CN110378539A - 一种基于分层多能耦合燃气分布式综合能源规划部署方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于分层多能耦合燃气分布式综合能源规划部署方法，包括：根据园区的用户用能特性对园区内耗能数据进行分析，根据能耗分析数据对园区内用户的能源数据进行分类，对不同类别的能源进行配置方案比较，得到能源配置方案；通过算法对所述能源配置方案进行计算，并对计算结果进行比较，选择计算结果更优的配置方案优化设计；获取用户对配置方案的互动信息并进行分析处理，并进行园区分布式能源的优化；本发明通过对园区内耗能数据进行分析，对配置方案进行计算优化，并根据用户的互动信息作进一步优化，全方位对配置方案进行优化，实现能源部署方案的精细度提高，并避免遗漏相关机组优化的方案和信息。
Description
技术领域
本发明涉及能源规划技术领域，尤其涉及一种基于分层多能耦合燃气分布式综合能源规划部署方法。
背景技术
现今，能源高效利用多能协同是现今能源电力系统发展的重要方向，分布式能源的设计应用，是未来能源电力系统发展的重要要素。分布式能源的在园区电网中的设计部署技术是分布式能源在园区应用的重要组成部分。燃气分布式机组以天然气为燃料，带动燃气轮机或内燃机等燃气发电设备运行，产生的电力满足用户的电力需求；系统排出的废热通过余热锅炉或者溴化锂制冷机等余热回收利用设备向用户供热、供冷，实现能源的梯级利用，综合能源利用效率在70％以上，并在负荷中心就近实现能源供应，具有能效高、清洁环保、安全性好、削峰填谷、经济效益好等优点。分布式能源是园区多能协同的重要应用手段，为提高园区的能源利用效率，增加经济效益能够起到至关重要的作用。多项标准规程规范以及文献对分布式能源的部署设计都进行了规定及开展了工作，部分文献提出了理论上的综合方法(基于简单热平衡)或者仅对于热负荷平衡基础上的分布式能源的设计规范等。这些方法存在的主要问题在于：一方面基于理论基础，或者仅在实际工程上，仅就用户的单一热需求进行分析，以满足用户的热需求为主，没有考虑区域和园区的整体需求以及整体目标的实现，指标的算法需要进一步完善。在另一方面，仅从装机容量、电热匹配来规划分布式能源的容量，未考虑用户互动和智慧能源网对能源的管理作用，利用上受到一定的限制。
从现有技术来看，现采用的分布式能源定容以及部署方法，主要仅从建设条件和运行方式出发。同样以用户“以热定电”的实施为基础。原则上不计及其他设施用户互动，仅以电力平衡、热力平衡法以及初步的利用小时数进行分析和计算。在一般工程设计中仅考虑单一分布式能源供电、供热对整个系统的作用，通过运行来测算该分布式能源的技术及经济效益，以此来决定项目的技术方案和可行性，或者孤立考虑分布式能源的配置与电热供应的问题，以单点热源和运行效益的分析作为分布式能源设计的相关依据。开展相关的设计前期工作。
现有的燃气的分布式能源设计方法，采用常规的工程方法。以单点热负荷的情况进行配置。往往缺失对园区整体目标实现的分析或者仅就简单的热力平衡计算出发，缺乏对运行的精确分析。缺乏分布式能源的综合指标评估和具体的工艺流程对整体园区能源系统的影响，缺乏综合效益的评估指标及结果。不考虑智能电网、智能用户等最新技术的相关作用和影响等。
综上，现有燃气分布式能源系统的部署设计及研究主要以本地单点的热力需求为依据，不考虑全园区的综合运用，就地供应的热负荷为单一分析对象，或者在园区的电力和能源规划中仅简单考虑分布式能源的部署的供热能力和供电能力而忽视部署、工艺调节而带来的优化效果。应用传统的单一热源规划设计方法，往往会仅仅带来局部最优，或者在园区能源系统规划中，精细度偏低，容易遗漏相关机组优化的方案和信息，其规划的指导和参考作用，有待进一步加强。
发明内容
本发明提供了一种基于分层多能耦合燃气分布式综合能源规划部署方法，通过对园区内耗能数据进行分析，对配置方案进行计算优化，并根据用户的互动信息作进一步优化，以解决现有技术对能源的规划部署考虑因素单一，无法得到全局配置最优的方案的技术问题，从而全方位对配置方案进行优化，进而实现能源部署方案的精细度提高，在全局上更适合园区的需求，并避免遗漏相关机组优化的方案和信息。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于分层多能耦合燃气分布式综合能源规划部署方法，包括：
根据园区的用户用能特性对园区内耗能数据进行分析，得到能耗分析数据；
根据所述能耗分析数据对园区内用户的能源数据进行分类，并对不同类别的能源进行配置方案比较，得到能源配置方案；
通过算法对所述能源配置方案进行计算，并对计算结果进行比较，选择计算结果更优的配置方案优化设计；
获取用户对配置方案的互动信息并进行分析处理，根据其分析处理结果进行园区分布式能源的优化。
作为优选方案，所述根据园区的用户用能特性对园区内耗能数据进行分析，得到能耗分析数据，包括：
采集及利用多时间指标法精细分析园区内用户及典型用户的电力热力负荷数据；
根据园区的情况进行数据分层，并对采样的数据结合用户数据进行综合分析；
根据不同的时间尺度对各类用户至园区进行用能特性的汇总分析。
作为优选方案，所述根据园区的情况进行数据分层，具体分为：园区层、用户群层、用户层。
作为优选方案，所述不同的时间尺度，具体分为：每小时、每天和每年。
作为优选方案，所述根据所述能耗分析数据对园区内用户的能源数据进行分类，并对不同类别的能源进行配置方案比较，得到能源配置方案，包括：
将园区用户用能多类数据分析结果从用户-园区的维度上和能源的多品级维度上，通过利用的工艺流程和生产过程进行有效分类；
对园区内多能品级能源供应方案通过算法进行计算比较，对分布式能源的能源耦合供应提出相应的要求，以得到分布式能源的规模及工艺配置要求相应的综合目标。
作为优选方案，所述对园区内多能品级能源供应方案通过关键要素的比较法的算法进行计算比较。
作为优选方案，所述通过算法对所述能源配置方案进行计算，并对计算结果进行比较，选择计算结果更优的配置方案优化设计，包括：
根据所述能耗分析数据进行量化的总结与梳理，结合多能品级，多层级的要求得到分布式能源的配置条件；
基于园区综合目标、多能耦合利用消费条件以及分布式能源的电热供应能力、成本，通过算法对各类优化方案进行计算，集成融入最新的园区目标，多能协同以及各类分布式能源的工艺、元件特性，对不同的分布式能源的方案进行机型工艺的比较，以规划分布式能源的形式以及规模；
总结相应的计算成果，进行优化比较，实现园区分布式能源的优化设计，得出分布式能源初步的形式，规模以及热力工艺流程初步成果。
作为优选方案，所述基于园区综合目标、多能耦合利用消费条件以及分布式能源的电热供应能力、成本，通过算法对各类优化方案进行计算中的计算算法为综合加权计算方法。
作为优选方案，所述获取用户对配置方案的互动信息并进行分析处理，根据其分析处理结果进行园区分布式能源的优化，包括：
在园区分布式能源的优化以及控制运行策略上，考虑各类多能融合互动环节，研究用户在配置方案基础上互动信息的作用，对园区内整体能源利用的影响进行分析；
利用数据库多加权处理，利用园区主要典型制造行业的互动分析结果，对园区分布式能源的定容及架构进行优化，得到分布式能源的控制策略建议，实现经济技术和效益的最优。
作为优选方案，所述能源数据包括电能源数据、热能源数据和冷能源数据。
相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：
本发明通过对园区内耗能数据进行分析，对配置方案进行计算优化，并根据用户的互动信息作进一步优化，以解决现有技术对能源的规划部署考虑因素单一，无法得到全局配置最优的方案的技术问题，从而全方位对配置方案进行优化，进而实现能源部署方案的精细度提高，并避免遗漏相关机组优化的方案和信息。
附图说明
图1：为本发明实施例中的基于分层多能耦合燃气分布式综合能源规划部署方法结构示意图；
图2：为本发明实施例中的基于分层多能耦合燃气分布式综合能源规划部署方法流程示意图；
图3：为本发明实施例中的某园区热力负荷示意图；
图4：为本发明实施例中的技术效益综合加权优化设计分布式能源部署的流程图；
图5：为本发明实施例中的基于分层多能耦合燃气分布式综合能源规划部署方法的总体算法结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参照图1和图5，本发明优选实施例提供了一种基于分层多能耦合燃气分布式综合能源规划部署方法，包括：
S1，根据园区的用户用能特性对园区内耗能数据进行分析，得到能耗分析数据；在本实施例中，所述步骤S1包括：S11，采集及利用多时间指标法精细分析园区内用户及典型用户的电力热力负荷数据；S12，根据园区的情况进行数据分层，并对采样的数据结合用户数据进行综合分析；在本实施例中，所述根据园区的情况进行数据分层，具体分为：园区层、用户群层、用户层。S13，根据不同的时间尺度对各类用户至园区进行用能特性的汇总分析。在本实施例中，所述不同的时间尺度，具体分为：每小时、每天和每年。
S2，根据所述能耗分析数据对园区内用户的能源数据进行分类，并对不同类别的能源进行配置方案比较，得到能源配置方案；在本实施例中，所述能源数据包括电能源数据、热能源数据和冷能源数据。在本实施例中，所述步骤S2包括：S21，将园区用户用能多类数据分析结果从用户-园区的维度上和能源的多品级维度上，通过利用的工艺流程和生产过程进行有效分类；S22，对园区内多能品级能源供应方案通过算法进行计算比较，对分布式能源的能源耦合供应提出相应的要求，以得到分布式能源的规模及工艺配置要求相应的综合目标。在本实施例中，所述对园区内多能品级能源供应方案通过关键要素的比较法的算法进行计算比较。
S3，通过算法对所述能源配置方案进行计算，并对计算结果进行比较，选择计算结果更优的配置方案优化设计；在本实施例中，所述步骤S3包括：S31，根据所述能耗分析数据进行量化的总结与梳理，结合多能品级，多层级的要求得到分布式能源的配置条件；S32，基于园区综合目标、多能耦合利用消费条件以及分布式能源的电热供应能力、成本，通过算法对各类优化方案进行计算，集成融入最新的园区目标，多能协同以及各类分布式能源的工艺、元件特性，对不同的分布式能源的方案进行机型工艺的比较，以规划分布式能源的形式以及规模；在本实施例中，所述基于园区综合目标、多能耦合利用消费条件以及分布式能源的电热供应能力、成本，通过算法对各类优化方案进行计算中的计算算法为综合加权计算方法。S33，总结相应的计算成果，进行优化比较，实现园区分布式能源的优化设计，得出分布式能源初步的形式，规模以及热力工艺流程初步成果。
S4，获取用户对配置方案的互动信息并进行分析处理，根据其分析处理结果进行园区分布式能源的优化。在本实施例中，所述步骤S4包括：S41，在园区分布式能源的优化以及控制运行策略上，考虑各类多能融合互动环节，研究用户在配置方案基础上互动信息的作用，对园区内整体能源利用的影响进行分析；S42，利用数据库多加权处理，利用园区主要典型制造行业的互动分析结果，对园区分布式能源的定容及架构进行优化，得到分布式能源的控制策略建议，实现经济技术和效益的最优。
下面结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
本发明从园区综合能源的整体需求、统一能量管理的相关要求，在将园区的统一规划与分布式能源的详细工艺流程相结合。在规划中体现出燃气分布式能源的各个工艺流程，分布式能源的部署设计中应用园区的统一能源需求。构造能够应用到整体园区规划以及能源前期设计的分布式能源部署设计方法。以在园区的统一架构下，有效提高分布式能源的技术和经济效益。
本发明所提供的方案，主要框架如图1所示。其中技术方法包括，(1)园区分层及热力负荷分析和分布式能源配置技术；(2)园区多能品级耦合的分布式能源设计技术；(3)园区的技术效益多参数综合加权分布式能源部署技术；(4)用户多能耦合互动环节在园区分布式能源的应用。其中各项主要环节的逻辑关系，如图2所示。
1)园区分层及热力负荷分析技术
利用适合区域～工业园区能源消耗及电、热、冷综合预测结果，根据园区的具体情况结合南方典型用户的用能特性，分为采样、分层及综合分析处理三个步骤，第一步即采集典型用户的电力热力负荷(逐时)，如图3所示；第二步根据园区的情况分为园区-用户群-用户三个层级，对采样的数据结合典型用户数据进行综合分析；第三步就逐时-日-年等不同的时间尺度对进行各类用户至园区进行用能特性的汇总分析。则并将其机理分析在分布式能的配置算法得以体现。并汇总利用多种工业园区用户能源输出特性的详细各类分析结果作为验证。
2)园区多能品级耦合分布式能源设计技术
以1)中所分析的多品级能源的总量、分时特性成果为基础，在多品能源耦合技术中，分为以下几个步骤，第一步将园区典型用户用能(包含冷、热、电)等多类数据分析结果从用户-园区的维度上就能源的多品级利用的工艺流程和生产过程进行有效分类。第二步则根据最新的能源多品级经济-技术结构，对园区内多能品级能源供应采用多方案关键要素比较法等方法，对分布式能源的能源耦合供应提出相应的要求。以得到分布式能源的规模及工艺配置要求等相应的综合目标。
3)园区的技术效益多参数综合加权分布式能源部署技术
在多能品级分布式能源技术要求的基础上，对分布式能源的形式规模和工艺流程进行优化，原有的园区分布式能源的配置除去以调峰作用或者“以热定电”的技术应用往往过于简单，本部署技术则在园区部署的经验和基础上，分为以下几个步骤，第一步，就园区的能源需求根据1)的成果进行量化的总结与梳理，根据多能品级，多层级的要求提出分布式能源的配置条件，第二步应用基于园区综合目标、多能耦合利用消费条件以及分布式能源的电热供应能力、成本以及各类优化方案等综合加权计算方法。集成融入最新的园区目标，多能协同以及各类分布式能源的工艺、元件特性，对不同的分布式能源的方案进行机型工艺的比较。规划分布式能源的形式以及规模等，第三，总结相应的计算成果，进行优化比较，实现园区分布式能源的优化设计。得出分布式能源初步的形式，规模以及热力工艺流程初步成果。如图4所示。
4)用户多能耦合互动环节对园区分布式能源的优化
以3)的基本形式与规模为基础，优化过程分为两步，第一步为影响评估，结合最新的智能电网、用户用能等技术。在园区分布式能源的优化以及控制运行策略上，考虑各类多能融合互动环节，其中包括分布式协调控制装置、用户互动、能量管理系统的部分控制策略，对园区内整体能源利用的影响进行分析。第二步则为配置及策略优化，利用数据库多加权处理，利用园区主要典型制造行业的互动分析结果，以模糊处理以及专家库等多种灵活形式，对园区分布式能源的定容及架构进行优化。提出分布式能源的控制策略建议，实现经济技术和效益的最优。
该类方法基于电热冷多品级、多用户的能源分析基础，在分层上采用了园区～用户集群及用户统一及综合考虑的计算结构。在分布式能源上则考虑了机型多样化比较、供热工艺的六种方式选择来进行机组形式和规模的优化，并采用了多参数综合指标和计算方法结构。并在方案初选后有效考虑了用户互动的效果和结构，并也提出了相应算法，综上，能源中分类，规模部署上分层，机型、供应工艺相结合考虑计及用户互动等综合考虑提出分布式能源的相应定容计算和选择方法。
本发明成果综合能源一体化规划、多能协同、智能能源配置等研究成果、分析技术。基于用户的主要特性，以提高园区能源的综合能源效益为目标，从多个层级，多类能源品级参数为基础，实现分布式能源在园区内的优化部署。其发明成果作为园区分布式能源的重要设计依据，为分布式能源在园区的配置设计提供有效的前期参考，对推进综合能源以及智慧城市建设等具有十分有益的通。该部署设计方法，已在示范项目以及多项园区综合能源规划分布式能源设计中得到有效运用。
本发明的关键点在于：
1园区能源系统统一一体化规划的技术积累和基础
基于南方地区园区的能源电力及用户项目实际应用而积累的园区内一体化规划方法与分布式能源配置的相互联系的相关经验。其中包括园区用户的用能特性下分布式能源匹配的一体化规划所选择的相关技术积累与基础。其中与典型热力用户的基于用户特性总结、电源出力、运行经验用综合分层多能耦合比较法分析的相关结果。
2园区分布式能源供热工艺与园区多能协同一要求统一结合的技术与算法。
基于园区用户需求与能源供热工艺的综合匹配和比较方法，包括对经济、技术等指标参数进行有效的融合。根据实际经验建立热力供应匹配的技术-经济-型号库的多因素加权模型，有效结合园区能源系统的规划成果以及分布式能源的选型和架构设计技术，构造出园区能源需求-供热工艺匹配的分布式能源的配置定容设计方法，可有效提高分布式能源选择的技术-经济效益，满足园区能源供应需求。
3结合园区智能实际投运分布式协调控制系统成果，根据智能能源网配置、分布式控制系统、用户的互动研究成果在本专利中综合构造了冷热电分布式能源定容配置基本算法，具体包括：1)建立区域-园区-用户一体化的分布式能源多层定容机制；2)结合智能化技术、多能耦合建立分布式能源的设计优化算法；3)综合各类效益得失，确定相关分布式能源的容量，优化工艺形式。
本发明有效结合了园区各类用户的冷热电等多能特性及相关情况，以分布式能源的性能特性数据为基础，建立起区域-园区及用户多层级的多能冷热耦合的分布式能源定容及工艺流程选择方法。结合园区整体规划成果，以及智能电网对用户的影响等多种要素，该项技术的提出，全方位提高园区分布式能源部署的效率和经济效益。保障园区的能源供应。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于分层多能耦合燃气分布式综合能源规划部署方法，其特征在于，包括：
根据园区的用户用能特性对园区内耗能数据进行分析，得到能耗分析数据；
根据所述能耗分析数据对园区内用户的能源数据进行分类，并对不同类别的能源进行配置方案比较，得到能源配置方案；
通过算法对所述能源配置方案进行计算，并对计算结果进行比较，选择计算结果更优的配置方案优化设计；
获取用户对配置方案的互动信息并进行分析处理，根据其分析处理结果进行园区分布式能源的优化。
2.如权利要求1所述的基于分层多能耦合燃气分布式综合能源规划部署方法，其特征在于，所述根据园区的用户用能特性对园区内耗能数据进行分析，得到能耗分析数据，包括：
采集及利用多时间指标法精细分析园区内用户及典型用户的电力热力负荷数据；
根据园区的情况进行数据分层，并对采样的数据结合用户数据进行综合分析；
根据不同的时间尺度对各类用户至园区进行用能特性的汇总分析。
3.如权利要求2所述的基于分层多能耦合燃气分布式综合能源规划部署方法，其特征在于，所述根据园区的情况进行数据分层，具体分为：园区层、用户群层、用户层。
4.如权利要求2所述的基于分层多能耦合燃气分布式综合能源规划部署方法，其特征在于，所述不同的时间尺度，具体分为：每小时、每天和每年。
5.如权利要求1所述的基于分层多能耦合燃气分布式综合能源规划部署方法，其特征在于，所述根据所述能耗分析数据对园区内用户的能源数据进行分类，并对不同类别的能源进行配置方案比较，得到能源配置方案，包括：
将园区用户用能多类数据分析结果从用户-园区的维度上和能源的多品级维度上，通过利用的工艺流程和生产过程进行有效分类；
对园区内多能品级能源供应方案通过算法进行计算比较，对分布式能源的能源耦合供应提出相应的要求，以得到分布式能源的规模及工艺配置要求相应的综合目标。
6.如权利要求5所述的基于分层多能耦合燃气分布式综合能源规划部署方法，其特征在于，所述对园区内多能品级能源供应方案通过关键要素的比较法的算法进行计算比较。
7.如权利要求1所述的基于分层多能耦合燃气分布式综合能源规划部署方法，其特征在于，所述通过算法对所述能源配置方案进行计算，并对计算结果进行比较，选择计算结果更优的配置方案优化设计，包括：
根据所述能耗分析数据进行量化的总结与梳理，结合多能品级，多层级的要求得到分布式能源的配置条件；
基于园区综合目标、多能耦合利用消费条件以及分布式能源的电热供应能力、成本，通过算法对各类优化方案进行计算，集成融入最新的园区目标，多能协同以及各类分布式能源的工艺、元件特性，对不同的分布式能源的方案进行机型工艺的比较，以规划分布式能源的形式以及规模；
总结相应的计算成果，进行优化比较，实现园区分布式能源的优化设计，得出分布式能源初步的形式，规模以及热力工艺流程初步成果。
8.如权利要求7所述的基于分层多能耦合燃气分布式综合能源规划部署方法，其特征在于，所述基于园区综合目标、多能耦合利用消费条件以及分布式能源的电热供应能力、成本，通过算法对各类优化方案进行计算中的计算算法为综合加权计算方法。
9.如权利要求1所述的基于分层多能耦合燃气分布式综合能源规划部署方法，其特征在于，所述获取用户对配置方案的互动信息并进行分析处理，根据其分析处理结果进行园区分布式能源的优化，包括：
在园区分布式能源的优化以及控制运行策略上，考虑各类多能融合互动环节，研究用户在配置方案基础上互动信息的作用，对园区内整体能源利用的影响进行分析；
利用数据库多加权处理，利用园区主要典型制造行业的互动分析结果，对园区分布式能源的定容及架构进行优化，得到分布式能源的控制策略建议，实现经济技术和效益的最优。
10.如权利要求1所述的基于分层多能耦合燃气分布式综合能源规划部署方法，其特征在于，所述能源数据包括电能源数据、热能源数据和冷能源数据。
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