CN110188991A - 基于供给侧和需求侧的自适应分布式能源管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于能源技术领域，具体涉及一种基于供给侧和需求侧的自适应分布式能源管理系统。包括底层系统、数据采集与传输系统和能源管理平台。本发明能够根据用户侧精准需求分析，结合供给侧的资源禀赋，兼顾供给侧及需求侧，建立以需求侧为目标的能源管理体系，实现供需平衡以及因地制宜，对接区域排放和区域需求，提供面向用户的定制化方案；底层各个系统之间实现能源互联互通，能量梯级利用、资源互为物料，将能源利用向资源利用转化，实现综合平衡；有利于实现能耗分析、预测用能负荷需求，对系统进行能源综合调度、达到管控一体化、降低用能成本。

Description

基于供给侧和需求侧的自适应分布式能源管理系统

技术领域

本发明属于能源技术领域，具体涉及一种基于供给侧和需求侧的自适应分布式能源管理系统。

背景技术

伴随着国家经济的发展，我国能源消耗及环境问题日益明显，一次能源消费比例中，传统化石能源占到总消费能源的82％，高于国际平均水平；清洁能源及可再生能源占比仅为18％，远低于国际平均水平。同时，按照“中美元首气候变化联合声明”，到2030年中国计划将非化石能源占一次能源消费比重提高到20％，2013年非化石能源消费量占一次能源消费比重8.8％，仅依靠水核风光等非化石能源实现2030年目标差距太大。我国作为制造大国，尚未摆脱高投入、高消耗、高排放的发展方式，工业排放的二氧化硫、氮氧化物和粉尘分别占排放总量的90％、70％和85％，资源环境承载能力已近极限。

传统的园区供能方式由于行业壁垒、前期规划等问题存在一定的弊端，导致了能源利用率较低，经济效益较差，环境污染较大等问题，另外园区能源多头供应技术分散，大部分还停留在粗放式发展阶段，而且过渡依赖政府补贴。发展分布式(可再生)能源产业是解决未来我国能源需求的重要途径。然而，在现有的分布式能源系统中，底层各个单元之间并未完全实现共生共享和多能源互补，空压机/污水处理、天然气发电余热及浅层地热能并未完全得到利用，能源消耗依然较大。另外，管理系统中包含的功能模块较少，缺乏节能效益模块、计费系统模块、垃圾处理模块和运行优化模块等，不利于实现工业园区全方位的监控与管理。并且每个功能模块都显示工业园区的总体统计数据，没有与底层各个子系统一一对应，各类设备数据混杂在一起，可观性较差，不便于根据显示的数据对底层子系统的相关装置进行调控。

发明内容

针对现有技术中存在的各个能源单元未完全实现共生共享和多能源互补以及各类设备数据混杂不利于进行能源调控的问题，本发明提出了一种基于供给侧和需求侧的自适应分布式能源管理系统，采用如下技术方案实现：

包括底层系统、数据采集与传输系统和能源管理平台；

所述数据采集与传输系统用于采集底层系统的实时数据，检测工况和设备运行状态，并将实时数据传输给能源管理平台；

所述能源管理平台用于对传输得到的实时数据以及检测到的工况和设备运行状态进行分析，然后结合底层系统的分布对底层系统进行能源管理与调度；

所述底层系统包括固定系统和可选系统，所述固定系统包括多个固定子系统，所述可选系统包括多个可选子系统，所述固定系统与可选系统之间、任意两个固定子系统之间、任意两个可选子系统之间和任意固定子系统及可选子系统之间的能源互联互通；

所述可选系统利用式Ⅰ和式Ⅱ根据供给侧和需求侧进行选择，

供给侧F＝f(u) 式Ⅱ

其中，t为需求侧的需求集合，t₁,t₂,...,t_n分别为需求集合内的子需求，n为子需求的个数且n为正整数，s为供给测的资源集合，s₁,s₂,...,s_m分别为所能提供的资源集合内的子资源，m为子资源的个数且m为正整数，M(s)为底层系统集合，G(s)为固定系统集合，O(s)为可选系统集合，G_i为第i个固定系统，i∈I且I为能够提供的固定系统数量的最大值，g_ij为第i个固定系统G_i中的第j个固定子系统，j∈J且J为能够提供的固定子系统数量的最大值，O_k为第k个可选系统，k∈K且K为能够提供的可选系统数量的最大值，g(Q)为能量平衡约束，F为可选系统的目标函数，f为需求侧到供给侧的映射函数。

进一步的，所述多个固定系统包括多源联合供能系统和智能微电网系统，所述多个可选系统包括智能污水处理及中水回用系统和空压系统；

所述多源联合供能系统采用清洁能源、可再生能源、利用峰谷电价储能进行供热，降低非再生能源消耗量；

所述智能微电网系统采用清洁能源进行发电，作为整个多源联合供能系统、污水处理及中水回用系统和新风系统的动力供应；

所述智能污水处理及中水回用系统用于处理园区内产生的生产、生活综合污水，实现园区污水零排放；

所述空压系统提供园区内生产用压缩空气，空时对其产生的工业余热进行回收利用，解决供暖及工业用热水需求问题。

更进一步的，所述多源联合供能系统包括天然气冷热电三联供子系统、空压机余热与土壤源复合热泵子系统、水蓄能子系统和燃气锅炉子系统。

更进一步的，其特征在于，

所述多源联合供能系统的能量模型为：

其中，Q_boiler为锅炉提供能量，Q_pump为热泵热源提供的能量，Q_cchp为提供能量，Q_Ah为总共热能。Q_{r_w}污水余热，Q_{r_k}空压机余热，Q_{r_earth}地热，Q_{d_pump}热泵消耗电能。

所述智能微电网系统的能量模型为：

Q_{pv_el}+Q_{cchp_el}+Q_{sz_el}＝Q_el

其中，Q_{pv_el}为光伏发电量，Q_{cchp_el}为三联供发电量，Q_{sz_ell}为电网提供的电能，Q_el为系统消耗的总电能。

所述空压系统的能量模型为：

Q_{el_k}-Q_{w_k}＝Q_k

其中，Q_{el_k}为空压机冷却水携带热量，Q_{w_k}为空压机冷却水剩余热量，Q_k为空压系统可以提供的热量能量。

进一步的，所述固定模块包括多源联合供能系统模块和智能微电网系统模块，所述可选模块包括污水处理及中水回用系统模块、空压系统模块、垃圾、运行优化模块、计费系统模块和节能效益模块，所述能源管理平台能量模型为：

其中，M₁为多源联合供能系统模块，M₂为微电网系统模块，M₃为污水处理及中水回用系统模块，M₄为空压系统模块，M₅为垃圾处理模块，M₆为运行优化模块，M₇为计费系统模块，M₈为节能效益模块。

更进一步的，所述节能效益模块用于通过历史数据分析，结合当前设备投用状态，动态建立系统节能目标，评价多源联合供能系统、智能微电网系统、智能污水处理及中水回用系统和空压系统当前节能状态，实时反映系统整体节能时间及环保贡献，评价函数如式Ⅲ所示：

其中f(i)为设备i时刻能源输出量，p_i为系统根据前i-1时间段预测出的设备i时刻能源输出量，k_t为预测系数。

更进一步的，所述计费系统模块用于对多源联合供能系统、智能微电网系统、智能污水处理及中水回用系统和新风系统中各个设备关于冷、热、电、水和天然气等在各个月份的能耗总量、能耗成本精准计量管理。

更进一步的，所述运行优化模块，通过调用实时能源成本及后台能源系统模型，用于分析并给予优化目标下的能源系统运行指导建议，实现能源调度，并预测优化后能源系统运行状态。

更进一步的，所述垃圾处理模块，用于对布置在各个子系统的智能分类垃圾桶上进行类别识别，记录投掷的垃圾种类及重量，并将数据实时传输至管理平台数据中心，垃圾处理模块根据所收集的垃圾类别信息及相关垃圾数据分析各个子系统的垃圾处理情况。

进一步的，所述数据采集与传输系统采用流量计、温度计和压力表等装置并采用有线传输、无线传输和电力载波等三种方式采集到的数据传至网关和数据集中器中，然后通过工厂光纤网将能源数据传送至DCS系统，最终通过OPC协议统一传送至数据库服务器并达到能源管理平台。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明能够根据用户侧精准需求分析，结合供给侧的资源禀赋，兼顾供给侧及需求侧，建立以需求侧为目标的能源管理体系，实现供需平衡以及因地制宜，对接区域排放和区域需求，提供面向用户的定制化方案；底层各个系统之间实现能源互联互通，能量梯级利用、资源互为物料，将能源利用向资源利用转化，实现综合平衡；有利于实现能耗分析、预测用能负荷需求，对系统进行能源综合调度、达到管控一体化、降低用能成本。

(2)本发明的底层系统分为固定模块和可选系统两部分，固定模块包括多源联合供能系统和智能微电网系统等多个子模块，每个子模块中包括多个固定子系统，能够根据用户侧精准需求分析，以及地区所能提供的天然气、太阳能和风能等能源情况，结合供给侧的资源禀赋，选取一些可选系统和在固定系统中选取相应的固定子系统来实现用户的不同需求，实现定制化解决方案。

(3)本发明的所述固定系统与可选系统之间、任意两个固定子系统之间、任意两个可选子系统之间和任意固定子系统及可选子系统之间都实现能源互联互通，解决了现有园区中分布式系统联通性较差、能量损失和清洁能源率低以及管理系统中模块数量较少的问题，通过一体化方案，实现园区冷、热、电、风、水、废等多合一综合系统。

附图说明

图1为本发明的基于供给侧和需求侧的自适应分布式能源管理系统结构框图；

图2为向需求侧提供解决方案的流程图；

图3为能源管理平台结构框图；

图4为实施例中固定模块与可选模块之间的能源互联互通示意图。

具体实施方式

基于供给侧和需求侧的自适应分布式能源管理系统，包括底层系统、数据采集与传输系统和能源管理平台，所述数据采集与传输系统用于采集底层系统的实时数据，检测工况和设备运行状态，并将实时数据传输给能源管理平台；

所述能源管理平台用于对传输得到的实时数据以及检测到的工况和设备运行状态进行分析，然后结合底层系统的分布对底层系统进行能源管理与调度；

所述底层系统包括固定系统和可选系统，所述固定系统包括多个固定子系统，所述可选系统包括多个可选子系统，所述固定系统与可选系统之间、任意两个固定子系统之间、任意两个可选子系统之间和任意固定子系统及可选子系统之间的能源互联互通；

所述可选系统利用式Ⅰ和式Ⅱ根据供给侧和需求侧进行选择，

供给侧F＝f(u) 式Ⅱ

其中，t为需求侧的需求集合，t₁,t₂,...,t_n为需求集合内的子需求，n为子需求的个数且n为正整数，s为供给测的资源集合，s₁,s₂,...,s_m分别为所能提供的资源集合内的子资源，m为子资源的个数且m为正整数，M(s)为底层系统集合，G(s)为固定系统集合，O(s)为可选系统集合，G_i为第i个固定系统，i∈I且I为能够提供的固定系统数量的最大值，g_ij为第i个固定系统G_i中的第j个固定子系统，j∈J且J为能够提供的固定子系统数量的最大值，O_k为第k个可选系统，k∈K且K为能够提供的可选系统数量的最大值，g(Q)为能量平衡约束，F为可选系统的目标函数，f为需求侧到供给侧的映射函数；

向需求端提供解决方案时，如图2所示，首先根据需求侧侧精准需求分析，确定冷、热、电等需求对应t₁,t₂,...,t_n需求；其次结合供给侧的资源禀赋，确定可提供的清洁能源，比如电、光、可燃气和风等资源即s₁,s₂,...,s_m；然后，确定可提供的固定系统G_i及其每个固定系统中所包含的固定子系统g_ij；再次，从可选系统中选取在当前环境下满足需求的可选模块O_k；最后确定向用户端提供的解决方案F。

具体的，首先，需求侧输入包括冷、热、电等资源需求，设定各个需求对需求侧的重要性及权重值，对于必须满足的需求设定其权重为1，非必须满足的需求设定其权重为0～1之间的数值。

其次，确定需求与功能特征之间的相关矩阵，根据需求t＝{t₁,t₂,...,t_n}确定解决方案的功能特征集TR＝{TR₁,TR₂,...,TR_m}，建立需求与功能特征之间的相关矩阵A_n×m，其中，矩阵A_n×m中的元素a_j×k表示第j个需求和第k个功能特征之间的相关度，a_j×k的值可设定为1、0.75、0.5、0.25、0，分别表示特相关、相关、中等相关、弱相关、不相关。

然后，针对不同的功能特征，建立与之对应的资源集合，即：s＝{s₁,s₂,...,s_m}。通过对资源进行组合，提供不同的固定系统集G(s)＝G₁∪G₂∪...∪G_i，包括多源联合供能系统、智能微电网系统等，并提供可选系统集O(s)＝O₁∪O₂∪...∪O_k，包括智能污水处理、中水回用系统、空压系统等，每个固定系统中又可分为多个固定子系统集G_i＝g_i1∪g_i2∪...∪g_ij。

再次，建立功能特征与固定/可选系统之间的相关矩阵B_m×(b+c)，其中矩阵元素b_j×k表示第j个功能特征和第k个系统之间的相关度，b_j×k值可设定为1、0.75、0.5、0.25、0，分别表示特相关、相关、中等相关、弱相关、不相关。

最后，根据矩阵A_n×m、B_m×(b+c)，采用规则推理方法，在构建的固定系统集G(s)和可选系统集O(s)中选择满足需求侧需求的固定系统和可选系统。通过对不同系统的多个满足需求端需求的系统进行组合，得到多个系统的模块化配置方案。

在满足需求的前提下，将成本和能量供应作为约束条件：C_t≤C_d、G_i,O_k≤g(Q)，选择企业成本的优化方案，即：F＝f(u)＝f{G(s),O(s),t,s}，其中：C_t≤C_d表示提供的方案的成本C_t必须满足需求侧总成本的要求C_d；G_i,O_k≤g(Q)表示每个系统提供的能量G_i,O_k必须满足需求端的能量需求g(Q)。

所述能源管理平台包括固定模块和可选模块，所述固定模块为平台必备的，所述可选模块根据客户需求决定，所述底层系统中每一个系统对应能源管理平台中一个模块，每个模块对应管理一个系统。

本发明提出了一种基于供给侧和需求侧的自适应分布式能源管理系统，根据用户侧精准需求分析，结合供给侧的资源禀赋，结合互联网及大数据分析，按时、按需、按质向用户端提供的分布式清洁能源综合一体化的解决方案。采用因地制宜、量体裁衣的方式，对接区域排放和区域需求，底层各个子系统之间实现互联互通，实现多源互补供应和能源回收利用，减低能源消耗。管理系统具体针对每个子系统设置相应的功能模块，实现能耗分析、预测用能负荷需求，并对各个子系统进行能源综合调度、用能管理，来解决园区能源供给市场供能方式单一、垃圾未资源化和清洁能源率低等问题。

具体的，数据采集与传输系统采用流量计、温度计和压力表等装置并采用有线传输、无线传输和电力载波等三种方式采集到的数据传至网关和数据集中器中，然后通过工厂光纤网将能源数据传送至DCS系统，最终通过OPC协议统一传送至数据库服务器并达到能源管理平台，实现信息集成和可视化。

优选的，无线传输通信协议包括：Modbus-RTU、Modbus-TCP/IP、OPC和以太网TCP/IP等有线协议；IEEE802.11B/G、3G/4G和CSMA/CA等无线协议；EIA709.1和EIA709.2等载波协议。

具体的，所述多个固定系统包括多源联合供能系统和智能微电网系统，所述多个可选系统包括智能污水处理及中水回用系统和空压系统；

所述多源联合供能系统采用清洁能源、可再生能源、利用峰谷电价储能进行供热，降低非再生能源消耗量；

该系统包括燃气发电机、热泵机组和带补燃的烟气溴化锂机组。夏季日间由螺杆式水源热泵机组、带补燃的烟气溴化锂机组联合水蓄能系统供冷，螺杆式水源热泵机组同时设置闭式冷却塔负担不足的排热负荷，带补燃的烟气溴化锂机设置开式冷却塔排热。夏季夜间由水源热泵机为区域建筑供冷的同时，为蓄能水罐蓄冷。冬季日间由螺杆式水源热泵机组、烟气-热水换热器联合水蓄能系统供热，不足部分由厂区原有的燃气热水锅炉提供。冬季夜间由螺杆式水源热泵机组为蓄能水罐蓄热，燃气热水锅炉为区域建筑供热。

所述智能微电网系统采用清洁能源进行发电，作为整个多源联合供能系统、污水处理及中水回用系统和新风系统的动力供应；

该系统的关键部分为光伏发电系统，光伏发电系统包括光伏电池板、控制器、储能单元和逆变器组成。其采用并网方式，接入变电站，光伏电池板将照射在板上的太阳能转化为电能，多源联合供能系统附产余热用于热能系统供应热水，剩余电能通过蓄电池存储单元进行存储，在用电高峰期释放电能。逆变器既可以工作在整流状态或者逆变状态，在光伏系统无法满足用电需求时，蓄电池通过逆变器工作在整流状态向各系统供电，当蓄电池电量不足时，系统启动切换至市政供电模式向各系统供电。

所述智能污水处理及中水回用系统用于处理园区内产生的生产、生活综合污水，实现园区污水零排放；

该系统包括初级检测池、调节池、过滤池、微生物处理池、消毒池和最终检测池。该系统工作时首先对排入水质初级检测池的污水进行水质检测，根据水质污染程度进行分级，分级后的污水分别通过输出泵连接到调节池、调节池内设置有缓冲板，其前端设置有处理门并配有操作手柄，后端通过连接管连接到过滤池，过滤池内设置有过滤孔结构的过滤框，其次连接到设置有投放孔和布水器的微生物处理池，最后连接到设置有药剂箱的消毒池，消毒池内有搅拌装置，可以充分进行污水处理，对处理完的污水在最终检测池中进行检测，检测不合格的污水回流到调节池内进行再处理，合格的水通过用水管道接入多源联合供能系统。

所述空压系统提供园区内生产用压缩空气，空时对其产生的工业余热进行回收利用，解决供暖及工业用热水需求问题；

该系统包括余热回收机、喷油式螺杆空压机和保温水箱。喷油式螺杆空压机通过线路连接到余热回收机，余热回收机进一步通过管线连接到保温水箱。喷油式螺杆空压机上设置冷却循环水系统，冷却水供回水管路与换热器中的供热介质换热后，供热介质再通过热泵机组提升后输送至多源联合供能系统。

优选的，所述多源联合供能系统包括天然气冷热电三联供子系统、空压机余热与土壤源复合热泵子系统、水蓄能子系统和燃气锅炉子系统，四个子系统的供水管与分水器相连接，四个子系统的回水管与集水器相连接，可根据不同的用户需求选取不同的子系统，提供定制化方案。

具体的，所述多源联合供能系统的能量模型为：

其中，Q_boiler为锅炉提供能量，Q_pump为热泵热源提供的能量，Q_cchp为提供能量，Q_th为总共热能。Q_{r_w}污水余热，Q_{r_k}空压机余热，Q_{r_earth}地热，Q_{d_pump}热泵消耗电能。

所述智能微电网系统的能量模型为：

Q_{pv_el}+Q_{cchp_el}+Q_{sz_el}＝Q_el

其中，Q_{pv_el}为光伏发电量，Q_{cchp_el}为三联供发电量，Q_{sz_ell}为电网提供的电能，Q_el为系统消耗的总电能。

所述空压系统的能量模型为：

Q_{el_k}-Q_{w_k}＝Q_k

其中，Q_{el_k}为空压机冷却水携带热量，Q_{w_k}为空压机冷却水剩余热量，Q_k为空压系统可以提供的热量能量。

具体的，管理平台可以监控多源联合供能系统、污水处理及中水回用系统、空压系统和微电网系统的实时数据，可以预测能源消耗情况并给出建议方案实施指导，能源互联与能源管理系统平台涵盖了一套对复杂多源联合能源互联系统实时运行数据的采集、处理和展示方法；包括一种对多源联合供能系统、污水处理及中水回用系统和微电网系统各设备、阀门等工况、实时运行状态、实时数据的采集和展示机制。通过对实时数据和历史数据的实时协同演算，提供了一套能够实时反映能源系统运行状况、逐时累计能源系统出力状态及全局出力比例、对比历史状态和实时状态的数据管理和分析工具。此外，该平台还能够通过分析历史数据，动态建立能源系统运行目标模型，评价并实时反馈能源系统能耗状况。

所述固定模块包括多源联合供能系统模块和智能微电网系统模块，所述可选模块包括污水处理及中水回用系统模块、空压系统模块、垃圾、运行优化模块、计费系统模块和节能效益模块，所述能源管理平台能量模型为：

其中，M₁为多源联合供能系统模块，M₂为微电网系统模块，M₃为污水处理及中水回用系统模块，M₄为空压系统模块，M₅为垃圾处理模块，M₆为运行优化模块，M₇为计费系统模块，M₈为节能效益模块。

具体的，多源联合供能系统模块用于固定模块中的多源联合供能系统，能够实时监控和回顾多供能季系统运行状态，反应设备运行时间、运行工况、能源输出状况、各系统负荷及出力状况、统计供能季成本及能源输出状况，分段显示供能季能源输出趋势。

具体的，微电网系统模块用于固定模块中的微电网系统，能够监测光伏、内燃机、市电的单位成本、负荷占比、实时电量和峰平谷电量，分析峰平谷各时段系统负荷状况，可切换趋势图展示内容。

具体的，空压系统模块用于可选模块中的空压系统，能够监控空压机及机组能耗及压缩空气输出状况，对比机组实时和历史压缩空气输出及成本，监控需求端压缩空气使用状况。将空压机的耗电量、用电趋势、成本、单位成本、压缩空气的供送量数据可视化，可切换趋势图展示内容，并将载波采集的外部数据进行集中展示，列举各需求端用气情况。

具体的，污水处理及中水回用系统模块用于可选模块中的污水处理及中水回用系统，能够监控污水处理、中水回用及能耗状况，将当日污水处理量、中水产水量、耗电情况、单位成本数据可视化，动态分析污水处理系统成本及能效，可通过运行趋势图查看运行状态。

具体的，所述节能效益模块用于通过历史数据分析，结合当前设备投用状态，动态建立系统节能目标，评价多源联合供能系统、智能微电网系统、智能污水处理及中水回用系统和空压系统当前节能状态，实时反映系统整体节能时间及环保贡献，评价函数如式Ⅲ所示：

其中f(i)为设备i时刻能源输出量，p_i为系统根据前i-1时间段预测出的设备i时刻能源输出量，k_t为预测系数。

具体的，所述计费系统模块用于对多源联合供能系统、智能微电网系统、智能污水处理及中水回用系统和新风系统中各个设备关于冷、热、电、水和天然气等在各个月份的能耗总量、能耗成本精准计量管理。

具体的，所述运行优化模块，通过调用实时能源成本及后台能源系统模型，用于分析并给予优化目标下的能源系统运行指导建议，实现能源调度，并预测优化后能源系统运行状态。

具体的，所述垃圾处理模块，用于对布置在各个子系统的智能分类垃圾桶上进行类别识别，记录投掷的垃圾种类及重量，并将数据实时传输至管理平台数据中心，垃圾处理模块根据所收集的垃圾类别信息及相关垃圾数据分析各个子系统的垃圾处理情况。

具体的，该平台还可以根据历史数据分析预测能源需求，结合能源优化目标、实时能源成本、用能端负荷变化等提供能源系统运行指导建议，提供科学分析、科学决策的数据支持。通过人机交互平台对相关模块下达指令，指令遵循数据传输协议，通过通讯控制器HSPOM005和调制解调器，传输到服务器，并通过RS232通讯到调度模拟屏，终端服务器作用于调度工作站1和调度工作站2，调度工作站通过阀门、断路器对多源联合供能系统、微电网系统、污水处理系统和空压系统进行能源输送控制，实现能源协调输送给需求区域。

实施例

以某厂区为例，解决厂区内建筑物供热、建筑供冷，厂区生活废水，工业生产压缩空气，生活垃圾等需求，实现能量流、物质流及信息流的统一调控及管理。

首先，对需求侧需求进行精准分析。经调研发现该厂区原供热单元只采用燃气锅炉系统，天然气价格波动较大，且全年用气量不平衡，冬季无法保证用气量；原制冷单元多处分散布置，电力受限夏季高峰时段不能完全开启；原空压站单元采用4台水冷螺杆机，耗费电力同时热能浪费，负荷调节采用手动，管网漏损严重；原污水处理厂能耗较高，污泥外运处理，达标水直排。

其次，结合供给侧的资源，确定方案中可提供的固定模块和可选模块。经过能源互联技术分析后，固定模块确定为多源联合供能系统和智能微电网系统，可选模块为智能污水处理及中水回用系统和空压系统。多源联合供能系统中的固定子系统确定为冷热电三联供系统、空压机废热的水源热泵系统、水蓄能系统和燃气锅炉系统。智能微电网系统中子系统确定为光伏发电系统和三联供发电系统。污水处理后的中水用于暖通/空压工艺系统补水、空压机/污水处理/天然气发电余热及浅层地热能用于供热制冷、天然气/光伏发电并入市政电网向各单元供电，实现各功能单元之间的共生共享、多能互补。同时采用能源替代使得占天然气消耗90％的供暖燃气锅炉、电力消耗大户空压站清洁化。并且借助于能管平台系统实现多单元集中管控。

多源联合供能系统、智能微电网系统、智能污水处理及中水回用系统和空压系统之间都实现能源互联互通，实现各功能单元之间的共生共享、多能互补。智能微电网系统通过太阳能光伏电池板将照射在板上的太阳能转化为电能以及联合电网输入的电量，用于整个多源联合供能系统和污水处理及中水回用系统的动力供应。多源联合供能系统采用天然气等清洁、可再生能源，利用峰谷电价储能进行供热供冷，其中的一部分能量输送到微电网系统中，给其中的设备降温。智能污水处理及中水回用系统处理后的再生水在园区内能够再次回用，深度处理后通过污水泵热源用于热能系统工艺补水，污水处理伴生的污泥，连同园区内有机垃圾一同进入固废处理装置，经过工艺气化后产生低热值沼气，补充到多源联合供能系统中。空压系统用于对各个系统进行余热回收，微电网系统需要为空压系统提供动力供应，智能污水处理及中水回用系统处理后一部分再生水可用于空压系统，空压系统可以利用再生水和空气，通过空压装置将其中的余热用于多源联合供能系统。如图4所示。

最后，确定详细实施技术。对于多源联合供能系统，在供暖季的低负荷期，尽量减少燃气锅炉的使用，采取可再生能源或高能高效的能源形式代替锅炉供热，在供暖季的高负荷期，应尽量使用锅炉的高效工作点，保证锅炉在额定工作状态点(95℃/70℃)供热。水蓄能系统设置气候补偿装置，冬季根据室外温度调节系统供回水温度，燃气锅炉的供热量调节根据气候补偿确定的系统供回水温度确定，夏季根据地源侧回水温度变化控制冷却塔的投入；对于智能微电网系统，光伏发电和三联供发电系统均采用并网不上网的方式，接入变电站0.4kV侧配电网。为保障供电系统的安全，在0.4kV侧设置“逆功率保护装置”确保公共电网不向分布式发电系统输送电能；对于智能污水处理及中水利用系统，改造雨水收集利用系统，实现控制雨水排放量目标，调控滞蓄雨水，充分利用场地条件增加雨水入渗，并将收集雨水与中水互补回用。在污水处理系统采用了先进的MBR平板膜生物污水处理及中水回用技术，将生化处理、混凝沉淀和深度过滤结合起来，有效去除水中的污染物，净化水质；对于空压系统，采用4台喷油式螺杆空压机供应，包括1台60m3/min、1台40m3/min、2台20m3/min机组，借助于高效智慧空压系统实现机组变频运行及降低加载率。

该解决方案中使用的天然气、电力、地热能、污水热能等，均为清洁能源，清洁能源使用率100％。其中地热能、污水热能属于可再生能源，可再生能源使用率100％。工业余热利用率33.4％，中水回用率100％，通过智能化管理，以最低成本创造最大价值，实现能源消费本地化、提高产能端高效梯级利用、提高能源综合使用效率及减少排放。

Claims (10)

1.基于供给侧和需求侧的自适应分布式能源管理系统，其特征在于，包括底层系统、数据采集与传输系统和能源管理平台；

所述数据采集与传输系统用于采集底层系统的实时数据，检测工况和设备运行状态，并将实时数据传输给能源管理平台；

所述能源管理平台用于对传输得到的实时数据以及检测到的工况和设备运行状态进行分析，然后结合底层系统的分布对底层系统进行能源管理与调度；

所述底层系统包括固定系统和可选系统，所述固定系统包括多个固定子系统，所述可选系统包括多个可选子系统，所述固定系统与可选系统之间、任意两个固定子系统之间、任意两个可选子系统之间和任意固定子系统及可选子系统之间的能源互联互通；

所述可选系统利用式Ⅰ和式Ⅱ根据供给侧和需求侧进行选择，

供给侧F＝f(u) 式Ⅱ

其中，t为需求侧的需求集合，t₁,t₂,...,t_n分别为需求集合内的子需求，n为子需求的个数且n为正整数，s为供给测的资源集合，s₁,s₂,...,s_m分别为所能提供的资源集合内的子资源，m为子资源的个数且m为正整数，M(s)为底层系统集合，G(s)为固定系统集合，O(s)为可选系统集合，G_i为第i个固定系统，i∈I且I为能够提供的固定系统数量的最大值，g_ij为第i个固定系统G_i中的第j个固定子系统，j∈J且J为能够提供的固定子系统数量的最大值，O_k为第k个可选系统，k∈K且K为能够提供的可选系统数量的最大值，g(Q)为能量平衡约束，F为可选系统的目标函数，f为需求侧到供给侧的映射函数。

2.如权利要求1所述的基于供给侧和需求侧的自适应分布式能源管理系统，其特征在于，所述多个固定系统包括多源联合供能系统和智能微电网系统，所述多个可选系统包括智能污水处理及中水回用系统和空压系统；

所述多源联合供能系统采用清洁能源、可再生能源、利用峰谷电价储能进行供热，降低非再生能源消耗量；

所述智能微电网系统采用清洁能源进行发电，作为整个多源联合供能系统、污水处理及中水回用系统和新风系统的动力供应；

所述智能污水处理及中水回用系统用于处理园区内产生的生产、生活综合污水，实现园区污水零排放；

所述空压系统提供园区内生产用压缩空气，空时对其产生的工业余热进行回收利用，解决供暖及工业用热水需求问题。

3.如权利要求2所述的基于供给侧和需求侧的自适应分布式能源管理系统，其特征在于，所述多源联合供能系统包括天然气冷热电三联供子系统、空压机余热与土壤源复合热泵子系统、水蓄能子系统和燃气锅炉子系统。

4.如权利要求3所述的基于供给侧和需求侧的自适应分布式能源管理系统，其特征在于，

所述多源联合供能系统的能量模型为：

其中，Q_boiler为锅炉提供能量，Q_pump为热泵热源提供的能量，Q_cchp为提供能量，Q_th为总共热能。Q_{r_w}污水余热，Q_{r_k}空压机余热，Q_{r_earth}地热，Q_{d_pump}热泵消耗电能。

所述智能微电网系统的能量模型为：

Q_{pv_el}+Q_{cchp_el}+Q_{sz_el}＝Q_el

其中，Q_{pv_el}为光伏发电量，Q_{cchp_el}为三联供发电量，Q_{sz_ell}为电网提供的电能，Q_el为系统消耗的总电能。

所述空压系统的能量模型为：

Q_{el_k}-W_{w_k}＝Q_k

其中，Q_{el_k}为空压机冷却水携带热量，Q_{w_k}为空压机冷却水剩余热量，Q_k为空压系统可以提供的热量能量。

5.如权利要求1所述的基于供给侧和需求侧的自适应分布式能源管理系统，其特征在于，所述固定模块包括多源联合供能系统模块和智能微电网系统模块，所述可选模块包括污水处理及中水回用系统模块、空压系统模块、垃圾、运行优化模块、计费系统模块和节能效益模块，所述能源管理平台能量模型为：

其中，M₁为多源联合供能系统模块，M₂为微电网系统模块，M₃为污水处理及中水回用系统模块，M₄为空压系统模块，M₅为垃圾处理模块，M₆为运行优化模块，M₇为计费系统模块，M₈为节能效益模块。

6.如权利要求5所述的基于供给侧和需求侧的自适应分布式能源管理系统，其特征在于，所述节能效益模块用于通过历史数据分析，结合当前设备投用状态，动态建立系统节能目标，评价多源联合供能系统、智能微电网系统、智能污水处理及中水回用系统和空压系统当前节能状态，实时反映系统整体节能时间及环保贡献，评价函数如式Ⅲ所示：

其中f(i)为设备i时刻能源输出量，p_i为系统根据前i-1时间段预测出的设备i时刻能源输出量，k_t为预测系数。

7.如权利要求5所述的基于供给侧和需求侧的自适应分布式能源管理系统，其特征在于，所述计费系统模块用于对多源联合供能系统、智能微电网系统、智能污水处理及中水回用系统和新风系统中各个设备关于冷、热、电、水和天然气等在各个月份的能耗总量、能耗成本精准计量管理。

8.如权利要求5所述的基于供给侧和需求侧的自适应分布式能源管理系统，其特征在于，所述运行优化模块，通过调用实时能源成本及后台能源系统模型，用于分析并给予优化目标下的能源系统运行指导建议，实现能源调度，并预测优化后能源系统运行状态。

9.如权利要求5所述的基于供给侧和需求侧的自适应分布式能源管理系统，其特征在于，所述垃圾处理模块，用于对布置在各个子系统的智能分类垃圾桶上进行类别识别，记录投掷的垃圾种类及重量，并将数据实时传输至管理平台数据中心，垃圾处理模块根据所收集的垃圾类别信息及相关垃圾数据分析各个子系统的垃圾处理情况。

10.如权利要求1所述的基于供给侧和需求侧的自适应分布式能源管理系统，其特征在于，所述数据采集与传输系统采用流量计、温度计和压力表等装置并采用有线传输、无线传输和电力载波等三种方式采集到的数据传至网关和数据集中器中，然后通过工厂光纤网将能源数据传送至DCS系统，最终通过OPC协议统一传送至数据库服务器并达到能源管理平台。