CN112990686A - 综合能源系统设备选型及容量配置方法 - Google Patents

综合能源系统设备选型及容量配置方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了综合能源系统设备选型及容量配置方法，包括如下步骤：步骤1：获取综合能源系统的负荷设计约束值；步骤2：获取综合能源系统所处地点的资源信息；步骤3：设定综合能源系统的边界条件；步骤4：根据综合能源系统所处地点的资源信息和综合能源系统的边界条件依次选择综合能源系统中的能源设备；在保证能源系统的各能源设备提供的能源总和能满足供应需求的前提下，确定能使综合能源系统运行效率最优的能源设备的型号及额定容量；结合综合能源系统的负荷设计约束值，根据已选定的能源设备型号及额定容量，确定综合能源系统中各个能源设备对应的数量。本发明提高了综合能源系统规划设计方法的实用性，帮助用户实现综合能源系统设计。

Description

综合能源系统设备选型及容量配置方法
技术领域
本发明涉及综合能源系统技术领域，具体地指一种综合能源系统设备选型及容量配置方法。
背景技术
综合能源系统是指一定区域内利用先进的物理信息技术和管理模式，整合区域内的天然气、电能、热能等多种能源，实现多种能源系统之间的协调规划、优化运行。同时，各种能源在能源互联网背景下，电、气、热等多种能源系统之间打破了原有割裂的状态，越来越紧密的耦合在一起，形成了综合能源系统。综合能源系统由于其结构复杂、设备特性差异大，导致其规划设计与容量配置难度明显增加。
现有的综合能源规划设计软件及方法，多数考虑复杂系统的离散型变量与连续型变量混合求解，导致计算体量大，反应速度慢。在实际使用过程中，导致软件的适用性较差。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种综合能源系统设备选型及容量配置方法，该方法通过简单建模过程极大简化了综合能源系统规划设计与容量配置的过程，提高了综合能源系统规划设计方法的实用性，帮助用户实现综合能源系统规划设计。
为实现此目的，本发明所设计的综合能源系统设备选型及容量配置方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：获取综合能源系统的负荷设计约束值；
步骤2：获取综合能源系统所处地点的资源信息；
步骤3：设定综合能源系统的边界条件，所述边界条件包括有综合能源系统无地水源热泵安装条件，以及综合能源系统有无分时电价政策；
步骤4：根据综合能源系统所处地点的资源信息和综合能源系统的边界条件依次选择综合能源系统中的能源设备；
在保证能源系统的各能源设备提供的能源总和能满足供应需求的前提下，确定能使综合能源系统运行效率最优的能源设备的型号及额定容量；
结合综合能源系统的负荷设计约束值，根据已选定的能源设备型号及额定容量，确定综合能源系统中各个能源设备对应的数量。
本发明的有益效果：
本发明根据综合能源系统负荷设计约束，建立以设备系统效率最优为目标的优化设计流程，按照热水、气、冷、热、电顺序依次选择设备满足能量平衡，使得容量配置方法简单，运算效率高，实用性强。
附图说明
图1为本发明中的综合能源系统设备容量配置方法的规划流程图；
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
以南方某地区商业体能源供应项目作为实例，根据本发明的方法，进行综合能源系统设备选型及容量配置，它包括如下步骤：
步骤1：通过负荷计算方法获取综合能源系统的负荷设计约束值；
步骤2：通过查询数据库获取综合能源系统所处地点的资源信息，所述资源信息包括综合能源系统所处地点的地理气候数据、综合能源系统所能使用的光伏建设面积和综合能源系统所处地点的能源价格数据；
步骤3：根据综合能源系统设计的实际情况确定设定综合能源系统的边界条件，所述边界条件包括有综合能源系统无地水源热泵安装条件，以及综合能源系统有无分时电价政策；
步骤4：根据综合能源系统所处地点的资源信息和综合能源系统的边界条件依次选择综合能源系统中的能源设备；
在保证能源系统的各能源设备提供的能源总和能满足供应需求(能量供需平衡)的前提下，确定能使综合能源系统运行效率最优的能源设备的型号及额定容量；
结合综合能源系统的负荷设计约束值，根据已选定的能源设备型号及额定容量，确定综合能源系统中各个能源设备对应的数量。
上述技术方案的步骤1中，综合能源系统的负荷设计约束值包括电力负荷约束值、冷负荷约束值、热负荷约束值、天然气负荷约束值和热水负荷约束值，如下表所示：
序号 名称 负荷设计值(kW)
1 电力 2685
2 空调冷 2708
3 空调热 7853
4 天然气 3559
5 热水 880
上述技术方案的步骤2中综合能源系统所处地点的地理气候数据包括综合能源系统所处地点的水平面太阳能辐射量和日照时间，如下表所示：
Figure BDA0002970391650000031
Figure BDA0002970391650000041
所能使用的光伏建设面积为10447.07m2；
上述技术方案的步骤2中，综合能源系统从外部所获取的资源为电力、天然气两种，获取综合能源系统所处地点的能源价格数据，包括电力价格和天然气价格，下表所示：
序号 名称 价格(元/kWh)
1 电力价格 0.6620
2 天然气价格 0.3040
上述技术方案的步骤4中综合能源系统中的能源设备的选择范围包括天然气热水锅炉、电热水锅炉、地源热泵、水源热泵、空气源热泵、电制冷水空调、光伏发电站、储能电站、天然气调压箱和配变电站。
上述技术方案的步骤4中，根据综合能源系统所处地点的资源信息和综合能源系统的边界条件依次选择综合能源系统中的能源设备，包括以下步骤：
步骤4.1：将综合能源系统所处地点的天然气价格单位折算成元/千瓦时后与电力价格进行比较，当天然气折算价格小于电力价格时，选择天燃气热水锅炉，反之，选择电热水锅炉，本实例中，天然气价格折算为0.3040元/kWh，低于电力价格0.6620元/kWh。供热设备选择天然气热水锅炉；
步骤4.2：当具备地水源热泵安装条件时，选择地水源热泵系统，反之，选择电制冷水空调和空气源热泵系统；
步骤4.3：根据综合能源系统所能使用的光伏建设面积选择光伏电站容量；
步骤4.4：当综合能源系统所处地点具备分时电价政策时，选择配置储能电站，反之，不选择。
上述技术方案的步骤4中，将选定的综合能源系统中的能源设备的型号、额定容量、额定效率进行线性化建模。能源设备的型号、额定容量用于选定能源设备，线性化建模公式为能源设备效率＝能源设备输出功率/能源设备输入功率。利用建立的线性化模型在设备数据库中依据设备额定效率从高到低排序，选定额定效率最高的设备。
在设备数据库中依据设备额定效率从高到低排序，选定天然气锅炉型号为0.4MPa-1.05MW，设备额定功率为1117.02kW，设备额定效率为94.42％；
综合能源系统生活热水负荷设计值为880kW，为满足负荷平衡，选择0.4MPa-1.05MW天然气锅炉数量1台，至此完成供热水设备选择。
上述技术方案的步骤4中，再保证能源系统的各能源设备提供的能源总和能满足供应需求的前提下，在综合能源系统的能源设备数据库中，按照综合能源系统的设备额定效率最优原则，选定能使综合能源系统运行效率最优的能源设备的型号及额定容量。
如图1所示，采用下列方式进行步骤4中综合能源系统设备的选择：
比较综合能源电力价格与天然气价格，本实例中，天然气价格折算为0.3040元/kWh，低于电力价格0.6620元/kWh。供热设备选择天然气热水锅炉；
对天然气热水锅炉进行线性化建模，建模参数包括：设备参数型号、设备额定功率、设备额定效率，如下表所示：
Figure BDA0002970391650000061
表中线性化建模数量可根据实际应用情况增加或删减。
在设备数据库中依据设备额定效率从高到低排序，选定天然气锅炉型号为0.4MPa-1.05MW，设备额定功率为1117.02kW，设备额定效率为94.42％；
综合能源系统生活热水负荷设计值为880kW，为满足负荷平衡，选择0.4MPa-1.05MW天然气锅炉数量1台，至此完成供热水设备选择；
按照热水、气、冷、热、电的顺序选择综合能源系统设备，满足负荷平衡，下一步选择供气设备；
对天然气调压箱进行线性化建模，建模参数包括：设备参数型号、设备额定功率、设备额定效率，如下表所示：
Figure BDA0002970391650000062
表中线性化建模数量可根据实际应用情况增加或删减。
在设备数据库中依据设备额定效率从高到低排序，选定天然气调压箱为RX-0.2/0.01MPa-500Nm3/h，设备额定功率为4984.57kW，设备额定效率为99.4％；
综合能源系统天然气负荷设计值为3559kW，已选择天然气锅炉额定功率合计为1117.02kW，为满足负荷平衡，选择RX-0.2/0.01MPa-500Nm3/h天然气调压箱数量为1台，至此完成供气设备选择；
按照热水、气、冷、热、电的顺序选择综合能源系统设备，满足负荷平衡，下一步选择供冷、供热设备；
本实例中，不具备地/水源热泵安装条件，故供冷设备选择电制冷水空调，供热设备选择空气源热泵系统；
对电制冷水空调进行线性化建模，建模参数包括：设备参数型号、设备额定功率、设备额定效率，如下表所示：
Figure BDA0002970391650000071
表中线性化建模数量可根据实际应用情况增加或删减。
对空气源热泵进行线性化建模，建模参数包括：设备参数型号、设备额定功率、设备额定效率，如下表所示：
Figure BDA0002970391650000072
表中线性化建模数量可根据实际应用情况增加或删减。
在设备数据库中依据设备额定效率从高到低排序，选定电制冷水空调型号为螺杆式30XW-1450KW，设备额定功率为1443.7kW，设备额定效率为593％；在设备数据库中依据设备额定效率从高到低排序，选定空气源热泵型号为螺杆式MHS-1300KW，设备额定功率为1146kW，设备额定效率为339％；
综合能源系统空调冷负荷设计值为2708kW，为满足负荷平衡，选择螺杆式30XW-1450KW电制冷水空调数量为2台，至此完成供冷设备选择；综合能源系统空调热负荷设计值为7853kW，为满足负荷平衡，选择螺杆式MHS-1150KW空气源热泵数量为7台，至此完成供热设备选择；
按照热水、气、冷、热、电的顺序选择综合能源系统设备，满足负荷平衡，下一步选择光伏电站、储能电站、用户配电站；
在本实例中，系统所能使用的光伏建设面积为10447.07m2，以此为约束选择光伏电站装机容量；
对光伏电站进行线性化建模，建模参数包括：设备参数型号、装机容量、系统综合效率、覆盖面积，如下表所示：
Figure BDA0002970391650000081
表中线性化建模数量可根据实际应用情况增加或删减。
在设备数据库中依据设备额定效率从高到低排序，结合光伏建设面积约束，选定光伏电站型号为商用单晶-1000KWp，装机容量为1000kW，系统综合效率为81％；
在本实例中，不具备分时电价政策时，故不选择配置储能电站；
对用户配电站进行线性化建模，建模参数包括：设备参数型号、设备额定功率、设备额定效率，如下表所示：
Figure BDA0002970391650000082
表中线性化建模数量可根据实际应用情况增加或删减。
在设备数据库中依据设备额定效率从高到低排序，选定油浸无励磁调压-2500KVA，设备额定功率为2500kW，设备额定效率为96％；
综合能源系统电力设计值为2685kW，已选择用电设备的负荷合计为3853kW，为满足负荷平衡，选择油浸无励磁调压-2500KVA用户配变电站数量为3台，至此完成供电设备选择；
以上结合附图对本发明的实例进行了详细描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (9)

1.一种综合能源系统设备选型及容量配置方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：获取综合能源系统的负荷设计约束值；
步骤2：获取综合能源系统所处地点的资源信息；
步骤3：设定综合能源系统的边界条件，所述边界条件包括有综合能源系统无地水源热泵安装条件，以及综合能源系统有无分时电价政策；
步骤4：根据综合能源系统所处地点的资源信息和综合能源系统的边界条件依次选择综合能源系统中的能源设备；
在保证能源系统的各能源设备提供的能源总和能满足供应需求的前提下，确定能使综合能源系统运行效率最优的能源设备的型号及额定容量；
结合综合能源系统的负荷设计约束值，根据已选定的能源设备型号及额定容量，确定综合能源系统中各个能源设备对应的数量。
2.根据权利要求1所述的综合能源系统设备选型及容量配置方法，其特征在于：所述步骤1中，综合能源系统的负荷设计约束值包括电力负荷约束值、冷负荷约束值、热负荷约束值、天然气负荷约束值和热水负荷约束值。
3.根据权利要求1所述的综合能源系统设备选型及容量配置方法，其特征在于：步骤2中综合能源系统所处地点的地理气候数据包括综合能源系统所处地点的水平面太阳能辐射量和日照时间。
4.根据权利要求1所述的综合能源系统设备选型及容量配置方法，其特征在于：所述步骤2中，综合能源系统从外部所获取的资源为电力、天然气两种，获取综合能源系统所处地点的能源价格数据，包括电力价格和天然气价格。
5.根据权利要求1所述的综合能源系统设备选型及容量配置方法，其特征在于：所述步骤4中综合能源系统中的能源设备的选择范围包括天然气热水锅炉、电热水锅炉、地源热泵、水源热泵、空气源热泵、电制冷水空调、光伏发电站、储能电站、天然气调压箱和配变电站。
6.根据权利要求1所述的综合能源系统设备选型及容量配置方法，其特征在于：所述步骤4中，根据综合能源系统所处地点的资源信息和综合能源系统的边界条件依次选择综合能源系统中的能源设备，包括以下步骤：
步骤4.1：将综合能源系统所处地点的天然气价格与电力价格进行比较，当天然气折算价格小于电力价格时，选择天燃气热水锅炉，反之，选择电热水锅炉；
步骤4.2：当具备地水源热泵安装条件时，选择地水源热泵系统，反之，选择电制冷水空调和空气源热泵系统；
步骤4.3：根据综合能源系统所能使用的光伏建设面积选择光伏电站容量；
步骤4.4：当综合能源系统所处地点具备分时电价政策时，选择配置储能电站，反之，不选择。
7.根据权利要求1所述的综合能源系统设备选型及容量配置方法，其特征在于：所述步骤4中，将选定的综合能源系统中的能源设备的型号、额定容量、额定效率进行线性化建模。
8.根据权利要求1所述的综合能源系统设备选型及容量配置方法，其特征在于：所述步骤4中，再保证能源系统的各能源设备提供的能源总和能满足供应需求的前提下，在综合能源系统的能源设备数据库中，按照综合能源系统的设备额定效率最优原则，选定能使综合能源系统运行效率最优的能源设备的型号及额定容量。
9.根据权利要求1所述的综合能源系统设备选型及容量配置方法，其特征在于：所述资源信息包括综合能源系统所处地点的地理气候数据、综合能源系统所能使用的光伏建设面积和综合能源系统所处地点的能源价格数据。
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