CN111064221A - 一种分布式能源站设备运行策略寻优方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种分布式能源站设备运行策略寻优方法，针对分布式能源站内的各种设备建立不同设备的效率模型；根据分布式能源站向外供应各种能源的单价及购买天然气、电力、补水的单价；计算出在满足用户侧对于冷、热、电以及生活热水等能源需求的情况下，分布式能源站内各种设备所有可能的运行情况；并计算出不同运行情况下，分布式能源站整体利润情况；选择整体利润最大的运行策略为分布式能源站设备运行策略寻优结果。本发明提供的方法可以有效解决分布式能源站运行策略选择问题；可以在满足用户侧需求的情况下，使得分布式能源站内的各种设备均运行在相对最优的工况，从而达到优化分布式能源站内各种设备运行策略的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种分布式能源站设备运行策略寻优方法，属于分布式能源利用技术领域。
背景技术
分布式能源多联供项目是国家鼓励产业，加快分布式能源多联供项目开发，能优化调整电源结构，促进节能减排，推动地方经济发展。
分布式能源系统是以“效益规模”为法则的第二代能源系统，以天然气为燃料的分布式能源系统，实行热电冷联产，可以大幅度提高能源转换效率和减少能源输送损失。随着我国经济社会快速发展，城镇化的迅速推进和作为城镇主体形态的城市群空间格局的形成，以及人民生活水平的提高，建设资源节约型和环境友好型社会的思想深入人心和全面落实，分布式能源系统将会迅速发展。
分布式能源站内往往设备种类较多，例如内燃发电机、烟气热水型溴化锂机组、离心式冷水机、水源热泵、空气源热泵等，在满足用户固定的电、冷、热需求情况下，不同的设备如何组合运行能够达到最大的经济效益是一个值得深入探讨的问题，目前的分布式能源站需要运行人员根据个人经验对设备如何运行进行判断，往往无法达到理想的效果。
发明内容
本发明的目的在于克服传统的分布式能源站设备运行策略选择过度依赖运行人员个人经验的问题，提出了一种全新的分布式能源站设备运行策略寻优方法，本方法运用在已建成运行的分布式能源站内，可以有效地解决能源站内设备运行策略的选择问题，可以在满足用户侧对于电、冷、热等能源实际需求的情况下，使得能源站内设备运行的总体利润最大。
为实现上述目的，本发明的具体技术方案是提供了一种分布式能源站设备运行策略寻优方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、获取分布式能源站内目前使用的设备类型及具体参数；
步骤2、根据步骤1获得的设备类型及具体参数分别建立设备的效率模型；
步骤3、获取分布式能源站向外供应冷、热、电以及生活热水等能源的含税单价；
步骤4、获取分布式能源站目前购买天然气、电力以及补水的含税单价；
步骤5、获取目前用户侧对于冷、热、电以及生活热水等能源的需求情况；
步骤6、根据步骤1获取的分布式能源站内的设备类型及具体参数以及步骤5获取的目前用户侧对于冷、热、电以及生活热水等能源的需求情况，计算出在满足用户侧对于冷、热、电以及生活热水等能源需求的条件下，分布式能源站内各种设备所有可能的运行策略；
步骤7、根据步骤2建立的分布式能源站内各种设备的效率模型、步骤3获取额分布式能源站向外供应冷、热、电以及生活热水等能源的单价、步骤4获取的分布式能源站目前购买天然气、电力以及补水的单价以及步骤6计算出的分布式能源站内各种设备所有可能的运行策略，计算出不同运行策略下，分布式能源站整体利润情况；
步骤8、根据步骤7计算出的不同运行策略下，分布式能源站整体利润情况，选择分布式能源站整体利润最大的运行策略为分布式能源站设备运行策略寻优结果。
优选地，步骤1中，所述设备类型包含：天然气内燃发电机、烟气热水型溴化锂机组、离心式冷水机、天然气采暖锅炉、天然气生活热水锅炉、冷冻水循环水泵、离心式冷水机冷却水循环水泵、烟气热水型溴化锂机组循环水泵、采暖水循环水泵、生活热水循环水泵。
优选地，步骤1中，所述设备的具体参数包含：发电功率、余热功率、制冷功率、制热功率、设备最低允许负荷率。
优选地，步骤2中，所述效率模型包含：天然气内燃发电机组的发电效率和余热效率与环境温度、大气压力、设备背压、天然气热值、设备运行负荷率的关系模型；离心式冷水机制冷COP与设备运行负荷率、环境温度、冷冻水进出口水温、冷却水进出口水温、冷冻水流量、冷却水流量的关系模型；天然气锅炉(包含天然气采暖锅炉和天然气生活热水锅炉)的锅炉效率(％)与设备运行负荷率、环境温度、采暖水进出口水温、采暖水流量的关系模型；烟气热水型溴化锂机组的制冷COP以及制热COP与内燃机排烟温度、内燃机缸套水进出口温度、内燃机缸套水流量、内燃机负荷率、环境温度、溴化锂排烟温度的关系模型；水泵(包含冷冻水循环水泵、离心式冷水机冷却水循环水泵、烟气热水型溴化锂机组循环水泵、采暖水循环水泵、生活热水循环水泵)的扬程和水泵效率与水泵内水流量、水泵运行频率、环境温度的关系模型。
优选地，步骤6中，所述运行策略指的是：能源站内各设备分别运行在多大的负荷率。
优选地，步骤7中，所述整体利润为分布式能源站在某种运行策略下，含税收入减去含税成本的差值。
本发明的有益效果是：可以有效解决分布式能源项目设备种类多，每种设备效率模型均不相同，选择最经济的运行策略困难的问题；可以在保证用户侧对于冷、热、电以及生活热水等能源需求充分满足的情况下，使得分布式能源站内的各种设备均运行在相对最优的工况，从而达到优化分布式能源站内各种设备运行策略的目的。
附图说明
图1为本发明分布式能源站设备运行策略寻优方法计算流程图；
图2为本发明实施例中内燃发电机设备负荷率与内燃机发电效率的关系曲线；
图3为本发明实施例中内燃发电机设备负荷率与内燃机余热效率的关系曲线；
图4为本发明实施例中烟气热水型溴化锂机组设备负荷率与制冷COP的关系曲线；
图5为本发明实施例中烟气热水型溴化锂机组设备负荷率与制热效率的关系曲线；
图6为本发明实施例中离心式冷水机设备负荷率与制冷COP的关系曲线；
图7为本发明实施例中天然气采暖锅炉设备负荷率与制热效率的关系曲线。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
本发明为一种分布式能源站设备运行策略寻优方法，如图1所示，具体步骤如下：
步骤1、获取某分布式能源站主要设备及参数，列于表1；
表1：
烟气热水型溴化锂机组利用内燃机发电余热进行制冷制热，烟气热水型在同一个时刻仅可以制冷或者制热，不可以同时制冷和制热。
设备主要参数均为1台设备的参数。
步骤2、根据步骤1中的设备类型，建立某分布式能源站内各设备的效率模型；
本实施例为了直观的体现，各设备效率模型仅考虑最主要的影响因素，如下所述：
内燃发电机考虑设备负荷率与内燃机发电效率和余热效率的关系，内燃发电机设备最低允许运行在50％负荷；内燃发电机设备负荷率与内燃机发电效率的关系曲线如图2所示；内燃发电机设备负荷率与内燃机余热效率的关系曲线如图3所示；
烟气热水型溴化锂机组考虑设备负荷率与制冷COP和制热效率的关系，烟气热水型溴化锂机组在运行时设备负荷率与内燃发电机保持一致，烟气热水型溴化锂机组最低允许运行在50％负荷；烟气热水型溴化锂机组设备负荷率与制冷COP的关系曲线如图4所示；烟气热水型溴化锂机组设备负荷率与制热效率的关系曲线如图5所示；
离心式冷水机考虑设备负荷率与制冷COP的关系，离心式冷水机最低允许运行在20％负荷；离心式冷水机设备负荷率与制冷COP的关系曲线如图6所示；
天然气采暖锅炉考虑设备负荷率与制热效率的关系，天然气采暖锅炉最低允许运行在20％负荷；天然气采暖锅炉设备负荷率与制热效率的关系曲线如图7所示。
各个水泵均为定频水泵，在各种情况下水流量不变，认为水泵功率是定值。
步骤3、获取某分布式能源站向外供应电、冷、热的含税单价，结果列于表2；
表2：
| 能源类型 | 单位 | 单价 |
| 供电 | 元/kWh | 0.65 |
| 供冷 | 元/kWh | 0.495 |
| 供热 | 元/kWh | 0.65 |
步骤4、获取某分布式能源站向外购买天然气、电、水的含税单价，结果列于表3；
表3：
| 能源类型 | 单位 | 单价 |
| 天然气 | 元/Nm<sup>3</sup> | 2.6 |
| 电 | 元/kWh | 0.6707 |
| 水 | 元/t | 5 |
步骤5、获取某分布式能源站某时刻用户对于电、冷、热等能源的需求情况，结果列于表4；
表4：
| 能源类型 | 单位 | 需求数量 |
| 电负荷 | kW | 4000 |
| 冷负荷 | kW | 9200 |
| 热负荷 | kW | 0 |
此时用户仅有冷负荷需求，没有热负荷需求，此时为制冷季。
能源站内燃发电机发电量在不满足电负荷需求时，可以从电网购买电量。
步骤6、根据步骤1获取的某分布式能源站内的设备类型、具体型号参数以及步骤5获取的目前用户侧对于冷、热、电以及生活热水等能源的需求情况，计算出在满足用户侧对于冷、热、电以及生活热水等能源需求的情况下，能源站内各种设备所有可能的运行情况，由于能源站可能的运行情况较多，此处仅列举其中5个工况于表5；
表5：
步骤7、根据步骤2建立的某分布式能源站内各种设备的效率模型、步骤6计算出的某分布式能源站内各种设备所有可能的运行情况、步骤3获取的某分布式能源站向外供应冷、热、电以及生活热水等能源的单价以及步骤4获取的某分布式能源站目前购买天然气、电力以及补水的单价，计算出不同运行情况下，分布式能源站整体的利润情况，由于可能的运行情况较多，此处仅选取步骤6中列举的5个工况进行计算，计算结果列于表6；
表6：
| 工况序号 | 收入 | 成本 | 利润 |
| 工况1 | 4683.93元 | 1308.02 | 3375.91 |
| 工况2 | 4554 | 1186.68 | 3367.32 |
| 工况3 | 4554 | 1349.5 | 3204.5 |
| 工况4 | 4554 | 1362 | 3192 |
| 工况5 | 4554 | 1373 | 3181 |
步骤8、根据步骤7的计算结果，选出某分布式能源站内各个设备的最佳运行策略，结果列于表7；
表7：
| 设备类型 | 负荷率 | 设备出力 |
| 1号内燃发电机 | 100％ | 792kW(电) |
| 2号内燃发电机 | 100％ | 792kW(电) |
| 1号烟气热水溴化锂 | 100％ | 930kW(冷) |
| 2号烟气热水溴化锂 | 100％ | 930kW(冷) |
| 1号离心式冷水机 | 60％ | 1898.4kW(冷) |
| 2号离心式冷水机 | 60％ | 1898.4kW(冷) |
| 3号离心式冷水机 | 60％ | 1898.4kW(冷) |
| 4号离心式冷水机 | 60％ | 1898.4kW(冷) |
| 1号天然气采暖锅炉 | 0％ | 0kW(热) |
| 2号天然气采暖锅炉 | 0％ | 0kW(热) |
此时能源站总利润为3375.91元，能源站总成本为1308.02元。
Claims (6)
1.一种分布式能源站设备运行策略寻优方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、获取分布式能源站内目前使用的设备类型及具体参数；
步骤2、根据步骤1获得的设备类型及具体参数分别建立设备的效率模型；
步骤3、获取分布式能源站向外供应冷、热、电以及生活热水等能源的含税单价；
步骤4、获取分布式能源站目前购买天然气、电力以及补水的含税单价；
步骤5、获取目前用户侧对于冷、热、电以及生活热水等能源的需求情况；
步骤6、根据步骤1获取的分布式能源站内的设备类型及具体参数以及步骤5获取的目前用户侧对于冷、热、电以及生活热水等能源的需求情况，计算出在满足用户侧对于冷、热、电以及生活热水等能源需求的条件下，分布式能源站内各种设备所有可能的运行策略；
步骤7、根据步骤2建立的分布式能源站内各种设备的效率模型、步骤3获取额分布式能源站向外供应冷、热、电以及生活热水等能源的单价、步骤4获取的分布式能源站目前购买天然气、电力以及补水的单价以及步骤6计算出的分布式能源站内各种设备所有可能的运行策略，计算出不同运行策略下，分布式能源站整体利润情况；
步骤8、根据步骤7计算出的不同运行策略下，分布式能源站整体利润情况，选择分布式能源站整体利润最大的运行策略为分布式能源站设备运行策略寻优结果。
2.如权利要求1所述的一种分布式能源站设备运行策略寻优方法，其特征在于，步骤1中，所述设备类型包含：天然气内燃发电机、烟气热水型溴化锂机组、离心式冷水机、天然气采暖锅炉、天然气生活热水锅炉、冷冻水循环水泵、离心式冷水机冷却水循环水泵、烟气热水型溴化锂机组循环水泵、采暖水循环水泵、生活热水循环水泵。
3.如权利要求1所述的一种分布式能源站设备运行策略寻优方法，其特征在于，步骤1中，所述设备的具体参数包含：发电功率、余热功率、制冷功率、制热功率、设备最低允许负荷率。
4.如权利要求1所述的一种分布式能源站设备运行策略寻优方法，其特征在于，步骤2中，所述效率模型包含：天然气内燃发电机组的发电效率和余热效率与环境温度、大气压力、设备背压、天然气热值、设备运行负荷率的关系模型；离心式冷水机制冷COP与设备运行负荷率、环境温度、冷冻水进出口水温、冷却水进出口水温、冷冻水流量、冷却水流量的关系模型；天然气锅炉(包含天然气采暖锅炉和天然气生活热水锅炉)的锅炉效率(％)与设备运行负荷率、环境温度、采暖水进出口水温、采暖水流量的关系模型；烟气热水型溴化锂机组的制冷COP以及制热COP与内燃机排烟温度、内燃机缸套水进出口温度、内燃机缸套水流量、内燃机负荷率、环境温度、溴化锂排烟温度的关系模型；水泵(包含冷冻水循环水泵、离心式冷水机冷却水循环水泵、烟气热水型溴化锂机组循环水泵、采暖水循环水泵、生活热水循环水泵)的扬程和水泵效率与水泵内水流量、水泵运行频率、环境温度的关系模型。
5.如权利要求1所述的一种分布式能源站设备运行策略寻优方法，其特征在于，步骤6中，所述运行策略指的是：能源站内各设备分别运行在多大的负荷率。
6.如权利要求1所述的一种分布式能源站设备运行策略寻优方法，其特征在于，步骤7中，所述整体利润为分布式能源站在某种运行策略下，含税收入减去含税成本的差值。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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