近零碳區(qū)域綜合能源系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化方法技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)涉及近零碳區(qū)域綜合能源系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化方法，屬于能源系統(tǒng)運行技術(shù)領(lǐng)域，首先梳理了碳達(dá)峰與碳中和目標(biāo)對于傳統(tǒng)能源系統(tǒng)的影響，明確了采用新能源平衡多種負(fù)荷的必要性；在此基礎(chǔ)上，整理了目前全世界常用的零(低)碳能源規(guī)劃模型及其重要特點，為后續(xù)建立模型提供技術(shù)框架以及理論依據(jù)。接著建立了近零碳綜合能源系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性評估模型，能夠為給定用戶設(shè)計制定不同目標(biāo)下的近零碳綜合能源系統(tǒng)設(shè)計方案和運行方案。通過模型的計算表明，環(huán)境約束下的綜合能源系統(tǒng)能夠減少能源消費、降低能源消耗帶來的碳排放，這是綜合能源項目具有投資經(jīng)濟(jì)性的前提和基礎(chǔ)。具有投資經(jīng)濟(jì)性的前提和基礎(chǔ)。具有投資經(jīng)濟(jì)性的前提和基礎(chǔ)。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
近零碳區(qū)域綜合能源系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化方法


[0001]本專利技術(shù)屬于能源系統(tǒng)運行
，具體涉及近零碳區(qū)域綜合能源系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化方法。

技術(shù)介紹

[0002][0003]目前針對綜合能源系統(tǒng)的低碳經(jīng)濟(jì)規(guī)劃已經(jīng)有了廣泛的研究，如：從電、熱、冷、氣四個子系統(tǒng)進(jìn)行園區(qū)綜合能源系統(tǒng)建模，將這四種能源的儲能設(shè)備歸一化為統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模型。針對熱電聯(lián)供(Combined Heat and Power,CHP)“以熱定電”導(dǎo)致的棄風(fēng)及運行成本較高問題，提出基于CHP靈活熱電比的區(qū)域綜合能源系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度方法。對CHP熱電比進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)，能夠有效促進(jìn)風(fēng)電并網(wǎng)消納、降低系統(tǒng)碳排放。研究基于含電氣熱冷負(fù)荷需求的綜合能源系統(tǒng)，運用生命周期分析方法表明，在低碳權(quán)重作用大時，計及電儲能設(shè)備碳排放能夠有效降低綜合能源系統(tǒng)運行成本，同時減少碳排放總量。
[0004]然而，這些現(xiàn)有的研究并沒有很好地解決零碳能源系統(tǒng)規(guī)劃中，經(jīng)濟(jì)性和碳排放相平衡的問題。因此，現(xiàn)階段需設(shè)計近零碳區(qū)域綜合能源系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化方法，來解決以上問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

[0005]本專利技術(shù)目的在于提供近零碳區(qū)域綜合能源系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化方法，用于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，現(xiàn)有的研究并沒有很好地解決零碳能源系統(tǒng)規(guī)劃中，經(jīng)濟(jì)性和碳排放相平衡的問題。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)的技術(shù)方案是：
[0007]近零碳區(qū)域綜合能源系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化方法，包括以下步驟：
[0008]S1、對區(qū)域綜合能源系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，將區(qū)域綜合能源系統(tǒng)劃分為光伏發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)；
[0009]S2、根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)分別對應(yīng)建立光伏發(fā)電模型、風(fēng)力發(fā)電模型、能源轉(zhuǎn)化設(shè)備模型、儲能模型；
[0010]S3、考慮具體設(shè)備在供能能力上的限制，對光伏發(fā)電模型、風(fēng)力發(fā)電模型、能源轉(zhuǎn)化設(shè)備模型、儲能模型進(jìn)行優(yōu)化；
[0011]S4、對優(yōu)化后的伏發(fā)電模型、風(fēng)力發(fā)電模型、能源轉(zhuǎn)化設(shè)備模型、儲能模型進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性核算。
[0012]所述光伏發(fā)電模型如下：
[0013][0014]其中，η
overall
統(tǒng)的總轉(zhuǎn)換效率，N
k
為光伏板的面積，G
t
為t時刻的太陽輻射強(qiáng)度(W/m2)，P
STC
為標(biāo)準(zhǔn)測試條件下的光伏電池板輸出量，Gstc為標(biāo)準(zhǔn)測試條件下的光照強(qiáng)度。
[0015]所述風(fēng)力發(fā)電模型如下：
[0016][0017]其中，v
in
、v
r
和v
out
是風(fēng)力特征曲線的切入、額定和切出特征速度(m/s)；ρ為空氣密度(1.225kg/m3),A為轉(zhuǎn)子面積(m2),C
P
是風(fēng)機(jī)的風(fēng)能利用系數(shù),v
t
為真實風(fēng)速(m/s),P
r
風(fēng)力發(fā)電機(jī)額定功率(kW)。
[0018]所述能源轉(zhuǎn)化設(shè)備模型如下：
[0019][0020]其中，i,j是能量類型的索引；和表示時間點t從設(shè)備k輸入和輸出的能量；表示時間點t設(shè)備k的效率。
[0021]所述儲能模型如下：
[0022][0023][0024][0025][0026][0027]其中，δ
k，i
是第i類儲能裝置中的第k個在使用中的固定能量損失，充放電效率分別為和和和表示該裝置在時間點t的充放電功率；和表示儲能裝置k在t+1和t時刻儲存的能量；和表示儲能存儲的上下限；和分別為儲能裝置k的最大充/放電功率率；u
k，i
為二進(jìn)制(0
?
1)變量，保證充、放電過程不會同時發(fā)生；表示模型開始計算時儲能的能量等于結(jié)束的能量。
[0028]具體設(shè)備在供能能力上的限制如下：
[0029][0030][0031]其中，tech是指能源生產(chǎn)和轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)的規(guī)定；k是0
?
1變量，表示在某一時刻是否采用該設(shè)備；和表示不同設(shè)備的最大和最小規(guī)模；是設(shè)備m在hr時刻的出力；Cap
tech
是設(shè)備的最大裝機(jī)容量；是設(shè)備的最大出力。
[0032]經(jīng)濟(jì)性核算以年總成本為目標(biāo)函數(shù)、考慮碳排放最優(yōu)、或同時考慮經(jīng)濟(jì)性與碳排放的情況下最優(yōu)。
[0033]經(jīng)濟(jì)性核算以年總成本為目標(biāo)函數(shù)時：
[0034]通過最小化年總成本來獲得多能協(xié)同的分布式能源系統(tǒng)的最優(yōu)配置，如下式所示：
[0035]Min C
total
＝C
capital
+C
O&M
+c
fuel
????
(10)
[0036][0037][0038][0039]其中，Inv表示設(shè)備的單位投資成本；Y表示設(shè)備的壽命；I表示折舊率；OM表示單位運行成本；dm是指每個月的天數(shù)；Pf,hr和Pgp,hr分別表示燃料價格和網(wǎng)電價格；C
capital
表示投資成本，C
O&M
表示運行成本，C
fuel
表示燃料成本；C
aptech
表示設(shè)備單位容量，Inv
tech
表示設(shè)備單位容投資成本；Inv
es
和Cap
es
表示儲能的單位投資成本和單位設(shè)備容量；和表示燃料使用量和電力進(jìn)口量；Pf,hr和 Pgp,hr分別表示逐時的燃料價格和網(wǎng)電價格；表示能源售出量，P
bk
表示能源售出價格；MinC
total
是最小的總成本。
[0040]經(jīng)濟(jì)性核算考慮碳排放最優(yōu)時：
[0041]即年二氧化碳排放量最小，公式如下：
[0042][0043]式中:c
g
為gth類型設(shè)備能耗的等效碳排放系數(shù)；Δt為模型建模精度；Pgt表示 gth類型時間t的功率輸出；MinA
CE
表示二氧化碳最小目標(biāo)。
[0044]經(jīng)濟(jì)性核算同時考慮經(jīng)濟(jì)性與碳排放的情況下最優(yōu)時：
[0045]Min C
total
+Min A
CE
??
(15)。
[0046]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)所具有的有益效果為：
[0047]本方案其中一個有益效果在于，首先梳理了碳達(dá)峰與碳中和目標(biāo)對于傳統(tǒng)能源系統(tǒng)的影響，明確了采用新能源平衡多種負(fù)荷的必要性；在此基礎(chǔ)上，整理了目前全世界常用的零(低)碳能源規(guī)劃模型及其重要特點，為后續(xù)建立模型提供技術(shù)框架以及理論依據(jù)。接著建立了近零碳綜合能源系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性評估模型，能夠為給定用戶設(shè)計制定不同目標(biāo)下的近零碳綜合能源系統(tǒng)設(shè)計方案和運行方案。通過模型的計算表明，環(huán)境約束下的綜合能源系統(tǒng)能夠減少能源消費、降低能源消耗帶來的碳排放，這是綜合能源項目具有投資經(jīng)濟(jì)性的前提和基礎(chǔ)。在當(dāng)前能源價格和二氧化碳價格政策下，二氧化碳最優(yōu)方案所產(chǎn)生的碳排放最本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】

【技術(shù)特征摘要】
1.近零碳區(qū)域綜合能源系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟：S1、對區(qū)域綜合能源系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，將區(qū)域綜合能源系統(tǒng)劃分為光伏發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)；S2、根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)分別對應(yīng)建立光伏發(fā)電模型、風(fēng)力發(fā)電模型、能源轉(zhuǎn)化設(shè)備模型、儲能模型；S3、考慮具體設(shè)備在供能能力上的限制，對光伏發(fā)電模型、風(fēng)力發(fā)電模型、能源轉(zhuǎn)化設(shè)備模型、儲能模型進(jìn)行優(yōu)化；S4、對優(yōu)化后的伏發(fā)電模型、風(fēng)力發(fā)電模型、能源轉(zhuǎn)化設(shè)備模型、儲能模型進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性核算。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近零碳區(qū)域綜合能源系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化方法，其特征在于，所述光伏發(fā)電模型如下：其中，η
overall
統(tǒng)的總轉(zhuǎn)換效率，N
k
為光伏板的面積，G
t
為t時刻的太陽輻射強(qiáng)度(W/m2)，P
STC
為標(biāo)準(zhǔn)測試條件下的光伏電池板輸出量，Gstc為標(biāo)準(zhǔn)測試條件下的光照強(qiáng)度。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近零碳區(qū)域綜合能源系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化方法，其特征在于，所述風(fēng)力發(fā)電模型如下：其中，v
in
、v
r
和v
out
是風(fēng)力特征曲線的切入、額定和切出特征速度(m/s)；ρ為空氣密度(1.225kg/m3),A為轉(zhuǎn)子面積(m2),C
P
是風(fēng)機(jī)的風(fēng)能利用系數(shù),v
t
為真實風(fēng)速(m/s),P
r
風(fēng)力發(fā)電機(jī)額定功率(kW)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的近零碳區(qū)域綜合能源系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化方法，其特征在于，所述能源轉(zhuǎn)化設(shè)備模型如下：其中，i,j是能量類型的索引；和表示時間點t從設(shè)備k輸入和輸出的能量；表示時間點t設(shè)備k的效率。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的近零碳區(qū)域綜合能源系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化方法，其特征在于，所述儲能模型如下：儲能模型如下：儲能模型如下：儲能模型如下：
其中，δ
k，i
是第i類儲能裝置中的第k個在使用中的固定能量損失，充放電效率分別為和和和表示該裝置在時間點t的充放電功率；和表示儲能裝置k在t+1和t時刻儲存的能量；和表示儲能存儲的上下限；和分別為儲能裝置k的最大充/放電功率率；u
k，i
為二進(jìn)制(0
?
1)變量，保證充、放電過程不會同時發(fā)生；表示模型開始計算時儲能的能量等于結(jié)束的能量。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的近零碳區(qū)域綜合能源系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化方法，其特征在于，具體設(shè)備在供能能力上的限制如下：設(shè)備在供能...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：黃海榮，黃錦華，楊鵬，吳君，郭雨涵，唐人，朱維駿，何勇玲，
申請(專利權(quán))人：浙江華云電力工程設(shè)計咨詢有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：