CN112290543A - 一种能源互联系统的能源利用效率薄弱点辨识方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种能源互联系统的能源利用效率薄弱点辨识方法及系统，按照能源供应‑传输‑转换‑存储‑使用的环节及相应环节的设备，建立能源互联系统的物理拓扑模型；基于能源互联系统能源检测点采集的数据信息，得到能源在能源互联系统供应‑传输‑转换‑存储‑使用的环节的能量流动量，计算各环节的能量损耗，形成能源互联系统的能流图；根据能源互联系统供需两侧的能源输入量和能源使用量计算能源互联系统的能源利用效率；将能源互联系统的能源利用效率与对标值进行比较，辨识能源互联系统能源利用效率的薄弱点。本方明所提方法有助于挖掘系统能效薄弱点，可全面、客观反映系统‑环节‑设备的能效状态，能够有效定位系统能源利用的薄弱点。

Description

一种能源互联系统的能源利用效率薄弱点辨识方法及系统

技术领域

本发明属于能源利用技术领域，涉及一种能源互联系统的能源利用效率薄弱点辨识方法及系统。

背景技术

当前，我国能源面临能耗总量大、增长快的发展形势。在能源供应环节，煤炭占比高，可再生能源消纳困难，环境污染严重；在能源网络传输环节，电、热、冷、气等不同能源系统相对封闭孤立；在能源使用环节，能源利用效率低，单位GDP能耗为欧美发达国家平均水平的2倍以上。面对能源发展形势，我国提出了构建能源互联网，探索能源环保、绿色、低碳发展道路，促进能源电力清洁低碳转型，优化能源综合利用效率。

然而，现有电、气、冷、热等不同能源系统独立运行，能效分析手段主要是从结构节能、技术节能、管理节能等角度分析能效薄弱点，挖掘能效提升潜力。区别于电、气、冷、热独立能源系统，能源互联网是深度融合能源系统和互联网的新一代能源系统，在物理拓扑结构上包含能量供应、传输、转换、存储、使用等多个环节的设备，实现多种能源之间的紧密耦合、互补协调、优化利用。现阶段，有关能源互联网的能效分析仍处于探讨阶段，较多采用建立评价指标并通过加权法来评估。随着能源互联网的建设发展，如何客观辨识能源互联网的能效薄弱点，是促进能源互联系统高效运行需要解决的关键问题之一。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明的目的在于，从能源互联系统角度出发，提出一种能源互联系统的能源利用效率薄弱点辨识方法及系统，基于能源互联系统能源测点采集的数据信息，形成系统能量流动图，直观剖析多种能源在供-转-输-储-用各环节的用能情况，辨识主要耗能环节和重点耗能设备，有针对性性挖掘能源应用存在问题，提升能源利用效率。

本发明采用如下的技术方案：

一种能源互联系统的能源利用效率薄弱点辨识方法，所述辨识方法包括以下步骤：

步骤1：按照能源供应-传输-转换-存储-使用的环节及相应环节的设备，建立能源互联系统的物理拓扑模型；

步骤2：结合步骤1所得物理拓扑模型，基于能源互联系统能源检测点采集的数据信息，得到能源在能源互联系统供应-传输-转换-存储-使用的环节的能量流动量，计算各环节的能量损耗，将不同能源的能量折算为统一单位制，形成能源互联系统的能流图；

步骤3：结合步骤2所得能流图，根据能源互联系统供需两侧的能源输入量和能源使用量计算能源互联系统的能源利用效率；

步骤4：将步骤3所得的能源互联系统的能源利用效率与对标值进行比较，若能源利用效率大于对标值，则表明该能源互联系统能源利用效率较高；若能源利用效率低于对标值，结合步骤2所得的能流图，采用反平衡法分环节分设备定位能量损耗大的环节，计算该环节设备的效率，辨识能源互联系统能源利用效率的薄弱点。

所述步骤1中能源供应环节包括一次能源和二次能源。

所述步骤1中能源传输-转换-存储环节包括交直流转换、电气冷热转换和储能，其中储能包括电储能、冷储能、热储能和储气罐；

电储能用于CHP、CCHP和常规发电机组与电负荷之间的储能；

冷储能用于制冷剂、CCHP和热泵与冷负荷之间的储能；

热储能用于热站与热负荷之间的储能；

储气罐用于天然气网与气负荷之间的储能，

其中，CHP为热电联产系统，CCHP为冷热电联产系统。

所述步骤3中根据供应环节不同能源能量的输入量，计算能源互联系统的能源输入量，即能源互联系统能源的总供应量，根据末端用能环节不同能源能量的使用量，计算能源互联系统的能源使用量，即能源互联系统能源的末端总消耗量，基于能源总供应量和总消耗量，采用正平衡法计算能源互联系统的能源利用效率；

能源利用效率

其中，a为能源互联系统的能源输入量，b为能源互联系统的能源使用量。

所述步骤3中当供应环节低碳清洁能源占比∈[0，1)，且低碳清洁能源为可再生能源，则能源互联系统供应环节包含除低碳清洁能源之外的其它能源，低碳清洁能源供应量不计入能源互联系统供应环节外来能量的统计范围内，

能源利用效率

其中，c为使用环节电耗、气耗、热耗、冷耗当量值的总和，d为供应环节外来电、气、热、冷及其它能源能量当量值的总和。

所述步骤3中当供应环节低碳清洁能源占比＝1，且低碳清洁能源为可再生能源，则能源互联系统供应环节仅为低碳清洁能源，低碳清洁能源供应量计入能源互联系统供应环节的统计范围内，

能源利用效率

其中，c为使用环节电耗、气耗、热耗、冷耗当量值的总和，f为供应环节低碳清洁能源能量当量值的总和。

所述步骤4中，所述对标值为设定的效率阈值，该阈值可以根据情况选择历史值、标杆值或设计值。

所述步骤4中，辨识薄弱环节：能源利用效率∝{供能环节能效，输能环节能效，转换环节能效，储能环节能效}，能源利用效率与各环节能效水平正相关，其影响因素包括环节之间匹配程度和环节自身的能效水平，首先辨识能效薄弱环节以及潜在薄弱点，在此基础上再进一步分析导致薄弱的原因所在；

各环节能效水平对能源利用效率的贡献程度并不完全相同，逐个剖析环节能效水平，将各环节能效水平与其对应阈值进行比较分析，确定能效薄弱环节。

所述步骤4中，辨识重点耗能设备：薄弱环节能效∝{耗能设备1、耗能设备2、……、耗能设备n}，由薄弱环节能源与环节耗能设备能效水平正相关，其影响因素主要为设备利用效率或者设备自身能效水平，首先辨识环节中能效薄弱点，再进一步分析导致薄弱的原因所在；

环节中设备能效水平对环节能效水平的贡献程度并不完全相同，通过剖析环节设备能效水平，将设备能效水平与其对应阈值进行比较分析，确定能效薄弱设备。

一种能源互联系统的能源利用效率薄弱点辨识系统，所述辨识系统包括物理拓扑模型模块、能流图模块、能源利用效率计算模块和能源利用效率薄弱点辨识模块，

所述物理拓扑模型模块按照能源供应-传输-转换-存储-使用的环节及相应环节的设备，建立能源互联系统的物理拓扑模型；

所述能流图模块基于能源互联系统能源检测点采集的数据信息，得到能源在能源互联系统供应-传输-转换-存储-使用的环节的能量流动量，计算各环节的能量损耗，将不同能源的能量折算为统一单位制，形成能源互联系统的能流图；

所述能源利用效率计算模块根据能源互联系统供需两侧的能源输入量和能源使用量计算能源互联系统的能源利用效率；

所述能源利用效率薄弱点辨识模块将所得的能源互联系统的能源利用效率与对标值进行比较，若能源利用效率大于对标值，则表明该能源互联系统能源利用效率较高；若能源利用效率低于对标值，结合能流图，采用反平衡法分环节分设备定位能量损耗大的环节，计算该环节设备的效率，辨识能源互联系统能源利用效率的薄弱点。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明从系统的角度，结合能流图，创新提出一种能源互联系统的能源利用效率薄弱点辨识方法及系统；分场景构建了能源互联系统的能源利用效率模型，突出了清洁低碳可再生能源在能源利用效率中的作用，助力清洁低碳、安全高效现代能源体系的构建，同时也客观反映了能源互联系统的能源利用水平；提出了系统-环节-设备逐层辨识能效薄弱点的方法。本方明所提方法有助于挖掘系统能效薄弱点，克服了当前仅关注能源使用环节设备的能效状态，可全面、客观反映系统-环节-设备的能效状态，能够有效定位系统能源利用的薄弱点。

附图说明

图1是本发明能源互联系统的典型物理拓扑模型图；

图2是本发明与能源互联系统物理拓扑相对应的能流示意图；

图3是本发明能源互联系统能源利用效率薄弱点分析流程图；

图4是一种能源互联系统的能源利用效率薄弱点辨识系统的具体工作流程图。

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，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。本申请所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部实施例。基于本发明精神，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。

步骤1：按照能源供应-传输-转换-存储-使用等环节及环节主要设备，搭建能源互联系统的物理拓扑模型，如图1所示；

步骤2：结合物理拓扑模型，基于能源互联系统能源测点采集的数据信息，得到能源在能源互联系统供应-传输-转换-存储-使用等环节的能量流动量，计算各环节的能量损耗，将不同能源的能量折算为统一单位制，形成典型工况下能源互联系统的能流图，如图2所示；

步骤3：结合能流图，计算能源互联系统供需两侧即能源输入量、能源使用量，计算能源互联系统的能源利用效率。

能源利用效率

其中，a为能源互联系统的能源输入量，b为能源互联系统的能源使用量。

具体如下：

根据供应环节不同能源能量的输入量，计算能源互联系统的能源输入量，即能源互联系统能源的总供应量，根据末端用能环节不同能源能量的使用量，计算能源互联系统的能源使用量，即能源互联系统能源的末端总消费量，其中，能源互联系统的能源产出量，不考虑由于用能习惯等因素导致的使用环节的能源浪费量，仅考虑通过能源互联系统供能-输能-转能-储能环节传输至使用环节的能源量；基于能源总供应量和最终总消费量，采用正平衡法计算能源互联系统的能源利用效率。

计算模型分两种场景：

场景一：从当前鼓励发展清洁低碳可再生能源的角度而言，为更好反映出传统石化能源的利用效率以及清洁低碳可再生能源的贡献，计算模型如下：

模型Ⅰ：如果供应环节低碳清洁能源占比∈[0，1)，且低碳清洁能源为可再生能源，则能源互联系统供应环节包含除低碳清洁能源之外的其它能源，低碳清洁能源供应量不计入能源互联系统供应环节外来能量的统计范围内。

能源利用效率

其中，c为使用环节电耗、气耗、热耗、冷耗当量值的总和，d为供应环节外来电、气、热、冷及其它能源能量当量值的总和。

能源利用效率大于0。该值越大，表明能源互联系统的能源利用效率越高。其中，如果供应环节低碳清洁能源占比＝0，则能源利用效率∈[0，1)。供应环节低碳清洁能源占比越大，则能源利用效率值越大。

模型II：如果供应环节低碳清洁能源占比＝1，且低碳清洁能源为可再生能源，则能源互联系统供应环节仅为低碳清洁能源，低碳清洁能源供应量计入能源互联系统供应环节的统计范围内。

能源利用效率

其中，c为使用环节电耗、气耗、热耗、冷耗当量值的总和，f为供应环节低碳清洁能源能量当量值的总和。

能源利用效率大于0，且能源利用效率∈[0，1)。该值越大，表明能源互联系统的低碳清洁能源利用效率越高。

针对上述两种场景，模型II能源互联系统供能环节能源全部来源于低碳可再生清洁能源，认为模型II能源利用效率始终优于模型Ⅰ能源利用效率。

低碳清洁能源，是替代高碳能源的一种能源类型，它是指二氧化碳等温室气体排放量低或者零排放的能源产品，主要包括核能和一部分可再生能源等。

低碳清洁能源是指通过发展清洁能源，包括风能、太阳能、核能、地热能和生物质能等替代煤炭、石油等化石能源以减少二氧化碳排放。

场景二：客观反映能源互联系统的能源利用效率，计算模型如下：

模型Ⅲ：如果供应环节低碳清洁能源占比∈[0，1)，且低碳清洁能源为可再生能源，则能源互联系统供应环节包含除低碳清洁能源之外的其它能源，低碳清洁能源供应量计入能源互联系统供应环节外来能量的统计范围内。

能源利用效率

其中，c为使用环节电耗、气耗、热耗、冷耗当量值的总和，d为供应环节外来电、气、热、冷及其它能源能量当量值的总和。

能源利用效率大于0，且能源利用效率∈[0，1)。该值越大，表明能源互联系统的能源利用效率越高。

步骤4:将能源互联系统的能源利用效率与对标值进行比较，其中对标值可为历史值、标杆值、设计值等，若优于对标值，则表明该能源互联系统能源利用效率较高；若低于对标值，结合能流图，采用反平衡法分环节分设备定位能量损耗较大的环节，计算环节主要设备的效率，辨识能源互联系统能源利用效率的薄弱点，具体如下：

辨识薄弱环节：能源利用效率∝{供能环节能效，输能环节能效，转换环节能效，储能环节能效}，能源利用效率与各环节能效水平正相关，通过逐个分析各环节能效水平，确定能效薄弱环节；

辨识重点耗能设备：薄弱环节能效∝{耗能设备1、耗能设备2、……、耗能设备n}，由薄弱环节能源与环节耗能设备能效水平正相关，通过逐个分析环节设备能效水平，确定能效薄弱设备。

本申请还同时公开了一种能源互联系统的能源利用效率薄弱点辨识系统，具体工作流程如图4所示。

一种能源互联系统的能源利用效率薄弱点辨识系统，所述辨识系统包括物理拓扑模型模块、能流图模块、能源利用效率计算模块和能源利用效率薄弱点辨识模块，其特征在于：

物理拓扑模型模块按照能源供应-传输-转换-存储-使用的环节及相应环节的设备，建立能源互联系统的物理拓扑模型；

能流图模块基于能源互联系统能源检测点采集的数据信息，得到能源在能源互联系统供应-传输-转换-存储-使用的环节的能量流动量，计算各环节的能量损耗，将不同能源的能量折算为统一单位制，形成能源互联系统的能流图；

能源利用效率计算模块根据能源互联系统供需两侧的能源输入量和能源使用量计算能源互联系统的能源利用效率；

能源利用效率薄弱点辨识模块将所得的能源互联系统的能源利用效率与对标值进行比较，若能源利用效率大于对标值，则表明该能源互联系统能源利用效率较高；若能源利用效率低于对标值，结合能流图，采用反平衡法分环节分设备定位能量损耗大的环节，计算该环节设备的效率，辨识能源互联系统能源利用效率的薄弱点。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种能源互联系统的能源利用效率薄弱点辨识方法，其特征在于，所述辨识方法包括以下步骤：

步骤1：按照能源供应-传输-转换-存储-使用的环节及相应环节的设备，建立能源互联系统的物理拓扑模型；

步骤2：结合步骤1所得物理拓扑模型，基于能源互联系统能源检测点采集的数据信息，得到能源在能源互联系统供应-传输-转换-存储-使用的环节的能量流动量，计算各环节的能量损耗，将不同能源的能量折算为统一单位制，形成能源互联系统的能流图；

步骤3：结合步骤2所得能流图，根据能源互联系统供需两侧的能源输入量和能源使用量计算能源互联系统的能源利用效率；

步骤4：将步骤3所得的能源互联系统的能源利用效率与对标值进行比较，若能源利用效率大于对标值，则表明该能源互联系统能源利用效率较高；若能源利用效率低于对标值，结合步骤2所得的能流图，采用反平衡法分环节分设备定位能量损耗大的环节，计算该环节设备的效率，辨识能源互联系统能源利用效率的薄弱点。

2.根据权利要求1所述的一种能源互联系统的能源利用效率薄弱点辨识方法，其特征在于：

所述步骤1中能源供应环节包括一次能源和二次能源。

3.根据权利要求1所述的一种能源互联系统的能源利用效率薄弱点辨识方法，其特征在于：

所述步骤1中能源传输-转换-存储环节包括交直流转换、电气冷热转换和储能，其中储能包括电储能、冷储能、热储能和储气罐；

电储能用于CHP、CCHP和常规发电机组与电负荷之间的储能；

冷储能用于制冷剂、CCHP和热泵与冷负荷之间的储能；

热储能用于热站与热负荷之间的储能；

储气罐用于天然气网与气负荷之间的储能，

其中，CHP为热电联产系统，CCHP为冷热电联产系统。

4.根据权利要求1所述的一种能源互联系统的能源利用效率薄弱点辨识方法，其特征在于：

所述步骤3中根据供应环节不同能源能量的输入量，计算能源互联系统的能源输入量，即能源互联系统能源的总供应量，根据末端用能环节不同能源能量的使用量，计算能源互联系统的能源使用量，即能源互联系统能源的末端总消耗量，基于能源总供应量和总消耗量，采用正平衡法计算能源互联系统的能源利用效率；

能源利用效率

其中，a为能源互联系统的能源输入量，b为能源互联系统的能源使用量。

5.根据权利要求1所述的一种能源互联系统的能源利用效率薄弱点辨识方法，其特征在于：

所述步骤3中当供应环节低碳清洁能源占比∈[0，1)，且低碳清洁能源为可再生能源，则能源互联系统供应环节包含除低碳清洁能源之外的其它能源，低碳清洁能源供应量不计入能源互联系统供应环节外来能量的统计范围内，

能源利用效率

其中，c为使用环节电耗、气耗、热耗、冷耗当量值的总和，d为供应环节外来电、气、热、冷及其它能源能量当量值的总和。

6.根据权利要求1所述的一种能源互联系统的能源利用效率薄弱点辨识方法，其特征在于：

所述步骤3中当供应环节低碳清洁能源占比＝1，且低碳清洁能源为可再生能源，则能源互联系统供应环节仅为低碳清洁能源，低碳清洁能源供应量计入能源互联系统供应环节的统计范围内，

能源利用效率

其中，c为使用环节电耗、气耗、热耗、冷耗当量值的总和，f为供应环节低碳清洁能源能量当量值的总和。

7.根据权利要求1所述的一种能源互联系统的能源利用效率薄弱点辨识方法，其特征在于：

所述步骤4中，所述对标值为设定的效率阈值，该阈值可以根据情况选择历史值、标杆值或设计值。

8.根据权利要求1所述的一种能源互联系统的能源利用效率薄弱点辨识方法，其特征在于：

所述步骤4中，辨识薄弱环节：能源利用效率∝{供能环节能效，输能环节能效，转换环节能效，储能环节能效}，能源利用效率与各环节能效水平正相关，其影响因素包括环节之间匹配程度和环节自身的能效水平，首先辨识能效薄弱环节以及潜在薄弱点，在此基础上再进一步分析导致薄弱的原因所在；

各环节能效水平对能源利用效率的贡献程度并不完全相同，逐个剖析环节能效水平，将各环节能效水平与其对应阈值进行比较分析，确定能效薄弱环节。

9.根据权利要求1所述的一种能源互联系统的能源利用效率薄弱点辨识方法，其特征在于：

所述步骤4中，辨识重点耗能设备：薄弱环节能效∝{耗能设备1、耗能设备2、……、耗能设备n}，由薄弱环节能源与环节耗能设备能效水平正相关，其影响因素主要为设备利用效率或者设备自身能效水平，首先辨识环节中能效薄弱点，再进一步分析导致薄弱的原因所在；

环节中设备能效水平对环节能效水平的贡献程度并不完全相同，通过剖析环节设备能效水平，将设备能效水平与其对应阈值进行比较分析，确定能效薄弱设备。

10.一种利用权利要求1-9中任一权利要求所述一种能源互联系统的能源利用效率薄弱点辨识系统，所述辨识系统包括物理拓扑模型模块、能流图模块、能源利用效率计算模块和能源利用效率薄弱点辨识模块，其特征在于：

所述物理拓扑模型模块按照能源供应-传输-转换-存储-使用的环节及相应环节的设备，建立能源互联系统的物理拓扑模型；

所述能流图模块基于能源互联系统能源检测点采集的数据信息，得到能源在能源互联系统供应-传输-转换-存储-使用的环节的能量流动量，计算各环节的能量损耗，将不同能源的能量折算为统一单位制，形成能源互联系统的能流图；

所述能源利用效率计算模块根据能源互联系统供需两侧的能源输入量和能源使用量计算能源互联系统的能源利用效率；

所述能源利用效率薄弱点辨识模块将所得的能源互联系统的能源利用效率与对标值进行比较，若能源利用效率大于对标值，则表明该能源互联系统能源利用效率较高；若能源利用效率低于对标值，结合能流图，采用反平衡法分环节分设备定位能量损耗大的环节，计算该环节设备的效率，辨识能源互联系统能源利用效率的薄弱点。

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