一种基于能量价值的多能协同园区能源利用效率控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于能量价值的多能协同园区能源利用效率控制方法，包括：根据待评价园区中配置额能量生产、转化利用的环节构建园区系统能流图，将各设备运行转化效率统一于能流图中转化参数；构建MEP能流图，包含燃气、电力、光伏、风机等输入，以及CCHP系统、燃气锅炉、电热泵、电制冷机，将不同转化效率加权平均为能流图中唯一转化参数；引入能量价值参数修正具有不同能量价值的电、热、冷，结合用户的电、热、冷需求、各设备在[0,T]时段的运行参数、天然气和电能的能质系数，构建能效综合指标；根据蒸汽中蕴含能量及价值的追踪获取三联供系统能量价值参数；根据热力学完善度计算热泵和其他设备的能量价值参数，并综合上述各设备能量价值参数得到园区的能量价值参数。

An Energy Value-Based Energy Utilization Efficiency Control Method for Multi-Energy Cooperative Park

【技术实现步骤摘要】
一种基于能量价值的多能协同园区能源利用效率控制方法
本专利技术涉及微型能源网领域，尤其涉及一种基于能量价值的多能协同园区能源利用效率控制方法。
技术介绍
多能协同园区(Muti-EnergyPark,MEP)系统主要包含燃气、太阳能、风能、电能、地热能等多种能源输入，是集能源的“生产-转化-存储-利用-回收”于一体的有机整体，具有多能耦合特性。MEP内各能源环节之间可实现相互协调、相互影响，是实现多能协同和能量梯级利用的重要形式[1]。在我国，随着“互联网+”智慧能源发展策略的推进，MEP得到快速发展。2018年，我国能源局公布的55项智慧能源(能源互联网)示范项目，涉及MEP的示范工程高达23项[2]。能源利用效率(以下简称能效)反映了能源消耗水平和利用效果，是能源有效利用程度的综合指标。世界能源委员会对能效的定义为“减少提供同等能源服务的能源投入”[3]。文献[4]认为提高能效与节能具有相同的内涵。能效是MEP建设的核心理念之一[5]。然而，MEP不同能源及转换装备组成复杂，考虑单一设备或某一特定能源转换环节的能源利用情况都无法反应MEP整体综合能源利用水平。MEP能效需从系统层面进行整体评价。国内外对MEP能效评估的研究主要基于热力学第一定律和热力学第二定律[6]。热力学第一定律即能量守恒定律[7]。热力学第二定律表示热能中只有一部分可以转化为有用功。基于热力学第二定律的能效指标：效率[8]，考虑了能量的质量，在评价设备能效时得到了较为广泛的应用。虽然热力学对单一能源有比较成熟的评价指标，但不同能源系统能效评价方法存在差异。同时，MEP存在不同能源输入、转换设备及冷热电多元用能需求。如何构建面向MEP的统一评价指标，有待进一步深入研究。文献[9]引入能质系数的概念，建立能质系数与能量质量之间的关系，为能量品质的统一提供了借鉴思路，但该方法未充分考虑设备内能量品位的连续变化，仍有优化的空间；文献[10]基于能量品位，对能量进行了梯度排序，实现CCHP系统产能成本的合理分摊；文献[11]从热力学角度建立了CCHP系统单位经济成本与能质系数的函数关系，本方法将其推广至园区能效系统评价。1)一次能源利用效率一次能源利用效率是指一个体系(国家、地区、企业或单项耗能设备等)有效利用的能量与实际消耗一次能源的比率[12]。一次能源利用效率的计算式如式(1)，具有简单直观方便求取的优点。式中，Qoe,Qoh,Qoc分别为输出的电、热、冷能；Qigas,Qisun,Qiwin,Qother分别表示输入系统的天然气、太阳能、风能和其他一次能源。利用一次能源利用效率评价MEP时，由于热泵、电制冷机等能效比(COP)超过1的设备的广泛应用，使得“效率”评估必须考虑空气中热能等能量的输入。导致产品能量总量大于成本，与园区内其他设备效率失去可加性[13]。由此导致该指标在MEP综合能源利用评价过程中欠缺一定客观性。2)效率为了改进一次能源利用效率，文献[8]和[9]引入的概念，以满足不同种类能量的可加性。是描述能量转化为功的能力的物理量，表示工质最大做功能力，效率是连接能量的质量与数量的桥梁[8]。效率定义为额定工况下，系统输出与输入燃料之比，可由(2)式计算。式中，分子表示输出系统的总量，其中WnetE,分别表示输出电能、热能和冷能；ε1,ε2表示热、冷能的转化系数；分母表示输入系统的总量；Ef表示输入燃料能量；ε0表示燃料的转化系数。3)其它能效指标文献[13]建立了MEP多能流图，探讨了影响MEP能效的因素。该指标将系统输入能量统一为标准煤，给出了能效量纲的统一表达式。效率指标定义为系统向用户供能与系统输入能量之比，可以通过(3)式计算。式中D′h,D′c,D′e,0表示热冷电的用户需求；Xc,Xh,Xe,0表示传输的能量损耗；Fiθf,Eiθe分别为输入天然气和电能的折算标煤值。该指标仅对输入系统的能量进行了标煤化处理，并未对输出侧不同品位能量做处理。文献[14]提出了可反映园区能源利用水平的MEP综合评价指标。该指标引入了能源不可再生系数，将外购电依渗透率折算为一次能源。该指标由式(4)给出。式中,PL,T,CL,T,QL,T分别表示系统输出的电、冷、热能；Egrid,T,Eother,T分别为电网购电折算的燃料量和非电输入折算的燃料量。该能效指标评价了MEP可再生能源的消纳率及不可再生能源利用水平，侧重能量的来源追溯。可更深入考虑能量使用时的差异性。传统能效评价指标，一次能源利用效率未考虑能量差异性，效率没有充分考虑能量用途，反映MEP能效都不够全面，具有一定局限性。参考文献：[1]贾宏杰,王丹,徐宪东,余晓丹.区域综合能源系统若干问题研究[J].电力系统自动化,2015,39(07):198-207.[2]国家发展改革委国家能源局关于推进多能互补集成优化示范工程建设的实施意见.发改能源[2016]1430号[3]孙宏斌,郭庆来,潘昭光,王剑辉.能源互联网:驱动力、评述与展望[J].电网技术,2015,39(11):3005-3013.[4]王庆一,能源效率及相关政策和技术[J],应用能源技术,2002(6):1-8[5]吴建中.欧洲综合能源系统发展的驱动与现状[J].电力系统自动化,2016,40(05):1-7.[6]E.Grieco,A.Poggio.Simulationoftheinfluenceoffluegascleaningsystemontheenergeticefficiencyofawaste-to-energyplant[J].AppliedEnergy,2008,86(9).[7]王新葵,陶胜洋,王旭珍.关于热力学三大定律的讨论[J].化工高等教育,2017,34(01):75-77.[8]郭艳飞,吴强,程林,黄河,高松.基于效率的综合能源系统能效分析模型[J].可再生能源,2017,35(09):1387-1394.[9]杨俊,谢诞梅.按能级分摊产品火用成本的方法[J].武汉水利电力大学学报,1999(01):107-109.[10]亓海青,韩巍,张娜,王泽峰.基于能的品位概念的火用经济分析方法及其案例分析[J].中国电机工程学报,2016,36(12):3223-3231.[11]于淑梅,白兰,董琪.联合循环电厂热经济学分析方法的改进[J].热力透平,2008(02):90-93.[12]白学祥,曾鸣,李源非,隆竹寒.区域能源供给网络热电协同规划模型与算法[J].电力系统保护与控制,2017,45(05):65-72.[13]黄子硕,于航,彭震伟.多能互补分布式能源系统的能效水平及其影响因素[J].暖通空调,2017,47(04):23-28.[14]薛屹洵,郭庆来,孙宏斌,沈欣炜,汤磊.面向多能协同园区的能源综合利用率指标[J].电力自动化设备,2017,37(06):117-123.
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于能量价值的多能协同园区能源利用效率控制方法，本专利技术通过分析不同能量的可用价值，结合品位和能量价值相关研究，引入能量价值参数完成MEP中多种输入输出能量的统一，进而建立了基于能量价值的MEP能效指标，详见下文描述：一种基于能量价值的多能协同园区能源利用效率控制方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于能量价值的多能协同园区能源利用效率控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：第一步：根据待评价园区中配置额能量生产、转化利用的环节构建园区系统能流图，将各设备运行转化效率统一于能流图中转化参数；构建MEP能流图，包含燃气、电力、光伏、风机多种能源输入，以及CCHP系统、燃气锅炉、电热泵、电制冷机，将不同转化效率加权平均为能流图中唯一转化参数；第二步：引入能量价值参数修正具有不同能量价值的电、热、冷，结合用户的电、热、冷需求、各设备在[0,T]时段的运行参数、天然气和电能的能质系数，构建能效综合指标ηt；第三步：根据蒸汽中蕴含能量及价值的追踪获取三联供系统能量价值参数；根据热力学完善度计算热泵和其他设备的能量价值参数，并综合上述各设备能量价值参数得到园区的能量价值参数。

【技术特征摘要】
1.一种基于能量价值的多能协同园区能源利用效率控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：第一步：根据待评价园区中配置额能量生产、转化利用的环节构建园区系统能流图，将各设备运行转化效率统一于能流图中转化参数；构建MEP能流图，包含燃气、电力、光伏、风机多种能源输入，以及CCHP系统、燃气锅炉、电热泵、电制冷机，将不同转化效率加权平均为能流图中唯一转化参数；第二步：引入能量价值参数修正具有不同能量价值的电、热、冷，结合用户的电、热、冷需求、各设备在[0,T]时段的运行参数、天然气和电能的能质系数，构建能效综合指标ηt；第三步：根据蒸汽中蕴含能...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆云飞，吴京锴，贾宏杰，徐晶，徐科，宋毅，原凯，王世举，李娟，
申请(专利权)人：天津大学，国网天津市电力公司，国网经济技术研究院有限公司，国网能源研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12