基于能量流—碳流一体化建模的综合能源系统规划方法技术方案

本发明专利技术涉及基于能量流—碳流一体化建模的综合能源系统规划方法，包括以下步骤：步骤一：建立基于能量枢纽标准化建模的能量流模型；步骤二：建立基于能量枢纽标准化建模的碳排放流模型；步骤三：建立兼顾经济性和综合能源系统年总碳排放的综合能源系统规划模型，本发明专利技术可有效分析各类能源的能量流和碳排放流的互动特性，并可更为精确的计算各个能源设备和整个综合能源系统的碳排放。规划方法中同时兼顾经济性和年总碳排放可对能源设备的选型及容量规划进行调整，能够更准确的分析能源生产消费者对综合能源系统碳排放的影响。产消费者对综合能源系统碳排放的影响。产消费者对综合能源系统碳排放的影响。

【技术实现步骤摘要】
基于能量流
—
碳流一体化建模的综合能源系统规划方法


[0001]本专利技术涉及基于能量流—碳流一体化建模的综合能源系统规划方法，属于园区综合能源系统规划


技术介绍

[0002]综合能源系统是能源行业低碳减排的重要角色，具有多能互补的优势，可有效提高能源的综合利用水平。综合能源系统的规划具有“碳锁定”效应，规划结果将长期影响特定区域的碳排放。在综合能源系统建模方面，现有的研究主要集中于能量流的建模，较少对能量流和碳排放流进行一体化建模。而在综合能源系统规划方面，现有的研究主要考虑能源设备确定情况下的容量配置，较少考虑能源设备的随机选型对规划结果的影响。此外，能源生产消费者的大量出现对传统的基于能源消费者视角的碳排放流计算方法提出了新的挑战。

技术实现思路

[0003]为了克服现有研究的不足，分析了标准化建模下的园区综合能源系统能量流与碳排放流的互动特性，考虑能源设备未知情况下的综合能源系统能源设备选择和容量规划问题，并考虑碳排放约束下的综合能源系统运行优化问题，提出一种基于能量流—碳流一体化建模的综合能源系统规划方法。
[0004]基于能量流—碳流一体化建模的综合能源系统规划方法，包括以下步骤：
[0005]步骤一：建立基于能量枢纽标准化建模的能量流模型；
[0006]步骤二：建立基于能量枢纽标准化建模的碳排放流模型；
[0007]步骤三：建立兼顾经济性和综合能源系统年总碳排放的综合能源系统规划模型。
[0008]所述步骤一具体包括：<br/>[0009]为了描述能量枢纽的拓扑分层结构，引入一个m
×
n维的元件安装矩阵X
m
×
n
：
[0010][0011]其中，m表示能量枢纽的层数，n表示能源设备总数，x
mn
表示能量枢纽第m层设备n的安装状态，x
mn
＝1表示设备n安装在第m层，x
mn
＝0表示能量枢纽第m层不存在设备n；
[0012]对于每个时刻和每种能量形式，引入两组m
×
n维矩阵描述系统元件的输入输出功率：
[0013][0014]其中，和分别表示t时段能量枢纽第m层设备n关于能量形式γ(e＝电，g
＝气，h＝热，c＝冷)的输入功率和输出功率。
[0015]所述步骤二具体包括：
[0016]能量转换设备的碳排放流存在如下所述的守恒定律：输入端口的总碳流率等于输出端口的总碳流率，对于能量转换设备，其碳排放流守恒表达式如下：
[0017][0018]其中，和分别表示能量转换设备I关于能源形式γ1的输入输出端口碳密度(PCI)；和表示能量转换设备I关于能源形式γ2的输入功率和输出功率；
[0019]对于占位连接元件，其碳排放流守恒表达式如下：
[0020][0021]其中，和分别表示能量转换设备I关于能源形式γ的输入输出端口碳密度；和表示能量转换设备I关于能源形式γ的输入功率和输出功率。
[0022]对于一个包含储能系统和可再生能源设备的综合能源系统，其碳排放流的计算方法如下：
[0023]无动作：此时碳排放流为0。
[0024]充放电：此时储能设备内的贮碳量如下：
[0025][0026]其中，为t时刻第i个储能设备内的贮碳量，为t时刻第i个储能设备内的碳浓度，为t
‑
1时刻第i个储能设备内的剩余能量，为t时刻第i个储能设备的输入功率，为t时刻第i个储能设备的输出功率，e
j,t
为储能设备充电时的平均碳流密度，为t时刻第i个储能设备内的平均碳流密度，Δt为采样时间间隔，取1h。
[0027]所述步骤三具体包括：
[0028]综合能源系统规划的目标函数包括等年值投资成本和年运行成本；
[0029]F＝min(C
inv
+C
ope
)
[0030]其中，C
inv
为等年值投资费用，C
ope
为综合能源系统的年运行费用；
[0031]综合能源系统年总碳排放的约束如下：
[0032][0033]其中，为最后一层第n设备对应于能源形式γ的输出端口碳排放强度，为最后一层设备n在t时刻对应于能源形式γ的能量输出，M为一个常数。
[0034]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0035]本专利技术可有效分析各类能源的能量流和碳排放流的互动特性，并可更为精确的计算各个能源设备和整个综合能源系统的碳排放。规划方法中同时兼顾经济性和年总碳排放可对能源设备的选型及容量规划进行调整，能够更准确的分析能源生产消费者对综合能源
系统碳排放的影响。
附图说明
[0036]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0037]图1为本专利技术基于能量流—碳流一体化建模的综合能源系统规划方法的整体架构图；
[0038]图2为本专利技术兼顾经济性和综合能源系统年总碳排放的综合能源系统优化规划方法示意图；
[0039]图3为本专利技术场景2下的规划结果示意图；
[0040]图4为本专利技术场景1下的能量流与碳流计算结果图；
[0041]图5为本专利技术场景2下的能量流与碳流计算结果图；
[0042]图6为本专利技术场景3下的能量流与碳流计算结果图；
[0043]图7为本专利技术场景4下的能量流与碳流计算结果图。
具体实施方式
[0044]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0045]一种基于能量流—碳流一体化建模的综合能源系统规划方法的具体步骤如下：
[0046]步骤一：建立基于能量枢纽标准化建模的能量流模型；
[0047]步骤二：建立基于能量枢纽标准化建模的碳排放流模型；
[0048]步骤三：建立兼顾经济性和综合能源系统年总碳排放的综合能源系统规划模型。
[0049]所述步骤一具体包括：
[0050]为了描述能量枢纽的拓扑分层结构，引入一个m
×
n维的元件安装矩阵X
m
×
n
：
[0051][0052]其中，m表示能量枢纽的层数，n表示能源设备总数，x
mn
表示能量枢纽第m层设备n的安装状态，x
mn
＝1表示设备n安装在第m层，x
mn
＝0表示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于能量流—碳流一体化建模的综合能源系统规划方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：建立基于能量枢纽标准化建模的能量流模型；步骤二：建立基于能量枢纽标准化建模的碳排放流模型；步骤三：建立兼顾经济性和综合能源系统年总碳排放的综合能源系统规划模型。2.根据权利要求1所述的基于能量流—碳流一体化建模的综合能源系统规划方法，其特征在于：所述步骤一具体包括：描述能量枢纽的拓扑分层结构，引入一个m
×
n维的元件安装矩阵X
m
×
n
：其中，m表示能量枢纽的层数，n表示能源设备总数，x
mn
表示能量枢纽第m层设备n的安装状态，x
mn
＝1表示设备n安装在第m层，x
mn
＝0表示能量枢纽第m层不存在设备n；对于每个时刻和每种能量形式，引入两组m
×
n维矩阵描述系统元件的输入输出功率：其中，和分别表示t时段能量枢纽第m层设备n关于能量形式γ(e＝电，g＝气，h＝热，c＝冷)的输入功率和输出功率。3.根据权利要求1所述的基于能量流—碳流一体化建模的综合能源系统规...

【专利技术属性】
技术研发人员：张帆，陈超凡，邓超，董伟，卢炜，郁丹琪，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司杭州市钱塘区供电公司，
类型：发明
国别省市：