CN112381267A - 一种面向工业园区的供水-供能耦合规划方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种面向工业园区的供水‑供能耦合规划方法,包括以下步骤:步骤1:首先分别建立配电网模型、供热网模型以及配水网模型;步骤2:基于所建立模型,搭建一个相互依赖和作用的水‑能联系网络的耦合规划模型,结合耦合元件搭建有相互耦合关系的具体规划模型;步骤3:结合水‑能网络构建以总投资运行成本为目标函数的混合整数非线性规划模型,通过IPOPT求解器对其进行优化求解,并给出最优供能方案,并探究如何合理配置储能、蓄水设备来优化投资运行成本。本发明为能源和资源的耦合作用下的联合规划提出了新方向,两者的耦合运行规划模型对将来构建智能一体化的社会综合能源与资源网络具有良好的社会意义。
Description
技术领域
本发明涉及工业园区能源利用技术领域,具体是一种面向工业园区的供水-供能耦合规划方法。
背景技术
为缓解全球能源危机带来的压力,特别是在电力行业,各种可再生能源发电技术被开发和应用,其中风能和光伏发电占最大份额。然而,这些可再生能源发电的不确定性和可变性对电力系统的运行灵活性提出了重要的要求。为了充分发挥不同能源间的互补优势,提高能源利用效率,在分析不同能源系统之间的相互依赖性方面,现已开展了许多具有启发性的工作。水资源和能源作为人类生存和社会发展的基础,引起了工业界和学术界的高度重视,逐渐形成水能联系的概念,二者的优化协调对能源系统的优化以及资源的节约都具有较高的研究价值。当下在对水资源与多能流关系的研究中,一些研究学者对配水网与电网之间的关系进行了一定的研究,其中较为普遍的是对最优泵调度问题的研究。但由于不同学科之间存在差异性,目前对配水网和电网之间相互作用的研究仍较浅,但仅停留在对水泵运行能耗的优化层面,鲜有将水泵以及蓄水箱的灵活性应用于供能网络的规划研究中。更直观地来说,缺乏跨部门的协调来引导对水和能源的有效利用。
近年来,研究学者们在不同时间尺度下对水-能关系的相互依赖性和益处进行了大量的研究。由于发电过程中存在一定的耗水量,部分学者从宏观角度分析水和电能的相关性政策对自然环境、社会经济的影响,并进行了水电依赖综合评价;在规划层面也有部分研究结合当地供水压力、发电资产扩张和长期气候变化等因素设计了可再生能源驱动的水能耦合系统框架,为未来水-能场景研究提供了研究支撑。当下有文献结合当地供水压力、发电资产扩张和长期气候变化等因素对可再生能源驱动下的水-电依赖关系进行了评估;也有强调了美国热电容量的增加导致严重缺水的情况,但大多仅仅关注恶劣情况下的水电矛盾,并未对二者耦合联系的正面作用进行分析调研。此外,它们没有将电力规划、水管理或气候变化的影响纳入量化,实际上,由于供水网络的加入,综合能源系统的能源生产和转换模式可能因此而改变,不仅仅是从水泵耗电的转换形式方面,同时也从储水装置的时空灵活性对电网运行带来的调度潜力方面均使得设备投资的形式和配置发生了转换。这表明有必要从多能源规划的角度重新考察水-能耦合系统的相互依赖性,更全面的水-能耦合系统的联合规划研究亟待开展。
同时,近年来随着城市化和工业化的推进,工业园区的建设进程加快,然而工业园区能源利用效率低,能源与资源、环境与社会发展的矛盾日益突出。为此,提高能源利用效率,构建面向工业园区高效、清洁的供能系统尤为关键。储能作为供能系统中调节能源供需在时间上的不匹配的一种重要的手段,随着风、光等高度不确定性的可再生能源对于电网的渗透,储能正在得到越来越广的应用,该方面的规划策略的研究也越来越深入。然而,除了供能系统本身的储能装置之外,供水系统中蓄水箱也可以配合水泵设备对能源进行灵活性的调配,但当前工业园区供能规划还未扩展至此,缺乏更加综合的供能-供水耦合系统的联合规划。探索供水与供能之间的相互依存关系以及研究其联合规划模型成为迫切的需求,二者之间的协调规划对能源系统的建设以及综合能源的规划设计有良好的经济性作用。同时供水-供能耦合系统能够增加整个供电系统乃至多供能网络的灵活性和稳定性,最终构建统一的社会综合能源与水资源优化系统,因此该种耦合形式下的协调规划研究具有很好的社会意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种向工业园区的供水-供能耦合规划方法,为能源和资源的耦合作用下的联合规划提出了新方向,两者的耦合运行规划模型对将来构建智能一体化的社会综合能源-资源网络具有良好的社会意义。
本发明的技术方案:
一种面向工业园区的供水-供能耦合规划方法,包括以下步骤:
步骤1:首先分别建立配电网模型、供热网模型以及配水网模型,包括光伏发电、火电机组、CHP机组这些供能设备,以及水泵、电储能、蓄水装置这些辅助协调设备;
步骤2:基于所建立模型,搭建一个相互依赖和作用的水-能联系网络的耦合规划模型,结合耦合元件搭建有相互耦合关系的具体规划模型;
步骤3:结合水-能网络构建以总投资运行成本为目标函数的混合整数非线性规划模型,通过IPOPT求解器对其进行优化求解,并给出最优供能方案,并探究如何合理配置储能、蓄水设备来优化投资运行成本。
所述配电网模型的建立具体为:
采用交流配网模型模拟接有光伏发电以及与其他网络相耦合的电力负荷的供电网络,工业园区中配电网中节点电压约束如式(1)所示,其中电压上下限采用0.95p.u.和1.05p.u.,支路容量约束如式(2)所示,Sij,max表示支路ij上允许通过的最大功率,交流潮流模型中线路电流约束为含有二次项的等式(3),可通过令进一步简化约束,其中表示支路电流的平方,表示节点电压平方,
供电网节点有功功率平衡约束如式(4)所示,其中表示接于节点j的发电机,表示接于节点的电力负荷,表示接于节点j的水泵机组,表示接于节点j的光伏发电机组,i∈u(j)表示以节点i为末端i为首端的线路,i∈v(j)表示以节点i为首端i为末端的输电管道,表示光伏发电功率,gj表示节点j对地电导,分别表示电网中接入的各类负荷:水泵、热网水泵以及电网常规负荷的有功功率,式(5)为线路电压降落约束,
储能约束为式(6)-(8),其中表示电储能的蓄电量,表示电储能的充电功率,表示电储能的放电功率,和分别表示电储能的充电和放电效率,和分别表示电储能的蓄电量下限和上限避免过充和过放损害电池寿命,表示电储能的充电功率上限,表示电储能的放电功率上限,
所述配水网模型的建立具体为:
在供水网中,水负荷包括工业用水负荷、CHP供电单元耗水与开式热网的水损耗,供水网中节点平衡方程如式(9)所示,其中Ξ表示一系列接于节点w设备,其中表示以节点w为管道首节点和末节点的水网管道集合,表示水网管道流量,表示出水装置的提取和注入流量,表示大型储水装置的取水流量,表示管道流量的上限,表示大型储水装置取水量上限;其中负荷处水网自身负荷之外,还包括有CHP机组运行耗水以及热网补给耗水 为CHP机组耗水系数,式(10)为水网管道流量限制,大型储水装置流量约束为式(11),
在供水网中,普通管道和装有水泵管道的水力特性分别如式(12)和(13)所示,其中为压力系数;采用恒速水泵模型,即含有水泵的管道压力约束需要考虑水泵水头压力可以通过近似线性表达式(14)求得,其中由于含有水泵的管道水流方向确定,不需要对方向进行进一步的约束和处理,表示水泵压力系数,表示管道压力损耗系数,表示水网节点压力上下限,表示水泵效率,表示水泵能耗,表示水泵所在管道流量,表示水泵产生的压头,πw,s,t表示水网节点压力,整个供水网中节点压头约束为式(15),水泵能耗方程如(16)所示,
所述供热网模型的建立具体为:
在工业园区的开式供热网络中,给水管网和回水管网中的水流可能不同;该供热系统的热源为CHP机组;采用质调节的方式,固定供热网和回热网的温度,供热量调节通过热工质流量调节实现,供热系统模型中供热管网和回热管网节点的平衡约束分别为式(17)和(18),其中表示接在换热站he处的热负荷序数和集合,表示接在换热站he处的回热网节点序数和集合,表示接在加热站处的回热网节点序数和集合,表示接在换热站he处的供热网节点序数和集合,表示接在加热站hs处的供热网节点序数和集合,表示加热站处蓄水罐从配水网引入的流量,表示换热站处的流量,表示换热站连接回热网的管道的流量,表示换热站连接供热网管道的流量,表示加热站的流量,表示加热站连接回热网管道的流量,表示加热站连接供热网管道的流量,表示热网负荷流量,表示热网管道流量,示加热站处蓄水池对其注入流量,表示加热站流入蓄水池的流量,
加热站中注入和提取的流量约束如式(19)所示,线路流量约束如式(20)所示,根据式(21)可以计算出蓄水池每个时刻的水量,并对加热站蓄热罐的容量进行限制,其中表示加热站hs处水流提取和注入速率上限,为热网线路流量限制,表示加热站处蓄热罐的容量上下限,热网节点压力约束以及水泵能耗计算方法与水网类似,在此不作赘述,
加热站的供热平衡约束式为式(22),其中Tin表示从供水网取出后注入至加热站的水流的温度;同时换热站处流量以及换热平衡约束为式(23)-(24),加热站处CHP机组的产能关系式为(25)-(27),其中产出的电功率和热功率之间满足一定的关系,可以通过特定的多边形凸区域的顶点线性组合进行计算,其中表示CHP机组运行区域顶点序数和集合,表示CHP机组运行区域顶点的线性组合常数,c表示水的比热容,表示CHP机组运行区域顶点值,表示CHP机组产热功率,表示换热站的交换热功率,表示表示CHP机组的产电功率,表示蓄热罐的温度,表示供热网温度,表示回热网温度,Tin蓄水池中恒定温度,
所述耦合规划模型的建立具体为:
耦合规划模型的目标函数为最小化不同季节下供水-供能耦合系统总规划成本,包括投资成本、供能成本、供水成本三部分
ObjPlan=ObjO+ObjM+ObjW (28)
其中ObjO表示日供能成本,ObjM表示投资成本,为分摊到全寿命周期的成本,ObjW代表日供水成本,
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1、本发明提出了一种面向工业园区的供水-供能联系网络的规划模型,并通过耦合元件对规划模型的相互作用关系进行分析。
2、本发明通过仿真算例验证了所提模型与方法的正确性,联合规划模型中的水泵、蓄水箱与储能装置等灵活性元件可显著提升系统规划策略的可靠性和经济性。
3、本发明为能源和资源的耦合作用下的联合规划提出了新方向,两者的耦合运行规划模型对将来构建智能一体化的社会综合能源与资源网络具有良好的社会意义。
附图说明
图1是本发明的方法流程图。
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做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。
本发明目的为在水-能耦合视角下对园区供水-供能规划模型进行深入研究。特征在于通过对配水网络与多能源系统中的配电网络和开式供热网络之间耦合关系的探讨,搭建一个相互依赖和作用的供水-供能联系网,刻画了供水与供能系统之间双向耦合关系的数学解析关系。同时由于上述所搭建的模型为一个混合整数非线性模型,通过IPOPT求解器对其进行优化求解。并通过仿真算例表明了所提模型与方法的正确性,同时水泵、蓄水箱与储能装置等高运行灵活性元件可显著提升系统规划策略的可靠性和经济性。
如图1所示,一种面向工业园区的供水-供能耦合规划方法,包括以下步骤:
步骤1:首先分别建立配电网模型、供热网模型以及配水网模型,包括光伏发电、火电机组、CHP机组这些供能设备,以及水泵、电储能、蓄水装置这些辅助设备;
步骤2:基于所建立模型,搭建一个相互依赖和作用的水-能联系网络的耦合规划模型,结合耦合元件搭建有相互耦合关系的具体规划模型;
步骤3:结合水-能网络构建以总投资运行成本为目标函数的混合整数非线性规划模型,通过IPOPT求解器对其进行优化求解,并给出最优供能方案,并探究如何合理配置储能、蓄水设备来优化投资运行成本。
所述配电网模型的建立具体为:
采用交流配网模型模拟接有光伏发电以及与其他网络相耦合的电力负荷的供电网络,工业园区中配电网中节点电压约束如式(1)所示,其中电压上下限采用0.95p.u.和1.05p.u.,支路容量约束如式(2)所示,Sij,max表示支路ij上允许通过的最大功率,交流潮流模型中线路电流约束为含有二次项的等式(3),可通过令进一步简化约束,其中表示支路电流的平方,表示节点电压平方,
供电网节点有功功率平衡约束如式(4)所示,其中表示接于节点j的发电机,表示接于节点的电力负荷,表示接于节点j的水泵机组,表示接于节点j的光伏发电机组,i∈u(j)表示以节点i为末端i为首端的线路,i∈v(j)表示以节点i为首端i为末端的输电管道,表示光伏发电功率,gj表示节点j对地电导,分别表示电网中接入的各类负荷:水泵、热网水泵以及电网常规负荷的有功功率,式(5)为线路电压降落约束,
储能约束为式(6)-(8),其中表示电储能的蓄电量,表示电储能的充电功率,表示电储能的放电功率,和分别表示电储能的充电和放电效率,和分别表示电储能的蓄电量下限和上限避免过充和过放损害电池寿命,表示电储能的充电功率上限,表示电储能的放电功率上限,
所述配水网模型的建立具体为:
在供水网中,水负荷包括工业用水负荷、CHP供电单元耗水与开式热网的水损耗,供水网中节点平衡方程如式(9)所示,其中Ξ表示一系列接于节点w设备,其中表示以节点w为管道首节点和末节点的水网管道集合,表示水网管道流量,表示出水装置的提取和注入流量,表示大型储水装置的取水流量,表示管道流量的上限,表示大型储水装置取水量上限;其中负荷处水网自身负荷之外,还包括有CHP机组运行耗水以及热网补给耗水为CHP机组耗水系数,式(10)为水网管道流量限制,大型储水装置流量约束为式(11),
在供水网中,普通管道和装有水泵管道的水力特性分别如式(12)和(13)所示,其中为压力系数;采用恒速水泵模型,即含有水泵的管道压力约束需要考虑水泵水头压力可以通过近似线性表达式(14)求得,其中由于含有水泵的管道水流方向确定,不需要对方向进行进一步的约束和处理,表示水泵压力系数,表示管道压力损耗系数,表示水网节点压力上下限,表示水泵效率,表示水泵能耗,表示水泵所在管道流量,表示水泵产生的压头,πw,s,t表示水网节点压力,整个供水网中节点压头约束为式(15),水泵能耗方程如(16)所示,
所述供热网模型的建立具体为:
在工业园区的开式供热网络中,给水管网和回水管网中的水流可能不同;该供热系统的热源为CHP机组;采用质调节的方式,固定供热网和回热网的温度,供热量调节通过热工质流量调节实现,供热系统模型中供热管网和回热管网节点的平衡约束分别为式(17)和(18),其中表示接在换热站he处的热负荷序数和集合,表示接在换热站he处的回热网节点序数和集合,表示接在加热站处的回热网节点序数和集合,表示接在换热站he处的供热网节点序数和集合,表示接在加热站hs处的供热网节点序数和集合,表示加热站处蓄水罐从配水网引入的流量,表示换热站处的流量,表示换热站连接回热网的管道的流量,表示换热站连接供热网管道的流量,表示加热站的流量,表示加热站连接回热网管道的流量,表示加热站连接供热网管道的流量,表示热网负荷流量,表示热网管道流量,示加热站处蓄水池对其注入流量,表示加热站流入蓄水池的流量,
加热站中注入和提取的流量约束如式(19)所示,线路流量约束如式(20)所示,根据式(21)可以计算出蓄水池每个时刻的水量,并对加热站蓄热罐的容量进行限制,其中表示加热站hs处水流提取和注入速率上限,为热网线路流量限制,表示加热站处蓄热罐的容量上下限,热网节点压力约束以及水泵能耗计算方法与水网类似,在此不作赘述,
加热站的供热平衡约束式为式(22),其中Tin表示从供水网取出后注入至加热站的水流的温度;同时换热站处流量以及换热平衡约束为式(23)-(24),加热站处CHP机组的产能关系式为(25)-(27),其中产出的电功率和热功率之间满足一定的关系,可以通过特定的多边形凸区域的顶点线性组合进行计算,其中表示CHP机组运行区域顶点序数和集合,表示CHP机组运行区域顶点的线性组合常数,c表示水的比热容,表示CHP机组运行区域顶点值,表示CHP机组产热功率,表示换热站的交换热功率,表示表示CHP机组的产电功率,表示蓄热罐的温度,表示供热网温度,表示回热网温度,Tin蓄水池中恒定温度,
所述耦合规划模型的建立具体为:
耦合规划模型的目标函数为最小化不同季节下供水-供能耦合系统总规划成本,包括投资成本、供能成本、供水成本三部分
ObjPlan=ObjO+ObjM+ObjW (28)
其中ObjO表示日供能成本,ObjM表示投资成本,为分摊到全寿命周期的成本,ObjW代表日供水成本,
下面将结合模型拓扑图以及算例数据对本发明进行详细说明。应强调的是,下文所引入的算例仅仅是示例性的,而不是为了限制本发明的范围及应用。本文中所引入的算例模型由改进53节点的供电网以及15节点供热网和34节点供水网进行测试,在MATLAB中运用IPOTP工具包进行仿真求解。系统中供能单元包括3组分布式光伏发电单元、1台变电站、1台热电联产机组。待规划设施包含若干蓄水箱及电/热储能单元,以及多条供电线路。设备选型信息如表I所示。这三个网络相互间通过耦合元件进行连接,如此便构建了一个具有紧耦合关系的水-能联系网。
表I规划模型待选设备参数
Tab.I Select device parameters for the programming model
通过三种规划方案对比说明本文所提供水-供能系统联合规划的必要性。方案1为传统的电储能-供电线路协同规划,引入储能的规划后可以增加电网对新能源的消纳能力;方案2即本文模型供水-供能系统联合规划,在方案1的基础上,引入了蓄水箱的规划,由于供水网中水泵设备可以进行灵活调度,因此进一步丰富了供能网络协同规划的元素;为了对比线路扩容和增添储能设备带来的规划效果,增加了方案3进行对比分析,研究是否可以通过整体增加线路容量来替代储能投资。以上不同方案的规划场景具体结果如表Ⅱ所示,其中表中序号按照表I的排序方式进行定义,光伏发电曲线以及负荷曲线按照普通日发电/负荷进行取值。三种方案的简要配置如下:
1)方案1(仅考虑投资电储能、供电线路);
2)方案2(考虑投资电储能、蓄水箱、供电线路);
3)方案3(仅考虑投资供电线路、扩增供电线路容量)。
综合分析表Ⅱ的规划情况和各类成本,可以看到,方案2对比方案1减少了电储能的投运,这种情况是由于供水网络中的水泵设备需要搭配相应的储能元件才能发挥其灵活性,因此在方案1中,由电储能来实现对水泵耗能的灵活性调配。而在方案2中当蓄水箱加入后,可以由经济性更好的蓄水箱来代替这一功能。如此,方案2相比于方案1折算投资成本减少4.2%,方案2相对而言日运行成本和备用投入容量也相对较少,其中备用容量同比减少28.3%,可以看出供水-供能系统的联合规划下经济性更优,且系统灵活应对能力更强;方案3则是探究对电网线路扩容是否能够达到通过储能带来的成本优化,发现由于网架的结构和传输能力的限制,现有的灵活性资源无法全部被利用,应对新能源出力的间歇性能力较差。因此相比于方案2,方案3投入的备用成本近乎增加一倍,且投资成本高达三倍。
表Ⅱ不同方案的规划结果
Tab.ⅡPlanning results of different cases
综上所述,方案2所构造的供水-供能系统联合规划模型下的扩建成本以及运行成本和备用成本均最可观。这表明,供电线路、电储能和蓄水蓄的联合规划可有效降低规划投资成本和综合供能运行成本,提升供水-供能联合系统的灵活性;同时,合理配置储能、蓄水容量可以在一定程度上优化投资成本。可有效提升供能系统的灵活性,具有较好的经济效益。未来研究中需要进一步考虑更多不确定性因素(如用户用能、用水负荷等)及需求响应机制对规划方案的影响。
此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (5)
1.一种面向工业园区的供水-供能耦合规划方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:首先分别建立配电网模型、供热网模型以及配水网模型,包括光伏发电、火电机组、CHP机组这些供能设备,以及水泵、电储能、蓄水装置这些辅助设备;
步骤2:基于所建立模型,搭建一个相互依赖和作用的水-能联系网络的耦合规划模型,结合耦合元件搭建有相互耦合关系的具体规划模型;
步骤3:结合水-能网络构建以总投资运行成本为目标函数的混合整数非线性规划模型,通过IPOPT求解器对其进行优化求解,并给出最优供能方案,并探究如何合理配置储能、蓄水设备来优化投资运行成本。
2.根据权利要求1所述的一种面向工业园区的供水-供能耦合规划方法,其特征在于,所述配电网模型的建立具体为:
采用交流配网模型模拟接有光伏发电以及与其他网络相耦合的电力负荷的供电网络,工业园区中配电网中节点电压约束如式(1)所示,其中电压上下限采用0.95p.u.和1.05p.u.,支路容量约束如式(2)所示,Sij,max表示支路ij上允许通过的最大功率,交流潮流模型中线路电流约束为含有二次项的等式(3),可通过令进一步简化约束,其中表示支路电流的平方,表示节点电压平方,
供电网节点有功功率平衡约束如式(4)所示,其中表示接于节点j的发电机,表示接于节点的电力负荷,表示接于节点j的水泵机组,表示接于节点j的光伏发电机组,i∈u(j)表示以节点i为末端i为首端的线路,i∈v(j)表示以节点i为首端i为末端的输电管道,表示光伏发电功率,gj表示节点j对地电导,分别表示电网中接入的各类负荷:水泵、热网水泵以及电网常规负荷的有功功率,式(5)为线路电压降落约束,
储能约束为式(6)-(8),其中表示电储能的蓄电量,表示电储能的充电功率,表示电储能的放电功率,和分别表示电储能的充电和放电效率,和分别表示电储能的蓄电量下限和上限避免过充和过放损害电池寿命,表示电储能的充电功率上限,表示电储能的放电功率上限,
3.根据权利要求2所述的一种面向工业园区的供水-供能耦合规划方法,其特征在于,所述配水网模型的建立具体为:
在供水网中,水负荷包括工业用水负荷、CHP供电单元耗水与开式热网的水损耗,供水网中节点平衡方程如式(9)所示,其中Ξ表示一系列接于节点w设备,其中表示以节点w为管道首节点和末节点的水网管道集合,表示水网管道流量,表示出水装置的提取和注入流量,表示大型储水装置的取水流量,表示管道流量的上限,表示大型储水装置取水量上限;其中负荷处水网自身负荷之外,还包括有CHP机组运行耗水以及热网补给耗水为CHP机组耗水系数,式(10)为水网管道流量限制,大型储水装置流量约束为式(11),
在供水网中,普通管道和装有水泵管道的水力特性分别如式(12)和(13)所示,其中为压力系数;采用恒速水泵模型,即含有水泵的管道压力约束需要考虑水泵水头压力可以通过近似线性表达式(14)求得,其中由于含有水泵的管道水流方向确定,不需要对方向进行进一步的约束和处理,表示水泵压力系数,表示管道压力损耗系数,表示水网节点压力上下限,表示水泵效率,表示水泵能耗,表示水泵所在管道流量,表示水泵产生的压头,πw,s,t表示水网节点压力,整个供水网中节点压头约束为式(15),水泵能耗方程如(16)所示,
4.根据权利要求3所述的一种面向工业园区的供水-供能耦合规划方法,其特征在于,所述供热网模型的建立具体为:
在工业园区的开式供热网络中,给水管网和回水管网中的水流可能不同;该供热系统的热源为CHP机组;采用质调节的方式,固定供热网和回热网的温度,供热量调节通过热工质流量调节实现,供热系统模型中供热管网和回热管网节点的平衡约束分别为式(17)和(18),其中表示接在换热站he处的热负荷序数和集合,表示接在换热站he处的回热网节点序数和集合,表示接在加热站处的回热网节点序数和集合,表示接在换热站he处的供热网节点序数和集合,表示接在加热站hs处的供热网节点序数和集合,表示加热站处蓄水罐从配水网引入的流量,表示换热站处的流量,表示换热站连接回热网的管道的流量,表示换热站连接供热网管道的流量,表示加热站的流量,表示加热站连接回热网管道的流量,表示加热站连接供热网管道的流量,表示热网负荷流量,表示热网管道流量,示加热站处蓄水池对其注入流量,表示加热站流入蓄水池的流量,
加热站中注入和提取的流量约束如式(19)所示,线路流量约束如式(20)所示,根据式(21)可以计算出蓄水池每个时刻的水量,并对加热站蓄热罐的容量进行限制,其中表示加热站hs处水流提取和注入速率上限,为热网线路流量限制,表示加热站处蓄热罐的容量上下限,热网节点压力约束以及水泵能耗计算方法与水网类似,在此不作赘述,
加热站的供热平衡约束式为式(22),其中Tin表示从供水网取出后注入至加热站的水流的温度;同时换热站处流量以及换热平衡约束为式(23)-(24),加热站处CHP机组的产能关系式为(25)-(27),其中产出的电功率和热功率之间满足一定的关系,可以通过特定的多边形凸区域的顶点线性组合进行计算,其中表示CHP机组运行区域顶点序数和集合,表示CHP机组运行区域顶点的线性组合常数,c表示水的比热容,表示CHP机组运行区域顶点值,表示CHP机组产热功率,表示换热站的交换热功率,表示表示CHP机组的产电功率,表示蓄热罐的温度,表示供热网温度,表示回热网温度,Tin蓄水池中恒定温度,
5.根据权利要求4所述的一种面向工业园区的供水-供能耦合规划方法,其特征在于,所述耦合规划模型的建立具体为:
耦合规划模型的目标函数为最小化不同季节下供水-供能耦合系统总规划成本,包括投资成本、供能成本、供水成本三部分
ObjPlan=ObjO+ObjM+ObjW (28)
其中ObjO表示日供能成本,ObjM表示投资成本,为分摊到全寿命周期的成本,ObjW代表日供水成本,
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