能、风能、生物质能多源可再生能源进行发电，用于用户日常用电需求；通过燃料电池热电联供的特点，为变电站提供备用电源保障，为住宅用户提供热水或供暖；考虑到在住宅区建立制氢系统存在安全隐患，造成居民产生一定负面情绪，通过利用土地资源，在该供能系统中，建设储氢装置；储氢装置主要为可抽取式储氢罐，埋于地下，通过更换储氢罐达到对氢气进行补充，消除建立制氢装置的安全问题，同时考虑到燃料电池发电成本还需要考虑到氢气储能成本，提出一个能源分配经济最优策略。优策略。优策略。

【技术实现步骤摘要】
多源住宅式能源供给系统及能源分配经济最优策略


本专利技术属于能源分配
，涉及用于住宅的能源分配，尤其是一种多源住宅式能源供给系统及能源分配经济最优策略。
技术背景
现有的居民住宅区的供能系统较为单一，一般只是结合光伏发电、风能发电以及地源热泵结合市政供电系统进行补给供电；由此可知，有效利用可再生能源供能是减少二氧化碳排放的根本途径之一。氢气是可再生能源电力的优质载体，且储氢设备与发电设备相互独立，单位储能成本随储能容量的增加不断降低，但是氢气分子量小，质量轻且易扩散，其储存和运输难，因此急需一种可以将氢能辅助的多能互补的住宅式供给系统，且将能源分配所需的经济最优的一种分配策略。通过检索未发现与本申请相关的专利文献。

技术实现思路

本专利技术的目的在于克服目前现有技术的缺陷，提供一种多源住宅式能源供给系统及能源分配经济最优策略，本专利技术能够把太阳能、地热能、风能、生物质能等可再生能源以及将氢能转变为热能、电能等多种能源产品，配合可视化控制平台，使住宅式能源供给系统既可以对内提供充足的各种能源需求，同时又可以满足备用电源保障以及能源分配经济最优。本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：一种多源住宅式能源供给系统，包括辅助单元、综合能源配置单元、变电站、储能单元、燃料电池模块以及多源供能单元，所述多源供能单元包括电交换以及热交换，电交换包括太阳能模块、风能模块以及生物质能模块，所述热交换包括地源热泵和空气源热泵；所述辅助单元为氢交换，包括储氢罐和氢气压缩机，所述储氢罐埋设在地下，所述燃料电池模块用于在辅助单元的辅助下将氢能转化为电能和热能，配合多源供能单元用于提供给住宅用户的电能需要和热力需要；且通过所述储能单元进行储存；所述综合能源配置单元用于配置统筹整个系统的电能和热能，规划住宅所需的电能与热能的分配，同时对辅助单元的氢罐内的氢含量以及安全性进行监测。而且，所述综合能源配置单元包括电网模块、热舒适模块以及余热利用模块；所述储氢罐分别与电网模块、燃料电池模块和氢气压缩机连接；所述储能单元包括储电模块以及储热模块，所述储热模块分别与余热利用模块，地源热泵，空气源热泵连接；储电模块分别与燃料电池模块和变电站链接；余热利用模块分别与热舒适式模块，太阳能模块，风能模块，生物质能模块和燃料电池模块链接；热舒适模块分别与地源热泵，空气源热泵和余热利用模块链接；燃料电池模块分别与氢气压缩机，电网模块，变电站和储电模块连接；所述热舒适模块与地源热泵和空气源热泵和余热利用模块连接。
而且，所述储氢罐采用抽取式储氢罐，包括底座、储氢承罐以及插罐，所述底座上水平安装有插罐，所述插罐内表面沿着其圆周均布间隔制有多条导槽，所述储氢承罐用于容纳氢，且其外表面设置有与导槽相适配的导轨，所述储氢承罐的一端为进出气口，在该端部同轴安装有一法兰盘，所述法兰盘通过螺栓与插罐紧固，实现密封，所述插罐的内还设置有压力传感器、湿度传感器以后温度传感器，所述压力传感器、温度传感器以及湿度传感器均与综合能源配置单元无线电联。而且，所述综合能源配置单元还包括处理器、灯以及报警单元，储氢罐内的氢使用40％以内，亮绿灯，使用40％
‑
80％时亮黄灯，使用超过80％时亮红灯，并进行报警，提示需要补充氢。而且，所述辅助单元还包括换热器、水处理模块，为燃料电池模块,余热利用模块提供水处理保障。而且，还包括数据分析中心、5G通信模块、系统安全监管模块、自动巡查系统模块和综合控制模块。一种多源住宅式能源分配经济最优策略，其特征在于：以多源供能单元和燃料电池模块的发电、制冷/热基础投资运维成本最小化为原则：L＝min∑C
i
X
i
式中，C
i
是多源供能单元和燃料电池模块的发电成本，X
i
为不同供能发电模块提供能量的占比。各模块供能发电、制冷/热的单位成本：各模块供能发电、制冷/热的单位成本：式中：I为总初投资；a为固定费率,是与设备利率、寿命、保险、管理、折旧等有关的系数；K为债务利率；R
d
为年度保险率；n为不同模块设备的使用寿命；C
OM
为运行维护费用；E
i
为不同模块输出功率；t为年发电、制冷/热时长；氢能储运成本：C
t
＝C
tq
+C
to
+C
th
+C
tm
式中：C
t
为系统中年储氢罐和氢气储运成本；C
tq
为固定设备年折旧成本；C
to
为储运年能耗成本；C
th
为年人工成本，；C
tm
为年运维成本；对于储能单元处能量作为最末等级，燃料电池模块和余热利用模块处产出的能量作为补充供能位于第二能级，多源供能单元所产出的能量位于第一能级。首先将各种能级都参与的占比计算：E
S
＝min∑S
i
C
i
+βC
R
+μC
G
Q＝∑F
i
+R+G式中，E
S
是供能成本；S
i
为各第一能级占比；β，μ分别为第二、三能级的占比；C
R
是第二能级成本，C
G
是第三能级成本；Q为电/冷/热负荷；F
i
，R，G分别为占比下不同能级的对用户的供能负荷。根据实际运行所需负荷值进行调整，对能量进行阶梯式计算，即：
第一步：第一能级第二步：第一能级+第二能级/第一能级+第三能级第三步：第一能级+第二能级+第三能级通过不同能量经济成本的计算，选择最优的分配组合；对于电网模块和热舒适模块均采用经济性最高原则进行分配,所述住宅区经济调度目标函数的公式为：式中，为日前售电价格，为实时售电价格，为实时购电价格(可能存在极端天气不能满足用户需求的情况),为一级能发电原料价格；ρ
β
为该事件β发生的概率；分别为日前售电功率、实时售电功率、实时购电功率、日前购氢量、实时购氢量、发电原料对应的发电功率。此处计算结果为实际收益，最终净收益需要减去基础投资、运维成本；关于燃料电池部分：P
FC,t,β
＝η
FC
H
FC,t,β
H
FC,t,β
和P
FC,t,β
分别为燃料电池输入的氢气质量和输出的电功率；所述氢电设备模型的转化约束条件：H
FC,min
≤H
FC,t,β
≤H
FC,max
式中，HF
C，max
、HF
C，min
分别为燃料电池的氢气输入量最大值、燃料电池的氢气输入量最小值；氢气是通过储氢罐提供，关于储氢罐更换需要提前并保持氢气不断能。储氢罐使用时间T
s
为：式中，H
ac
为储氢罐容量。对于储氢罐更换同样采用经济调度原则，即或C
H,β
，C
CU,β<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多源住宅式能源供给系统，其特征在于：包括辅助单元、综合能源配置单元、变电站、储能单元、燃料电池模块以及多源供能单元，所述多源供能单元包括电交换以及热交换，电交换包括太阳能模块、风能模块以及生物质能模块，所述热交换包括地源热泵和空气源热泵；所述辅助单元为氢交换，包括储氢罐和氢气压缩机，所述储氢罐埋设在地下，所述燃料电池模块用于在辅助单元的辅助下将氢能转化为电能和热能，配合多源供能单元用于提供给住宅用户的电能需要和热力需要；且通过所述储能单元进行储存；所述综合能源配置单元用于配置统筹整个系统的电能和热能，规划住宅所需的电能与热能的分配，同时对辅助单元的氢罐内的氢含量以及安全性进行监测。2.根据权利要求1所述的多源住宅式能源供给系统，其特征在于：所述综合能源配置单元包括电网模块、热舒适模块以及余热利用模块；所述储氢罐分别与电网模块、燃料电池模块和氢气压缩机连接；所述储能单元包括储电模块以及储热模块，所述储热模块分别与余热利用模块，地源热泵，空气源热泵连接；储电模块分别与燃料电池模块和变电站链接；余热利用模块分别与热舒适式模块，太阳能模块，风能模块，生物质能模块和燃料电池模块链接；热舒适模块分别与地源热泵，空气源热泵和余热利用模块链接；燃料电池模块分别与氢气压缩机，电网模块，变电站和储电模块连接；所述热舒适模块与地源热泵和空气源热泵和余热利用模块连接。3.根据权利要求1所述的多源住宅式能源供给系统，其特征在于：所述储氢罐采用抽取式储氢罐，包括底座、储氢承罐以及插罐，所述底座上水平安装有插罐，所述插罐内表面沿着其圆周均布间隔制有多条导槽，所述储氢承罐用于容纳氢，且其外表面设置有与导槽相适配的导轨，所述储氢承罐的一端为进出气口，在该端部同轴安装有一法兰盘，所述法兰盘通过螺栓与插罐紧固，实现密封，所述插罐的内还设置有压力传感器、湿度传感器以后温度传感器，所述压力传感器、温度传感器以及湿度传感器均与综合能源配置单元无线电联。4.根据权利要求1所述的多源住宅式能源供给系统，其特征在于：所述综合能源配置单元还包括处理器、灯以及报警单元，储氢罐内的氢使用40％以内，亮绿灯，使用40％
‑
80％时亮黄灯，使用超过80％时亮红灯，并进行报警，提示需要补充氢。5.根据权利要求1所述的多源住宅式能源供给系统，其特征在于：所述辅助单元还包括换热器、水处理模块，为燃料电池模块,余热利用模块提供水处理保障。6.根据权利要求1所述的多源住宅式能源供给系统，其特征在于：还包括数据分析中心、5G通信模块、系统安全监管模块、自动巡查系统模块和综合控制模块。7.一种多源住宅式能源分配经济最优策略，其特征在于：以多源供能单元和燃料电池模块的发电、制冷/热基础投资运维成本最小化为原则：L＝min∑C
i
X
i
式中，C
i
是多源供能单元和燃料电池模块的发电成本，X
i
为不同供能发电模块提供能量的占比。各模块供能发电、制冷/热的单位成本：各模块供能发电、制冷/热的单位成本：
式中：I为总初投资；a为固定费率,是与设备利率、寿命、保险、管理、折旧等有关的系数；K为债务利率；R
d
为年度保险率；n为不同模块设备的使用寿命；C
OM
为运行维护费用；E
i
为不同模块输出功率；t为年发电、制冷/热时长；氢能储运成本：C
t
＝C
tq
+C
to
+C
th
+C
...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵通，王馨甜，朱俊达，彭梦博，冒惠敏，季若鱼，石逸涵，
申请(专利权)人：苏州睿德天芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：