CN105512961A - 一种分布式能源供应方法及供应系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种分布式能源供应方法及供应系统,涉及分布式能源技术领域,为解决传统的分布式能源不能够满足用户端对能源的品位需求,导致能源没有被合理的利用而出现能源损失的现象。所述分布式能源供应方法包括:获得用户端所需要的能源的负荷参数集和品位参数集,从而得到分布式能源站的能源输出参数集;构建分布式能源站的有用能模型,并计算得到能源输入参数集,以及各个单元设备对应的运行参数集;再根据运行参数集对应调节各个单元设备,通过能源输入参数集控制分布式能源站向用户端输出能源。本发明提供的分布式能源供应方法用于优化用户端的能源配置。
Description
技术领域
本发明涉及分布式能源技术领域,尤其涉及一种分布式能源供应方法及供应系统。
背景技术
分布式能源是指分布在用户端的能源综合利用系统,这种能源综合利用系统能够将用户端对多种能源的需求,以及多种能源的配置状况进行系统整合优化,以使能源在被利用的过程中,具有损耗小、污染少、运行灵活等特点。
传统的分布式能源在能源供应过程中,对用户端的用能需求的评价指标主要是热效率。它是以热力学第一定律为依据,建立在能量平衡基础上的。它仅仅反映了能量之间的数量关系,而对能量传递过程,比如能量转移和转换过程中能的质量变化,即品位高低却未能加以考虑。而实际上满足了用户端对能源的量的需求,并不代表用户端所使用的能源具有较合适的品位,而当能源的品位较高或较低时,均说明能源的损失较大,能源的利用不合理;因此,传统的分布式能源还不能够满足用户端对能源的品位需求,容易导致能源没有被合理的利用而出现能源损失的现象。
发明内容
本发明的目的在于提供一种分布式能源供应方法及供应系统,用于解决传统的分布式能源不能够满足用户端对能源的品位需求,导致能源没有被合理的利用而出现能源损失的现象。
为了实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种分布式能源供应方法,所述分布式能源供应方法包括以下步骤:
步骤101,分析用户端的用能负荷,得到用户端所需要的能源的负荷参数集M;
步骤102,根据用户端的环境温度得到用户端所需要的能源的品位参数集A;
步骤103,根据所述负荷参数集M和所述品位参数集A,得到分布式能源站的能源输出参数集Exout;
步骤104,根据所述分布式能源站的有用能模型和所述能源输出参数集Exout,得到所述分布式能源站的能源输入参数集Exin,以及所述分布式能源站中的各个单元设备对应的运行参数集X;
步骤105,根据所述运行参数集X对应调节各个所述单元设备,通过所述能源输入参数集Exin控制所述分布式能源站向用户端输出能源。
本发明还提供一种分布式能源供应系统,用于实施上述分布式能源供应方法。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
本发明提供的分布式能源供应方法中,能够根据用户端的用能负荷得到用户端所需要的能源的负荷参数集M,并能够根据用户端的环境温度对应得到用户端所需要的能源的品位参数集A,从而得知分布式能源站需要提供给用户端的能源输出参数集Exout,即Exout={exout(A,M)};通过构建分布式能源站的有用能模型,即得到Exout=F(Exin,X)的函数关系,根据获得的能源输出参数集Exout,就能够对应得到分布式能源站的能源输入参数集Exin,以及分布式能源站中的各个单元设备对应的运行参数集X;由于能源输入参数集Exin和运行参数集X是根据分布式能源站的有用能模型的函数关系,并以能源输出参数集Exout为约束条件得到的,因此,根据得到的运行参数集X对应调节各个单元设备,在对分布式能源站输入能源输入参数集Exin,就能够使分布式能源站对应输出用户端需要的能源输出参数集Exout,即满足了用户端对能源的负荷需求以及用户端对能源的品位需求,很好的实现了将用户端对能源的负荷需求与能源的品位需求相匹配,将能源合理的利用,避免了能源的损失。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本发明的一部分,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为本发明实施例提供的分布式能源供应方法第一流程图;
图2为本发明实施例提供的分布式能源供应方法第二流程图;
图3为本发明实施例提供的构建分布式能源站的有用能模型的流程图;
图4为本发明实施例提供的构建单元设备的有用能模型的流程图;
图5为本发明实施例提供的获得能源输入参数集和运行参数集的流程图;
图6为本发明实施例提供的分布式能源站的示意图。
附图标记:
1-发电机,2-内燃机,
3-换热器,4-余热补燃装置,
5-双效吸收式制冷机,6-用户端,
7-光伏发电机。
具体实施方式
为了进一步说明本发明实施例提供的分布式能源供应方法及供应系统,下面结合说明书附图进行详细描述。
请参阅图1和图2,本发明实施例提供的分布式能源供应方法包括以下步骤:
步骤101,分析用户端的用能负荷,得到用户端所需要的能源的负荷参数集M;可以根据历史的经验数据来得到负荷参数集M、或通过预测得到负荷参数集,但不仅限于此。
步骤102,根据用户端的环境温度得到用户端所需要的能源的品位参数集A;具体的,根据需要的能源的种类,测得对应的环境温度,将环境温度带入现有的计算公式中获得对应的能源的品位参数集A。
步骤103,根据负荷参数集M和品位参数集A,得到分布式能源站的能源输出参数集Exout;更详细的说,将步骤102中对应的负荷参数集M和品位参数集A列成向量形式的能源输出参数Exout,即Exout={exout(A,M)}。
步骤104,根据分布式能源站的有用能模型和能源输出参数集Exout,得到分布式能源站的能源输入参数集Exin,以及分布式能源站中的各个单元设备对应的运行参数集X;进一步的说,构建分布式能源站的有用能模型,使分布式能源站的有用能模型能够准确反映分布式能源站的实际物理系统,且分布式能源站的有用能模型满足Exout=F(Exin,X)的函数关系;根据这个函数关系和已知的能源输出参数集Exout,能够得到分布式能源站的能源输入参数集Exin,以及分布式能源站中的各个单元设备对应的运行参数集X。
步骤105,根据运行参数集X对应调节各个单元设备,通过能源输入参数集Exin控制分布式能源站向用户端输出能源。具体的,根据得到的运行参数集X将各个单元设备调节成需要的工况,例如,对于燃气轮机设备来说,通过调节其进气口流量、进气口压力、负荷率等,以使其达到需要的工况,再通过向分布式能源站输入得到的能源输入参数集Exin,使分布式能源站向用户端输出能源输出参数集Exout。
本发明实施例提供的分布式能源供应方法中,能够根据用户端的用能负荷得到用户端所需要的能源的负荷参数集M,并能够根据用户端的环境温度对应得到用户端所需要的能源的品位参数集A,从而得知分布式能源站需要提供给用户端的能源输出参数集Exout,即Exout={exout(A,M)};通过构建分布式能源站的有用能模型,即得到Exout=F(Exin,X)的函数关系,根据获得的能源输出参数集Exout,就能够对应得到分布式能源站的能源输入参数集Exin,以及分布式能源站中的各个单元设备对应的运行参数集X;由于能源输入参数集Exin和运行参数集X是根据分布式能源站的有用能模型的函数关系,并以能源输出参数集Exout为约束条件得到的,因此,根据得到的运行参数集X对应调节各个单元设备,在对分布式能源站输入能源输入参数集Exin,就能够使分布式能源站对应输出用户端需要的能源输出参数集Exout,即满足了用户端对能源的负荷需求以及用户端对能源的品位需求,很好的实现了将用户端对能源的负荷需求与能源的品位相匹配,将能源合理的利用,避免了能源的损失。
在上述步骤104中,构建分布式能源站的有用能模型的方法有很多种,下面给出一种具体的方法,以对分布式能源站的构建过程进行说明。
请参阅图3,分布式能源站的有用能模型的构建方法为:
步骤201:构建各个单元设备的有用能模型,将各个单元设备的有用能模型按照分布式能源站的实际物理系统连接结构进行连接;具体的,分布式能源站在实际使用过程中,为了适应不同应用环境的需要,其所对应的实际物理系统连接结构不相同;将各个单元设备的有用能模型按照所需要的分布式能源站的实际物理系统连接结构进行连接,使得各个单元设备的有用能模型在连接后能够准确反映出整个分布式能源站的实际物理系统。
步骤202:根据分布式能源站的物理流程(物理连接关系以及能量流动方向),构建能源输入参数集Exin和能源输出参数集Exout的有用能流程,使得根据能源输入参数集Exin能够对应得到能源输出参数集Exout。更详细的说,根据分布式能源站的实际物理流程,构建出整个分布式能源站的有用能流程(有用能即为室温下最大的做功能力),使得当向分布式能源站输入能源输入参数集Exin时,能够使分布式能源站输出用户端所需要的能源输出参数集Exout。
请参阅图4,上述步骤201中所提的构建各个单元设备的有用能模型的具体步骤为:
步骤301:根据各个单元设备的类型,构建与各个单元设备一一对应的各个子模型;进一步的说,根据各个单元设备的不同类型,通过机理建模、数值模型或调用现有的模型库构建与各个单元设备一一对应的各个子模型;需要说明的是,在构建子模型的过程中,不仅限于上述几种方式,还可以通过调用现有的软件内部的模型,来进行子模型的构建。
步骤302:对各个子模型进行条件约束和参数修正,得到各个单元设备的有用能模型,使得在确定的运行参数集X和能源输入参数集Exin下,根据各个单元设备的有用能模型,能够对应得到各个单元设备的能源输出;具体的,由于在步骤301中,通过各种方式构建的各个单元设备的子模型还不能够准确的反映出各个单元设备的实际物理系统,因此,还需要对构建出的子模型进行条件约束和参数修正,以使得到的各个单元设备的有用能模型能够更接近各个单元设备的实际物理系统,从而更准确的反映出各个单元设备的工况。而所进行的条件约束包括各个单元设备的最低负荷约束和最高负荷约束,以及输送能源的管道的输送能力约束等;所进行的参数修正指的是各个单元设备的有用能模型所描述的性能(功率曲线,性能系数曲线等随参数变化的特性曲线)与各个单元设备的实际物理系统存在偏差的时,对各个单元设备的有用能模型的参数进行修正,以使各个单元设备的有用能模型能够更接近各个单元设备的实际物理系统;最终得到的各个单元设备的有用能模型,需满足在确定的运行参数集X和能源输入参数集Exin下,能够对应得到各个单元设备的能源输出。
上述实施例提供的分布式能源站包括多个不同类型的单元设备,下面以一个单元设备k(燃气轮机)为例,对其所确定的具体有用能模型进行说明。单元设备k存在可控的运行参数集Xk,即Xk={xi}k,其中xi为单元设备k的一系列可控的运行参数;单元设备k输出的有用能流(Exout-k={eout-i(A,M)}k)随着运行参数集Xk,以及单元设备k输入的有用能流(Exin-k={ein-i(A,M)}k)的变化特性符合单元设备k的有用能模型对应的函数关系Exout-k=f(Exin-k,Xk)。
请参阅图5,由于分布式能源站的能源输入包括一次能源和可再生能源,即分布式能源站的能源输入参数集Exin包括一次能源输入参数集Elin和可再生能源输入参数集Erin,Exin={Elin,Erin};由于一次能源为不可再生的能源,且其在使用的过程中,对环境的污染较为严重,因此,在为分布式能源站供应能源时,应充分利用可再生能源,尽量避免一次能源的使用;这样在确定能源输入参数集Exin时就需要得到最低一次能源输入参数集Elin,以及与最低一次能源输入参数集Elin对应的运行参数集X;下面给出在步骤104中,确定能源输入参数集Exin和运行参数集X的具体步骤:
步骤401:测定可再生能源的输入,得到可再生能源输入参数集Erin;具体的,由于需要得到最低一次能源输入参数集Elin,在为分布式能源站供应能源时,应尽可能提供可再生能源,而所能够提供的可再生能源是能够根据实际情况进行测定的;因此,可以通过测定可再生能源的输入,并将可再生能源输入参数集Erin作为已知的限定条件。
步骤402:通过分布式能源站的有用能模型和优化算法,得到满足用户端需要的最低一次能源输入参数集Elin,以及与最低一次能源输入参数集Elin对应的运行参数集X;更详细的说,根据分布式能源站的有用能模型对应的函数关系Exout=F(Exin,X),将一次能源输入参数集Elin作为目标函数,运行参数集X作为自变量的集合,根据步骤103中得到的能源输出参数集Exout,以及步骤401中得到的可再生能源输入参数集Erin,通过粒子群算法得到满足用户端使用的最低一次能源输入参数集Elin,以及与最低一次能源输入参数集Elin对应的运行参数集X;得到的最低一次能源输入参数集Elin能够用来调节一次能源的输入。需要说明的是,得到满足用户端使用的最低一次能源输入参数集Elin,以及与最低一次能源输入参数集Elin对应的运行参数集X的方法不仅限于粒子群算法,只要是能够计算出最低一次能源输入参数集Elin以及与最低一次能源输入参数集Elin对应的运行参数集X的方法均可以采用。
请继续参阅图1和图2,由于向分布式能源站提供的可再生能源不是保持不变的,而当向分布式能源站提供的可再生能源发生变化时,即分布式能源站的有用能模型对应的函数关系Exout=F(Exin,X)中的限定条件发生了变化,这样对应的满足用户端使用的最低一次能源输入参数集Elin,以及与最低一次能源输入参数集Elin对应的运行参数集X均会发生变化,因此,需要重新执行上述步骤401和步骤402,以确定对应新情况下的最低一次能源输入参数集Elin,以及与最低一次能源输入参数集Elin对应的运行参数集X。
另外,用户端的用能负荷和环境温度也不是保持不变的,当用户端的用能负荷发生变化时,相应的用户端所需要的能源的负荷参数集M发生变化,当用户端的环境温度发生变化时,相应的用户端所需要的能源的品位参数集A发生变化,而上述任意一种变化情况均使得分布式能源站的能源输出参数集Exout相应改变;由于能源输出参数集Exout作为函数关系Exout=F(Exin,X)中的限定条件,因此,当能源输出参数集Exout发生变化时,会使得根据函数关系Exout=F(Exin,X)得到的分布式能源站的能源输入参数集Exin,以及分布式能源站中的各个单元设备对应的运行参数集X相应改变;而为了继续保持分布式能源供应方法所能够带来的有益效果,可以对用户端的用能负荷和环境温度进行监测,当发现用户端的用能负荷或环境温度发生改变时,及时更新用户端所需要的能源的负荷参数集M或品位参数集A,并重新得到能源输入参数集Exin,以及运行参数集X,然后再重新执行步骤105中的操作,这样就很好的保持了分布式能源站和用户端的全生命周期的协同优化,进一步提高能源利用效率。
需要说明的是,当分布式能源站提供的可再生能源发生变化,或用户端的用能负荷或环境温度发生变化时,所做出的相应操作,均是根据已经构建好的分布式能源站的有用能模型进行的,即不需要重新构建分布式能源站的有用能模型。
本发明实施例还提供了一种分布式能源供应系统,用于实施上述分布式能源供应方法。通过分布式能源供应系统来实现分布式能源的供应,所产生的有益效果与上述分布式能源供应方法所产生的有益效果相同,在此不做赘述。
为了更清楚的描述本发明实施例提供的分布式能源供应方法的实施过程,以下给出具体实施例:
实施例一:
以下为对应各种能源的品位计算公式:
冷水的品位Ac: 式一
热水的品位Ah: 式二
电的品位Ae:Ae=1式三
天然气的品位Ag: 式四
烟气的品位Ar: 式五
蒸汽的品位As: 式六
太阳光的品位Alight: 式七
需要说明的是,T0为常温,一般取25℃;Tc为冷水温度;Th为热水温度;Tburn为天然气的温度;Tr为烟气的温度;Tsun为太阳光的温度;Hs为热焓;H0为标准焓;Ss为热熵;S0为标准熵;其中热焓Hs、标准焓H0、热熵Ss以及标准熵S0均是与环境温度相对应的,即根据环境温度就能够确定出热焓Hs、标准焓H0、热熵Ss以及标准熵S0。
当负荷参数集M所体现的是用户端对冷、热、电的需求时,根据上述式一至式三,在用户端需要100kwh的60℃热水,200kwh的7℃冷水,100kwh的电的情况下,对应的能源输出参数集Exout表示为:Exout={exout热水(0.05,100kwh),Exout冷水(0.03,200kwh),Exout电(1,100kwh)。
实施例二:
分布式能源站包括如图6中连接方式的发电机1、内燃机2、换热器3、余热补燃装置4、双效吸收式制冷机5以及光伏发电机7,分布式能源站为用户端6供能;下面以内燃机2为例,详细说明单元设备的有用能模型构建过程。
内燃机2的发电效率随负荷率的变化规律为:
其中,ηe为内燃机2发电效率,fe为负荷率,fe等于内燃机2的逐时发电量与其容量之比。
Ee=Qg×ηe,式二
Qh1=Qg×(1-ηe)×k,式三
Qh2=Qg×(1-ηe)×(1-k),式四
其中,Ee是发电量,Qg是天然气的热量,Qh1是除去生活热水换热的余热,Qh2是除去溴冷机换热的余热,k是分配系数。
上述式一中的数据是大量试验拟合得到,在实际应用中,需要根据实际所建设的设备的情况,对式一中的数据进行修改。
针对实际使用的内燃机2,确定内燃机2的能源输入参数集Exin={Ag*Qg};其中,Qg相当于负荷参数集M;内燃机2的能源输出参数集Exout={Ee*Ae,Qh1*Ah1,Qh2*Ah2};内燃机2的运行参数集X={fe,k,T1,T2}。
需要说明的是,Qg、Ee、Qh1、Qh2均满足式二至式四的限制,Ah1涉及对应出口的温度T1,Ah2涉及对应出口的温度T2。
按照上述构建内燃机2的具体方法,构建分布式能源站中其他单元设备的有用能模型,再将各个单元设备按照分布式能源站的实际连接情况,消除中间量,最后得到分布式能源站的有用能模型对应的函数关系Exout=F(Exin,X);
在没有可再生能源输入的情况下,根据用户端6的用能需求,得到分布式能源站的能源输出参数集Exout:
Exout={A,M},M={Ee4,Qh4,Qc4},A={Ae,Ah4,Ac4};最终得到Exout={Ee4*Ae,Qh4*Ah4,Qc4*Ac4};
根据分布式能源站的有用能模型对应的函数关系Exout=F(Exin,X),以最小Exin作为目标函数,通过粒子群算法得到Exin的最小值,以及最小Exin对应的运行参数集X;得到分布式能源站的能源输入参数集Exin:
Exin={A,M},M={Qg1,Qg2},A={Ag,Ag};即Exin={Qg1*Ag,Qg2*Ag};
再根据得到的能源输入参数集Exin和运行参数集X调整分布式能源站的各单元设备。
在有可再生能源输入的情况下,Exout=F(Exin={Elin,Erin},X);可再生能源输入参数集Erin作为已知量,分布式能源站的能源输出参数集Exout也作为已知量,通过粒子群算法得到一次能源输入参数集Elin的最小值,以及最小Elin对应的运行参数集X;再根据得到的能源输入参数集Exin和运行参数集X调整分布式能源站的各单元设备。
需要说明的是:Qg1,Qg2,Ee4,Qh4,Qc4均为负荷参数,Ag,Ae,Ah4,Ac4均为品位参数,而且当用户端6的用能需求和可再生能源输入的情况发生变化时,需要重新计算得到能源输入参数集Exin和运行参数集X。
另外,在构建分布式能源站的有用能流程时,需考虑实际连接的物理限制,例如:分布式能源站中的管道输送能力、设备单元的最大功率等。
在上述实施方式的描述中,具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种分布式能源供应方法,其特征在于,所述分布式能源供应方法包括以下步骤:
步骤101,分析用户端的用能负荷,得到用户端所需要的能源的负荷参数集M;
步骤102,根据用户端的环境温度得到用户端所需要的能源的品位参数集A;
步骤103,根据所述负荷参数集M和所述品位参数集A,得到分布式能源站的能源输出参数集Exout;
步骤104,根据所述分布式能源站的有用能模型和所述能源输出参数集Exout,得到所述分布式能源站的能源输入参数集Exin,以及所述分布式能源站中的各个单元设备对应的运行参数集X;
步骤105,根据所述运行参数集X对应调节各个所述单元设备,通过所述能源输入参数集Exin控制所述分布式能源站向用户端输出能源。
2.根据权利要求1所述的分布式能源供应方法,其特征在于,在所述步骤104中,所述分布式能源站的有用能模型的构建方法为:
步骤201:构建各个所述单元设备的有用能模型,将各个所述单元设备的有用能模型按照所述分布式能源站的实际物理系统连接结构进行连接;
步骤202:根据所述分布式能源站的物理流程,构建所述能源输入参数集Exin和所述能源输出参数集Exout的有用能流程,使得根据所述能源输入参数集Exin能够对应得到所述能源输出参数集Exout。
3.根据权利要求2所述的分布式能源供应方法,其特征在于,在所述步骤201中:构建各个所述单元设备的有用能模型的步骤为:
步骤301:根据各个所述单元设备的类型,构建与各个所述单元设备一一对应的各个子模型;
步骤302:对各个所述子模型进行条件约束和参数修正,得到各个所述单元设备的有用能模型,使得在确定的所述运行参数集X和能源输入参数集Exin下,根据各个所述单元设备的有用能模型,能够对应得到各个所述单元设备的能源输出。
4.根据权利要求3所述的分布式能源供应方法,其特征在于,在所述步骤301中,根据各个所述单元设备的类型,通过机理建模,或数值模型构建与各个所述单元设备一一对应的各个子模型。
5.根据权利要求1所述的分布式能源供应方法,其特征在于,所述能源输入参数集Exin包括一次能源输入参数集Elin和可再生能源输入参数集Erin,在所述步骤104中,得到所述能源输入参数集Exin和所述运行参数集X的步骤为:
步骤401:测定所述可再生能源的输入,得到所述可再生能源输入参数集Erin;
步骤402:通过所述分布式能源站的有用能模型和优化算法,得到满足用户端需要的最低所述一次能源输入参数集Elin,以及与最低所述一次能源输入参数集Elin对应的所述运行参数集X。
6.根据权利要求5所述的分布式能源供应方法,其特征在于,在所述步骤402中,得到满足用户端使用的最低所述一次能源输入参数集Elin,以及与最低所述一次能源输入参数集Elin对应的所述运行参数集X的方法为:
将所述一次能源输入参数集Elin作为目标函数,所述运行参数集X作为自变量的集合,根据所述步骤103中得到的所述能源输出参数集Exout,以及所述步骤401中得到的所述可再生能源输入参数集Erin,得到满足用户端使用的最低所述一次能源输入参数集Elin,以及与最低所述一次能源输入参数集Elin对应的所述运行参数集X。
7.根据权利要求5所述的分布式能源供应方法,其特征在于,当检测到所述可再生能源的输入发生变化时,重新执行步骤401和步骤402。
8.根据权利要求1所述的分布式能源供应方法,其特征在于,当检测到用户端的用能负荷发生变化时,需重新得到所述能源输入参数集Exin,以及所述运行参数集X,并重新执行步骤105中的操作。
9.一种分布式能源供应系统,其特征在于,用于实施如权利要求1-8中任一项所述的分布式能源供应方法。
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Legal Events
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160420 |
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