CN110298556A - 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 - Google Patents
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Abstract
本发明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。
Description
技术领域
本发明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。
背景技术
多能协同园区(Muti-Energy Park,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
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[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.
发明内容
本发明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，本发明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法，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、风机等多种能源输入，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。
所述能效综合指标ηt具体为：
其中，α,β,γ为能量价值参数；Eoh,Eoc,Eoe分别为MEP系统向用户输出的热、冷、电能；qgas为天然气热值；λe为电能能质系数；Fin,T为[0,T]时段内输入燃气锅炉和输入三联供系统的燃料量；Ein,T表示该时段内输入系统的电能，包括电网购电Ei与可再生能源发电Si,Wi。
本发明提供的技术方案的有益效果是：
1)排除了输入能量品质差异造成的影响。量化了输入与输出，使相同的输入在系统中具有相同的效力；
2)解决了输出能量品位不同，获取难度不同，却直接相加没有物理意义的问题；
3)此指标更科学地比较不同系统间的综合能效。该指标具有更好的灵敏性、导向性，更好地体现了能量梯级利用的原则。
该指标是一次能源利用效率的完善与发展。量化了不同品位能量组成混合能量流的综合能源利用效率。将园区内效率计量方法不同的设备统一于统一指标，具有更清晰的物理意义。对指导多能协同园区优化配置和能效评价具有重要作用。
附图说明
图1为典型多能协同园区能流图；
图2为典型多能协同CCHP系统能流图；
图3为CCHP系统典型流传输图；
图4为蒸汽能量品位与蒸汽含关系示意图；
图5为一次能源利用效率能量价值追踪示意图；
图6为能效指标随用户热电比变化趋势图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本方法解决思路如下：
三联供系统能效评估情况及推广至园区难点
目前有关能效的研究侧重评价单一设备或者燃气三联供系统。文献[6]定义了CCHP(Combined Cooling Heating and Power)系统的构成和一次能源利用效率指标，并验证表明，CCHP可通过能量的梯级利用实现燃气能量转化效率达到70％-80％，相较于分供系统一次能效得到显著提升。考虑到MEP涉及更多类型的能源生产、转换与存储单元，能效分析更为复杂，无法直接采用CCHP的评价体系对MEP系统能效进行评价。
能质系数法为三联供系统能效向MEP推广提供了思路
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，并将其推广至园区能效系统评价。
本方法概述、优点及相关热力学理论基础
本方法通过构建考虑能量间差异的MEP能效指标将不同种类能量统一，改进了能质系数法，将能质系数与成本分摊的热经济学思路相结合，创新性引入能量价值参数，解决了MEP中不同能源的统一问题，可更灵敏、准确地反映高品位能源变化情况。
本方法首先对综合能源领域能效评价指标及其计算方法进行概述；进而建立基于能量价值的MEP综合评价指标(Park Efficiency Index Based On Energy Value,PEIEV)；最后以某高新技术MEP为例，对PEIEV与已有指标进行了多方面对比。
由于本方法提出的MEP能效指标PEIEV涉及能量价值、品位、有序能等相关概念，故本节首先给出相关的理论基础。
1)能量价值
能量价值是指能量所具有的可用价值，用以定量地描述能量中参与能量利用和能量间转化的部分。本方法引入能量价值参数，将不同能量的可用价值进行统一。能量价值参数的求取，是PEIEV计算的核心，本方法在计算求取过程中使用了品位、有序能等概念来求取能量价值参数。
2)
是描述能量转化为功的能力的物理量，定义为当系统可逆变化为给定环境平衡状态时，理论上可转换为其它能量形式的能[10]。
品位是描述能量用来转化为有用功能力大小的物理量[10]，定义为参考环境下能流的最大做功能力()与做功过程中总放热之比。热力学中常用能量品位来定量区分能量价值差异。
3)有序能
有序能是可完全转化为其它形式能的能量，具有最高的能量价值[10]，即其中包含的能量全部为主要包括电能、机械能等。本方法用其确定电能能量价值参数，并将之作为能量价值参考基准。
1、典型MEP建模与指标建立
本方法以一个典型MEP为例，给出PEIEV的定义和计算方法。该MEP包含燃气、电力、光伏、风机等多种能源输入，以及CCHP系统、燃气锅炉、电热泵、电制冷机等能源转换设备。经过MEP内各设备的转化与分配，满足用户的冷热电需求，其能流图如图1所示。
式(5)是本方法的核心计算公式，其余公式为求取本式各项。本节介绍α,β,γ以外的求取方法，下一节介绍α,β,γ的求取方法。
图1中，F表示单位时间燃气输入量(m3)；Fb,FCHP分别表示单位时间输入燃气锅炉和输入三联供系统的燃气量(m3)；ηb为燃气锅炉产热效率；ηCHP,h表示燃气轮机余热效率；ηCHP,e表示发电效率；Ei表示系统单位时间内电网购电量(MJ)；Si,Wi分别表示单位时间光伏、风机向MEP输送的电能(MJ)；Eh,Ec分别表示单位时间系统向电热泵和电制冷机输送的电能(MJ)；Eoh,Eoc,Eoe分别为MEP系统向用户输出的热、冷、电能(MJ)；图中虚线部分表示由燃气轮机、吸收式制冷机、余热回收装置组成的CCHP系统。
本方法引入能量价值参数α,β,γ来修正具有不同能量价值的电、热、冷。该参数可将不同质量的能量统一于能量价值，解决MEP评价多种能量品位不同的问题。针对图1所示MEP，在[0,T]时段内，基于能量价值的能效综合指标ηt如式(5)所示。
式(5)中分子为不同种类输出能量与其能量价值参数乘积；分母为输入MEP能量的可用价值，分别为输入燃气锅炉的能量价值、输入三联供系统能量价值和购买电能的能量价值。在式(6)中，Fin,T为[0,T]时段内输入燃气锅炉和输入三联供系统的燃料量(m3)；Ein,T表示该时段内输入系统的电能，包括电网购电Ei(MJ)与可再生能源发电Si,Wi(MJ)，由式(7)给出；qgas为天然气热值，在工业计算中可取常数qgas＝35.6MJ/m30。
本方法使用λgas,λe分别为天然气与电能能质系数。考虑到电能是一种有序能[10]，故有λe＝1。λgas可用天然气产效率计算，即单位体积天然气所含 [8]。λgas计算方法如式(8)，可根据燃气轮机中天然气燃烧温度Tburn(K)和环境温度T0(K)求取。式(8)需转化为绝对温度计算，天然气的燃烧温度也相对固定(1300℃)，故当考察时间段[0,T]较短或时间段内环境温度变化不显著时，λgas数值波动较小(环境温度-20℃～20℃时λgas变化了0.03)，故常用系统某时刻的λgas代替该时段内的λgas，其参考取值范围0.62～0.65。
PEIEV计算式(5)中，用户的电、热、冷需求Eoe,Eoh,Eoc和各设备在[0,T]时段的运行参数Fb,T,FCHP,T,Ein,T在评价时都为已知输入参数。天然气和电能的能质系数λe,λgas已求得。故求取能量价值系数参数α,β,γ，是完成PEIEV计算的关键。
2、能量价值参数求取
本节用于求取能量价值参数α,β,γ，分三步分别求取CCHP的α,β,γ，求热泵的α,β,γ，求其余设备α,β,γ，并综合上述各设备能量价值参数α,β,γ得到园区α,β,γ
电能价值参数α：电能为有序能，能量价值参数为1，有α＝1；热、冷价值参数β,γ：热、冷相对于电能具有较低的能量价值，在MEP主要生产环节中对其定量计算。
计算PEIEV的关键是解决式(5)中引入的能量价值参数。在MEP中需要充分考虑各多能耦合环节的能量转化情况，计算CCHP系统、热泵系统以及其他各设备系统的能量价值参数，进而求取MEP总能量价值参数。
1)CCHP系统的热、冷能量价值参数
CCHP系统是MEP中多能耦合的关键环节，将该CCHP系统表示为图2所示的流图。流表示工质流的做功能力，即为工质流中可以转化为其它形式能的部分。图2中，将燃气轮机表示为压气机、燃烧室、透平和发电机。透平为将高温烟汽中能量转化为机械能的装置。图中，用E0到E13分别为对应位置流。
燃气轮机的输入能源为天然气，其中所含为E0。通过天然气燃烧产生高温高压蒸气E3，进入透平带动发电机发电后变为流E6。而后依次通过吸收式制冷机、余热回收装置输出冷、热能。最终剩余烟气流E9释放到环境中。流传输情况如图3所示。
此过程中，蒸汽是携带流的主要工质。随着能量转化使用，蒸汽中蕴涵的能量品质逐级降低。引入品位A的概念来描述蒸汽中蕴含能量的质量。
品位是描述能量转化为有用功能力大小的物理量。系统中工质含越多，其品位越高。品位与的关系可以表示为式(9)，如图4所示。
A＝f(E) (9)
图4中，纵坐标品位描述能量的质量，横坐标为能量的数量。图中两点间曲线与横轴围成的面积即为生产产品能量时损失的能量价值[10]。计算生产单位产品能量时流消耗的能量价值，即可对该产品的能量价值进行评估。
以流E3到E6为例计算产品能量价值。E3,E6分别为工质流经透平前后的流，此过程产品为电能。产品每单位的能量价值ce可以表示为式(10)：
式中，E3,E6分别为工质流经透平前后的流，可根据流编号查得对应工质温度分别为T3,T6。
由于品位、无法直接测量得到，将变量转为可测量的物理量(温度)。为此，对式(10)变形。品位A由式(11)替代计算。
式中，T0(K)为环境温度；T(K)为工质蒸汽温度。蒸汽与温度的计算公式由式(12)所示。
式中，m为工质质量；cp为定压比热，取常数。
式(11)、(12)将能量价值与工质温度关联。将两式带入(10)，可由各流工质温度计算产品电能的能量价值。如式(13)所示。
冷、热能量价值求取方法与ce一致。在如图2所示的园区流图中，生产冷、热的变化流分别为E6,E8和E8,E9。计算PEIEV所需的各蒸汽流的温度T可由联供系统设备商提供或由热力学软件REFPROP查询得到。将各流工质温度仿照式(13)进行计算。可以分别得到此时冷、热的能量价值cc,ch。由式(14)给出。
电能能量价值为1并以此为基准，将热、冷能量价值归一化，得到CCHP系统的热、冷能量价值参数ch,CHP,cc,CHP。由式(17)给出。
3)热泵系统的热、冷能量价值参数
计算MEP的能量价值参数，也需要考虑热泵系统的能量利用情况，求取其能量价值参数。热泵的能效多以热泵性能系数COP进行描述，常取2.6～4.5之间，其产品能量高于生产耗能。
本方法对热泵系统能量价值参数计算时，引入热力学完善度的概念，使热泵能效归一为0～1之间的数值，避免能效因热泵特性而明显偏高的情况。
在热泵工作的过程中，消耗一定量电能下，存在最大传热极限，即在逆卡诺循环下输出的热能值。该循环可以将能量充分利用，以达到最高能效，记作COPc。以热泵理想运行模式下的能效作为基准值，对热泵能效COP进行归一化处理。本方法采用热泵实际效率COP与理想循环效率COPc之比作为热泵系统产能的能效价值参数。
本方法中，参考热力学完善度的评价方法，热泵能量价值参数定义为ci,COP如式(16)所示。
式中，COP表示实际能效；COPc表示该工况下卡诺循环能效；i表示制冷或制热情况，能量价值参数分别cc,COP,ch,COP。
4)其它设备热、冷能量价值参数
燃气锅炉等其它单输入单输出设备系统，对应的输出能量效率即为能量价质参数如式(17)所示。
ci,other＝ηi (17)
式中，ηi为燃气锅炉或对应产能设备的效率；i表示制冷制热情况，冷、热能量价值参数分别为cc,other,ch,other。
综上，在图1所示的多能协同园区中，已从各系统多能耦合环节中获得了MEP中CCHP系统、热泵系统以及其他多能耦合环节对应的热、冷的能量价值参数。
将各设备输出的能量价值根据其输出能量加权做和，即得到园区电、热、冷输出的总能量价值。将各个能量转化环节式(15)、(16)、(17)的计算结果带入，进而计算园区能量价值参数，计算式如式(18)：
式中，MEP系统中的三联供系统、热泵系统和其他设备的热/冷能量价值参数分别表示为ch,CHP,ch,COP,ch,other和cc,CHP,cc,COP,cc,other；MEP中的三联供系统、热泵系统、燃气锅炉及其它能量转化设备的热/冷输出量分别表示为Wh,CHP,Wh,COP,Wh,other,Wc,CHP,Wc,COP,Wc,other，该数据取自系统的运行时各设备的运行功率。用作求取MEP总能量价值参数的权重。
由式(18)计算得出β,γ即为基于能量质量的园区能效价值参数。电能能量价值参数为1。将α,β,γ带入公式(5)可得该多能协同园区能效评价指标。
可将α,β,γ带入公式(5)可得MEP能效评价指标。与效率相比，PEIEV解决了输出侧能量种类不同的问题，与一次能源利用效率相比，它充分考虑了多种能源的不同能量质量，是一次能源利用率的改良与优化，兼具一次能效与效率的优点，既实现了不同能量间的统一，又只需考虑输入输出简化计算。
实施例2
下面结合具体的实例对实施例1中的方案进行可行性验证，详见下文描述：
场景1：用户负荷需求不变时指标对比
在如图1所示的MEP中，设备配置由表4给出。燃气轮机在标准工况下运行，额定功率7900kW；燃气锅炉选用WNS0.7，单机额定功率额定热功率700kW，蒸汽效率0.916，并假设园区内各设备均额定运行。
系统蒸汽能流图，E0至E13 流和温度压强数据如表2所示。从中查取工质温度，代入式(13)、(14)计算得出能量价值系数ce,cc,ch。进而可得MEP热、冷能量价值参数α,β,γ。
表2 三联供系统各蒸汽流温度压强表表
将上述计算得出的α,β,γ代入式(5)即得该MEP的PEIEV指标计算式。只需输入待评价园区的输入能源量与用户用能，即可计算该MEP的能效指标PEIEV。
第二步，根据式(16)和式(17)计算热泵和其它设备能量价值参数。并将上述计算得到的能量价值参数结合，带入式(18)，可得该多能协同园区的综合能量价值参数：的数值分别为1,0.486,0.742，进一步，将其代入式(5)，即可计算该MEP的PEIEV指标。
算例MEP负荷构成如表3所示。
表3 园区单位时段用户负荷需求
本方法以分供联供两案例进行对比计算。
方案一：直接外购供电，使用燃气锅炉供热。即分供系统；
方案二：使用燃气联供供电、供热，采用以电定热方式运行，不足热负荷由燃气锅炉提供。
两方案均不考虑输配能量损失，分别计算其一次能源利用效率和基于能量价值的能效PEIEV。计算所需各设备参数由表4给出。
表4 某园区设备参数表
将表4中环境温度和天然气燃烧温度代入式(8)，得到λgas＝0.63。不计输配损耗，方案一购电Ein1＝7300MJ，购气Fin1＝224.17m3；方案二未购买电能，购气Fin2＝535.63m3。将两方案的Ein、Fin及用户需求带入式(5)，分别求取PEIEV与目前应用最广泛的一次能源利用效率，结果如表5所示。
表5 PEIEV与一次能源利用效率计算结果
其中，C1和PEIEV均表明方案二相对于方案一有较高的能源利用效率。本例中，分供与联供系统一次能源利用效率增长10.33％。本方法提出的PEIEV指标变化了15.31％。灵敏度更高。追溯其缘由，是一次能源利用效率没有根据能量价值对输入的不同能源加以修正。导致系统输入高品质能源(电能)占比变大时无法灵敏做出反应。
一次能源利用效率，电/冷/热能量价值可分别用面积SE,C1,SC,C1,SH,C1表示，所有能量价值均取最高值A1。其产品电/冷/热的能量价值为等高的矩形，故该方法跟踪MEP内能量使用情况的能力较弱，在评价MEP能效时对高品位能量变化不够敏感。
传统能质系数法电/冷/热能量价值可分别用面积SE,eq,SC,eq,SH,eq表示。表示为各产品能量价值表示为以设备出口处能量价值为高的矩形，未充分考虑设备内能量品位的连续变化。
本方法考虑全过程能量价值变化，提出的基于能量质量的能效评价指标PEIEV，由SE,PEIEV,SC,PEIEV,SH,PEIEV表示。其图形为随着工质变化的曲边梯形。充分考虑流在设备内外全流程的连续变化情况，追踪了生产不同品位能量时所消耗的有用功，可以更准确地追踪园区内能量价值的流动情况，更好地贴合能量梯级利用的原则。
场景2：用户负荷需求变化时指标对比
在图1的能流图中给出的ηCHPc,ηCHPc变化时，给出4种典型多能协同园区系统的发电与产热参数如表6，分别将其表示为Case1～Case4，用于表示四种不同技术水平的燃气轮机。用户需求的变化主要体现在需求热电比发生变化，故分别计算热电比变化时系统一次能源利用效率和PEIEV指标。
一次能源利用效率表示为C1，基于能量质量的能效PEIEV表示为N1，其随用户热电比由0.1变化为4.2的过程中，计算C1及PEIEV，其结果如图5所示。图中C1～C4分别表示技术水平由Case1变化为Case4的过程中一次能源利用效率的变化曲线，N1～N4分别表示技术水平由Case1变化为Case4过程中PEIEV指标变化情况。
表6 4种典型系统性能参数
Table 6 Parameters of 4typical systems
从图6可以看出，两能效指标都与用户热电比正相关，但一次能源利用效率会超过1，PEIEV随热电比变化趋势平稳，不会大于1。产生此现象的原因是一次能源利用效率没有统一能量价值，将较低品位易获得的能量与电能直接相加。一次能源利用效率在式(1)中，分子(Qoe+Qoh+Qoc)并没有对不同品质能量加以区分。当热需求增大时，系统产热增多，此时能效指标将被效率大于1.0的产热设备(如热泵)迅速拉高，大量生产低品位能量，有失指标公正性。
而PEIEV引入热的能量价值参数，将冷、热、电能统一于其能量价值上，再进行统一考虑。此时对热价值进行折算和归一化处理。即可避免指标随用户负荷变化时的显著偏向性，也将能效的输出控制在0到1之间，便于进行横向比较。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
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。
2.根据权利要求1所述的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，所述能效综合指标ηt具体为：
其中，α,β,γ为能量价值参数；Eoh,Eoc,Eoe分别为MEP系统向用户输出的热、冷、电能；qgas为天然气热值；λe为电能能质系数；Fin,T为[0,T]时段内输入燃气锅炉和输入三联供系统的燃料量；Ein,T表示该时段内输入系统的电能，包括电网购电Ei与可再生能源发电Si,Wi。
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