CN113159989B - 基于㶲、㶲经济及㶲环境分析的异构能源系统性能优化方法 - Google Patents

基于㶲、㶲经济及㶲环境分析的异构能源系统性能优化方法 Download PDF

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CN113159989B CN202110428137.7A CN202110428137A CN113159989B CN 113159989 B CN113159989 B CN 113159989B CN 202110428137 A CN202110428137 A CN 202110428137A CN 113159989 B CN113159989 B CN 113159989B
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Abstract

本发明公开了一种基于
Figure DDA0003030344560000012
Figure DDA0003030344560000013
经济及
Figure DDA0003030344560000014
环境分析的异构能源系统性能优化方法，本申请通过构建并求解异构能源系统的
Figure DDA0003030344560000017
分析、
Figure DDA0003030344560000018
经济分析、
Figure DDA0003030344560000019
环境分析数学模型，采用系统
Figure DDA0003030344560000011
效率、系统
Figure DDA0003030344560000015
经济因子、系统
Figure DDA0003030344560000016
环境因子作为目标函数，研究异构能源系统中包括能源利用水平、经济效益以及生态性能等系统性能，寻求异构能源系统改进优化方向，解决了现有的能源系统研究方法未能全面有效分析研究异构能源系统性能的问题，为异构能源系统的性能分析评价以及寻求改进优化的方向和潜力提供理论指导和实践依据，实现异构能源系统的能源高效利用、系统经济运行以及低碳、可持续性发展。

Description

基于㶲、㶲经济及㶲环境分析的异构能源系统性能优化方法
技术领域
本发明涉及异构能源系统优化技术领域，具体涉及一种基于
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经济及/>
Figure BDA0003030344540000014
环境分析的异构能源系统性能优化方法。
背景技术
异构能源系统是以天然气、太阳能等多种一次能源为输入能源，包含二次能源生产系统、二次能源传输系统以及能源消费系统等子系统，应用各种能源传输、存储与转换装置，实现冷、热、电、汽等能源产品联供以及“源-网-荷-储-用”各环节耦合运行的大型综合能源系统，其具备异质性、多模性、结构复杂性等特点，涉及各种能源行业，且运行机理复杂，因此对其进行综合全面的性能研究如能源利用水平、经济效益、生态性能等以寻求其改进优化方向和潜力则显得尤为重要。然而，目前的系统研究方法一般只针对单一子系统或设备进行性能研究，且现阶段的异构能源系统目标函数如能耗、经济成本等并不能全面分析研究异构能源系统性能，也不能全面准确指出异构能源系统的改进优化之处。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本发明提供一种基于
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经济及/>
Figure BDA0003030344540000016
环境分析的异构能源系统性能优化方法，有效解决现有异构能源系统研究方法未能全面有效分析研究异构能源系统性能的技术问题，为异构能源系统的性能分析评价以及寻求改进优化的方向和潜力提供理论指导和实践依据，实现异构能源系统的能源高效利用、系统经济运行以及低碳、可持续性发展。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于
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经济及/>
Figure BDA0003030344540000018
环境分析的异构能源系统性能优化方法，包括下述步骤：
选择异构能源系统，确定异构能源系统内部结构及组成，建立异构能源系统工艺流程；
基于
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概念与/>
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平衡原理建立异构能源系统的/>
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分析数学模型；
基于
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经济学原理和系统经济性分析方法建立异构能源系统的/>
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经济分析数学模型；
基于
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环境学原理和系统全生命周期评价方法建立异构能源系统的/>
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环境分析数学模型；
基于异构能源系统工艺流程及各设备的运行参数求解
Figure BDA00030303445400000212
分析数学模型；
通过求解
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分析数学模型，获得异构能源系统中各物流/>
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值数据；
结合各物流
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值数据和系统经济分析数据，求解/>
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经济分析数学模型，结合各物流/>
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数据和系统全生命周期评价数据，求解/>
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环境分析数学模型；/>
以异构能源系统的
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效率、/>
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经济因子、/>
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环境因子为目标函数，基于所得异构能源系统各物流/>
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值数据、/>
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经济数据、/>
Figure BDA00030303445400000224
环境分析数据，计算获得目标函数值，分析研究异构能源系统性能，进行异构能源系统性能优化。
作为优选的技术方案，所述确定异构能源系统内部结构及组成，具体包括系统输入能源、系统输出能源、以及所采用的能源生产、转换及储存设备。
作为优选的技术方案，所述基于
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概念与/>
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平衡原理建立异构能源系统的/>
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分析数学模型，具体表示包括：
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Figure BDA0003030344540000023
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其中，Exin,i、Exout,j表示异构能源系统各输入、输出物流的
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值；Exd,sys表示异构能源系统的整体/>
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损；n、m表示异构能源系统燃料输入物流、产品输出物流的数量；Ex表示异构能源系统某股物流的/>
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表示异构能源系统某股物流的质量；ex表示异构能源系统某股物流各种/>
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的加和；/>
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表示异构能源系统某股物流的物理/>
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化学/>
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H、S表示异构能源系统某股物流实际状态下的比焓、比熵；H0、S0、T0表示异构能源系统某股物流参考状态下的比焓、比熵、温度；/>
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表示异构能源系统某股物流中某种组分的标准化学
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xi表示异构能源系统某股物流中某种组分的摩尔分数；R表示通用气体常数。
作为优选的技术方案，所述基于
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其中，
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表示异构能源系统各燃料输入物流、产品输出物流的/>
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经济成本值；/>
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表示异构能源系统各燃料输入物流、产品输出物流的单位/>
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值；Zsys、/>
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表示异构能源系统的整体非能量投资成本、成本率；/>
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表示异构能源系统的整体资本投资；/>
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表示异构能源系统的运营维护成本；n、m表示异构能源系统燃料输入物流、产品输出物流的数量；CRF表示异构能源系统的资本回收系数；/>
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表示异构能源系统的维护系数；N表示异构能源系统的年运行时间；a表示利率；b表示异构能源系统的运行寿命。
作为优选的技术方案，基于
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表示异构能源系统各燃料输入物流、产品输出物流的单位/>
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环境影响值；/>
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表示异构能源系统各燃料输入物流、产品输出物流的/>
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值；n、m表示异构能源系统燃料输入物流、产品输出物流的数量；Ysys表示异构能源系统全生命周期过程产生的环境影响；/>
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表示异构能源系统中各设备制造过程产生的环境影响，包括制造、运输与安装等过程；/>
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表示异构能源系统运行和维护过程产生的环境影响；/>
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表示异构能源系统中各设备处置过程产生的环境影响。
作为优选的技术方案，所述基于异构能源系统工艺流程及各设备的运行参数求解
Figure BDA00030303445400000417
分析数学模型，具体步骤包括：
基于异构能源系统工艺流程及各设备的运行参数，获得系统参数，所述系统参数包括各物流的温度、压力和质量流量，计算得到各物流的比焓和比熵，求解
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作为优选的技术方案，所述求解
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经济分析数学模型，具体步骤包括：通过异构能源系统的经济性分析，获得系统经济分析数据，包括资本投资、运营维护成本和输入燃料的能量单价，建立辅助方程，并以各物流/>
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值数据和系统经济分析数据为已知输入量，通过解方程组的形式求解/>
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经济分析数学模型。
所述求解
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环境分析数学模型，具体步骤包括：通过异构能源系统的全生命周期评价，获得系统全生命周期过程产生的环境影响、输入燃料产生的环境影响，建立辅助方程，并以各物流/>
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数据和系统全生命周期评价数据为已知输入量，通过解方程组的形式求解/>
Figure BDA00030303445400000512
环境分析数学模型。
作为优选的技术方案，所述
Figure BDA00030303445400000513
效率具体表示为：
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效率；Exin,i表示异构能源系统各输入能源的/>
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值；n表示异构能源系统输入能源的数量；Exout,j表示异构能源系统各输出能源的/>
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值；m表示异构能源系统输出能源的数量；
所述
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经济因子具体表示为：
Figure BDA0003030344540000052
Figure BDA0003030344540000053
其中，β表示异构能源系统的
Figure BDA00030303445400000518
经济因子；/>
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表示异构能源系统的整体资本投资；Cd,sys表示异构能源系统的整体/>
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损成本；/>
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表示异构能源系统输入燃料的单位/>
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经济成本；Exd,sys表示异构能源系统的整体/>
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损；
所述
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环境因子具体表示为：
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Figure BDA0003030344540000057
其中，γ表示异构能源系统的
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环境因子；Bd,sys表示异构能源系统的/>
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损环境影响；/>
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环境影响；Exd,sys表示异构能源系统的整体
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损；/>
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表示异构能源系统各设备制造过程产生的环境影响。
作为优选的技术方案，所述进行异构能源系统性能优化，优化方向具体为：
当系统各目标函数值与系统性能均小于设定的基准值时，从减少系统设备
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损、减少系统过程/>
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损方向进行改进优化。
本实施例还提供一种基于
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经济及/>
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环境分析的异构能源系统性能优化系统，包括：异构能源系统工艺流程构建模块、/>
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分析数学模型构建模块、/>
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经济分析数学模型构建模块、/>
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环境分析数学模型构建模块、/>
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分析数学模型求解模块、/>
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经济分析数学模型求解模块、/>
Figure BDA00030303445400000615
环境分析数学模型求解模块和优化模块；
所述异构能源系统工艺流程构建模块用于选择异构能源系统，确定异构能源系统内部结构及组成，建立异构能源系统工艺流程；
所述
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分析数学模型构建模块用于基于/>
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概念与/>
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平衡原理建立异构能源系统的/>
Figure BDA00030303445400000619
分析数学模型；
所述
Figure BDA00030303445400000620
经济分析数学模型构建模块用于基于/>
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经济学原理和系统经济性分析方法建立异构能源系统的/>
Figure BDA00030303445400000622
经济分析数学模型；
所述
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环境分析数学模型构建模块用于基于/>
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环境学原理和系统全生命周期评价方法建立异构能源系统的/>
Figure BDA00030303445400000625
环境分析数学模型；
所述
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分析数学模型求解模块用于基于异构能源系统工艺流程及各设备的运行参数求解/>
Figure BDA00030303445400000627
分析数学模型；
所述
Figure BDA00030303445400000628
经济分析数学模型求解模块用于通过求解/>
Figure BDA00030303445400000629
分析数学模型，获得异构能源系统中各物流/>
Figure BDA00030303445400000630
值数据，结合各物流/>
Figure BDA00030303445400000631
值数据和系统经济分析数据，求解/>
Figure BDA00030303445400000632
经济分析数学模型；
所述
Figure BDA00030303445400000633
环境分析数学模型求解模块用于通过求解/>
Figure BDA00030303445400000634
分析数学模型，获得异构能源系统中各物流/>
Figure BDA0003030344540000071
值数据，结合各物流/>
Figure BDA0003030344540000072
数据和系统全生命周期评价数据，求解/>
Figure BDA0003030344540000073
环境分析数学模型；
所述优化模块用于以异构能源系统的
Figure BDA0003030344540000074
效率、/>
Figure BDA0003030344540000075
经济因子、/>
Figure BDA0003030344540000076
环境因子为目标函数，基于所得异构能源系统各物流/>
Figure BDA0003030344540000077
值数据、/>
Figure BDA0003030344540000078
经济数据、/>
Figure BDA0003030344540000079
环境分析数据，计算获得目标函数值，分析研究异构能源系统性能，进行异构能源系统性能优化。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
本申请提供了一种基于
Figure BDA00030303445400000710
经济及/>
Figure BDA00030303445400000712
环境分析的异构能源系统性能研究方法，通过构建并求解异构能源系统的/>
Figure BDA00030303445400000713
经济、/>
Figure BDA00030303445400000715
环境分析数学模型，并采用系统/>
Figure BDA00030303445400000716
效率、系统/>
Figure BDA00030303445400000717
经济因子、系统/>
Figure BDA00030303445400000718
环境因子作为目标函数，研究异构能源系统中包括能源利用水平、经济效益以及生态性能等的系统性能，寻求异构能源系统的改进优化方向和潜力，解决了现有的能源系统研究方法未能全面有效分析研究异构能源系统性能的技术问题，为异构能源系统的性能分析评价以及寻求改进优化的方向和潜力提供理论指导和实践依据，实现异构能源系统的能源高效利用、系统经济运行以及低碳、可持续性发展。
附图说明
图1为本实施例1基于
Figure BDA00030303445400000719
经济及/>
Figure BDA00030303445400000721
环境分析的异构能源系统性能优化方法的流程示意图；
图2为本实施例1基于
Figure BDA00030303445400000722
经济及/>
Figure BDA00030303445400000724
环境分析的异构能源系统性能优化方法的异构能源系统框架图；
图3为本实施例2基于
Figure BDA0003030344540000082
经济及/>
Figure BDA0003030344540000084
环境分析的异构能源系统性能优化方法的异构能源系统工艺流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种基于
Figure BDA0003030344540000081
经济及/>
Figure BDA0003030344540000085
环境分析的异构能源系统性能优化方法，包括下述步骤：
S1：确定异构能源系统内部条件，建立异构能源系统工艺流程；
如图2所示，根据所研究异构能源系统，确定系统的内部结构及组成，具体包括：
系统输入能源，包括但不限于天然气等一次能源、太阳能等可再生能源等；
系统输出能源，包括但不限于电力、冷能、热能等；
所采用的能源生产、转换及储存等设备，包括但不限于燃气轮机、燃气内燃机、光伏电池、余热锅炉、蒸汽轮机、制冷机组、蓄电池、蓄热罐、蓄冷槽等，建立所研究异构能源系统的工艺流程。
S2：依据所建工艺流程，基于
Figure BDA0003030344540000086
概念、/>
Figure BDA0003030344540000087
经济学原理、/>
Figure BDA0003030344540000088
环境学原理，建立异构能源系统的/>
Figure BDA0003030344540000089
分析、/>
Figure BDA00030303445400000810
经济分析及/>
Figure BDA00030303445400000811
环境分析数学模型；
在本实施例中，对异构能源系统中的物流展开
Figure BDA00030303445400000812
分析，其/>
Figure BDA00030303445400000813
值主要考虑物理/>
Figure BDA00030303445400000814
和化学/>
Figure BDA00030303445400000821
化学/>
Figure BDA00030303445400000815
只有系统中发生化学反应时需要考虑和计算，因此除燃料等特殊物流需考虑化学/>
Figure BDA00030303445400000816
外，其他只计算物流的物理/>
Figure BDA00030303445400000817
值。
基于
Figure BDA00030303445400000818
概念与/>
Figure BDA00030303445400000819
平衡原理，建立异构能源系统的/>
Figure BDA00030303445400000820
分析数学模型，具体表示为：
Figure BDA0003030344540000091
Figure BDA0003030344540000092
Figure BDA0003030344540000093
Figure BDA0003030344540000094
Figure BDA0003030344540000095
其中，Exin,i、Exout,j表示异构能源系统各输入、输出物流的
Figure BDA00030303445400000916
值；Exd,sys表示异构能源系统的整体/>
Figure BDA00030303445400000917
损；n、m表示异构能源系统燃料输入物流、产品输出物流的数量；Ex表示异构能源系统某股物流的/>
Figure BDA00030303445400000918
值；/>
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表示异构能源系统某股物流的质量；ex表示异构能源系统某股物流各种/>
Figure BDA00030303445400000919
的加和；/>
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表示异构能源系统某股物流的物理/>
Figure BDA00030303445400000920
化学/>
Figure BDA0003030344540000098
H、S表示异构能源系统某股物流实际状态下的比焓、比熵；H0、S0、T0表示异构能源系统某股物流参考状态下的比焓、比熵、温度；/>
Figure BDA0003030344540000099
表示异构能源系统某股物流中某种组分的标准化学
Figure BDA00030303445400000910
xi表示异构能源系统某股物流中某种组分的摩尔分数；R表示通用气体常数。
在本实施例中，基于
Figure BDA00030303445400000921
经济学原理和系统经济性分析方法，建立异构能源系统的
Figure BDA00030303445400000922
经济分析数学模型，具体为：
Figure BDA00030303445400000911
Figure BDA00030303445400000912
Figure BDA00030303445400000913
Figure BDA00030303445400000914
Figure BDA00030303445400000915
Figure BDA0003030344540000101
其中，
Figure BDA0003030344540000102
表示异构能源系统各燃料输入物流、产品输出物流的/>
Figure BDA00030303445400001019
经济成本值；/>
Figure BDA0003030344540000103
表示异构能源系统各燃料输入物流、产品输出物流的单位/>
Figure BDA00030303445400001020
经济成本值；/>
Figure BDA0003030344540000104
表示异构能源系统各燃料输入物流、产品输出物流的/>
Figure BDA00030303445400001021
值；Zsys、/>
Figure BDA0003030344540000105
表示异构能源系统的整体非能量投资成本、成本率；/>
Figure BDA0003030344540000106
表示异构能源系统的整体资本投资；/>
Figure BDA0003030344540000107
表示异构能源系统的运营维护成本；n、m表示异构能源系统燃料输入物流、产品输出物流的数量；CRF表示异构能源系统的资本回收系数；/>
Figure BDA0003030344540000108
表示异构能源系统的维护系数；N表示异构能源系统的年运行时间；a表示利率；b表示异构能源系统的运行寿命。
在本实施例中，基于
Figure BDA00030303445400001022
环境学原理和系统全生命周期评价方法，建立异构能源系统的/>
Figure BDA00030303445400001023
环境分析数学模型，具体为：
Figure BDA0003030344540000109
Figure BDA00030303445400001010
Figure BDA00030303445400001011
/>
Figure BDA00030303445400001012
其中，
Figure BDA00030303445400001013
表示异构能源系统各燃料输入物流、产品输出物流的/>
Figure BDA00030303445400001024
环境影响值；/>
Figure BDA00030303445400001014
表示异构能源系统各燃料输入物流、产品输出物流的单位/>
Figure BDA00030303445400001025
环境影响值；/>
Figure BDA00030303445400001015
表示异构能源系统各燃料输入物流、产品输出物流的/>
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值；n、m表示异构能源系统燃料输入物流、产品输出物流的数量；Ysys表示异构能源系统全生命周期过程产生的环境影响；/>
Figure BDA00030303445400001016
表示异构能源系统中各设备制造过程产生的环境影响，包括制造、运输与安装等过程；/>
Figure BDA00030303445400001017
表示异构能源系统运行和维护过程产生的环境影响；/>
Figure BDA00030303445400001018
表示异构能源系统中各设备处置过程产生的环境影响。
S3：基于所建
Figure BDA0003030344540000112
分析、/>
Figure BDA0003030344540000113
经济分析、/>
Figure BDA0003030344540000114
环境分析数学模型，基于异构能源系统与设备运行状态参数、系统经济性分析数据、系统生命周期评价数据，求解所建数学模型，获得系统各物流的/>
Figure BDA00030303445400001122
经济、/>
Figure BDA0003030344540000115
环境的相关数据；
在本实施例中，基于所建
Figure BDA0003030344540000116
分析、/>
Figure BDA0003030344540000117
经济分析、/>
Figure BDA0003030344540000118
环境分析数学模型，以及异构能源系统与设备运行状态参数如系统输入物流的温度、压力及质量流量等；
在本实施例中，系统设备运行参数如温度、压力等；
在本实施例中，系统经济性分析数据如系统设备投资成本、运行及维护成本等；
在本实施例中，系统生命周期评价数据如系统设备制造、运行及维护、处理等过程产生的环境影响等；
在本实施例中，求解所建数学模型，获得系统各物流的
Figure BDA0003030344540000119
经济、/>
Figure BDA00030303445400001110
环境分析的相关数据如系统各物流/>
Figure BDA00030303445400001111
值等。
在本实施例中，
Figure BDA00030303445400001112
分析、/>
Figure BDA00030303445400001113
经济分析、/>
Figure BDA00030303445400001114
环境分析数学模型的具体求解过程如下：
1)
Figure BDA00030303445400001115
分析数学模型求解
基于异构能源系统工艺流程及各设备的运行参数如温度T、压力P等，获得系统各物流的温度T、压力P、质量流量
Figure BDA0003030344540000111
等参数，继而计算得到各物流的比焓H0、比熵S0等数据；基于以上所获数据，求解/>
Figure BDA00030303445400001116
分析数学模型，获得系统各物流的/>
Figure BDA00030303445400001117
值Ex、系统整体/>
Figure BDA00030303445400001118
损Exd,sys等数据。
2)
Figure BDA00030303445400001119
经济分析数学模型求解
通过求解
Figure BDA00030303445400001120
分析数学模型，获得异构能源系统中各物流/>
Figure BDA00030303445400001121
值数据；通过异构能源系统的经济性分析，获得系统的资本投资/>
Figure BDA0003030344540000121
运营维护成本/>
Figure BDA0003030344540000122
输入燃料的能量单价
Figure BDA0003030344540000123
如天然气气价(元/kJ)等数据，继而计算获得系统的非能量投资成本率/>
Figure BDA0003030344540000124
输入燃料的/>
Figure BDA00030303445400001211
经济成本/>
Figure BDA0003030344540000125
建立辅助方程，并以各物流/>
Figure BDA00030303445400001212
值数据和系统经济分析数据为已知输入量，通过解方程组的形式来求解/>
Figure BDA00030303445400001213
经济分析数学模型，获得系统各产品物流的/>
Figure BDA00030303445400001214
经济成本/>
Figure BDA0003030344540000126
单位/>
Figure BDA00030303445400001215
经济成本/>
Figure BDA0003030344540000127
等数据。
在本实施例中，辅助方程根据系统工艺流程和系统物流输入输出关系，以及燃料-产品原则建立，具体求解过程是将各平衡方程跟辅助方程形成方程组，通过解方程组来求解数学模型，而物流
Figure BDA00030303445400001216
值以及经济分析数据则作为方程组的一些已知量。
3)
Figure BDA00030303445400001217
环境分析数学模型求解
通过求解
Figure BDA00030303445400001218
分析数学模型，获得异构能源系统中各物流/>
Figure BDA00030303445400001219
值数据；通过异构能源系统的全生命周期评价，获得系统全生命周期过程产生的环境影响Ysys、输入燃料产生的环境影响/>
Figure BDA0003030344540000128
根据系统工艺流程和系统物流输入输出关系，基于燃料-产品原则建立辅助方程，并以各物流/>
Figure BDA00030303445400001220
数据和系统全生命周期评价数据为已知输入量，通过解方程组的形式来求解/>
Figure BDA00030303445400001221
环境分析数学模型，获得系统各产品物流的/>
Figure BDA00030303445400001222
环境影响/>
Figure BDA0003030344540000129
单位/>
Figure BDA00030303445400001223
环境影响/>
Figure BDA00030303445400001210
等数据。
S4：以异构能源系统的
Figure BDA00030303445400001224
效率、/>
Figure BDA00030303445400001225
经济因子、/>
Figure BDA00030303445400001226
环境因子为目标函数，基于所得异构能源系统各物流/>
Figure BDA00030303445400001227
经济、/>
Figure BDA00030303445400001229
环境分析的相关数据，计算获得三个目标函数值，分析研究异构能源系统性能，寻求系统改进优化方向。
在本实施例中，构建的异构能源系统目标函数包括
Figure BDA00030303445400001230
效率、/>
Figure BDA00030303445400001231
经济因子、/>
Figure BDA00030303445400001232
环境影响因子，具体表示为：
1)
Figure BDA00030303445400001233
效率
Figure BDA0003030344540000131
式中，α表示异构能源系统的
Figure BDA00030303445400001310
效率；Exin,i表示异构能源系统各输入能源的/>
Figure BDA00030303445400001311
值；n表示异构能源系统输入能源的数量；Exout,j表示异构能源系统各输出能源的/>
Figure BDA00030303445400001312
值；m表示异构能源系统输出能源的数量。
2)
Figure BDA00030303445400001313
经济因子
Figure BDA0003030344540000132
Figure BDA0003030344540000133
式中，β表示异构能源系统的
Figure BDA00030303445400001314
经济因子；/>
Figure BDA0003030344540000134
表示异构能源系统的整体资本投资；Cd,sys表示异构能源系统的整体/>
Figure BDA00030303445400001315
损成本；/>
Figure BDA0003030344540000135
表示异构能源系统输入燃料的单位/>
Figure BDA00030303445400001316
经济成本；Exd,sys表示异构能源系统的整体/>
Figure BDA00030303445400001317
损。
3)
Figure BDA00030303445400001318
环境因子/>
Figure BDA0003030344540000136
Figure BDA0003030344540000137
式中，γ表示异构能源系统的
Figure BDA00030303445400001319
环境因子；Bd,sys表示异构能源系统的/>
Figure BDA00030303445400001320
损环境影响；/>
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表示异构能源系统输入燃料的单位/>
Figure BDA00030303445400001321
环境影响；Exd,sys表示异构能源系统的整体
Figure BDA00030303445400001322
损；/>
Figure BDA0003030344540000139
表示异构能源系统各设备制造过程产生的环境影响，包括制造、运输与安装等过程。
在本实施例中，基于所获异构能源系统各物流
Figure BDA00030303445400001323
经济及/>
Figure BDA00030303445400001325
环境分析的相关数据，依据异构能源系统各目标函数的具体计算公式，计算各目标函数值，分析研究异构能源系统性能，寻求系统改进优化方向，具体准则为：
1)系统
Figure BDA00030303445400001326
效率越高，系统/>
Figure BDA00030303445400001327
损越小，能源利用水平越高；
2)系统
Figure BDA00030303445400001328
经济因子越大，系统/>
Figure BDA00030303445400001329
损成本越低，系统经济效益越好；
3)系统
Figure BDA0003030344540000141
环境因子越大，系统/>
Figure BDA0003030344540000142
损环境影响越小，系统生态性能越好。
4)系统改进优化方向：当系统各目标函数值较小，系统性能较差时，从减少系统设备
Figure BDA0003030344540000143
损、减少系统过程/>
Figure BDA0003030344540000144
损等方向进行改进优化。
本实施例基于热力学第二定律的
Figure BDA0003030344540000145
分析法从能量品质的角度，量化系统不可逆损失，分析系统性能下降的本质原因，反映系统能量利用水平，挖掘系统性能提升潜力，评价多能量品质产品异构能源系统的运行效果；/>
Figure BDA0003030344540000146
分析和经济性分析相结合的/>
Figure BDA0003030344540000147
经济分析方法综合运用热力学原理和经济学原理，计算系统各产品的能量生产成本，量化系统的能量品质差异，综合评价异构能源系统的能效水平和经济效益；/>
Figure BDA0003030344540000148
分析和全生命周期评价相结合的/>
Figure BDA0003030344540000149
环境分析法是从系统组件层面上，计算系统组件的环境影响，继而计算出系统的总环境影响以及相关/>
Figure BDA00030303445400001410
环境评价指标，揭示系统中各组成部分对总环境影响的贡献程度以及确定该影响来源，分析评价系统的生态性能，寻求提高生态性能的方向和潜力。
实施例2
上述实施例1针对一个普适性的异构能源系统，本实施例针对一个具体的系统，包括各种输入输出能源、系统具体设备等，建立具体的数学模型以及提供具体的数据，能更加清晰的阐述方法的应用过程。
本实施例提供一种基于
Figure BDA00030303445400001411
经济及/>
Figure BDA00030303445400001413
环境分析的异构能源系统性能优化方法，包括下述步骤：
确定所研究异构能源系统的内部条件，建立异构能源系统工艺流程。
如图3所示，确定本实施例中所研究异构能源系统的内部结构及组成，具体包括：系统输入能源为天然气、网购电、尿素、冷却水、冷冻水；系统输出能源为电力、冷冻水；系统主要能源生产和转换设备为空压机、燃气内燃机、脱硝反应器、热水板换、烟气热水型溴化锂机组、电制冷机组、加药泵；根据设备及物流输入输出的关系，建立所研究异构能源系统的工艺流程。
基于
Figure BDA0003030344540000154
概念、/>
Figure BDA0003030344540000155
经济学原理、/>
Figure BDA0003030344540000156
环境学原理，建立异构能源系统/>
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经济及/>
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环境分析数学模型。
在本实施例中，依据所建异构能源系统的工艺流程，基于
Figure BDA00030303445400001510
概念、/>
Figure BDA00030303445400001511
经济学原理、
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环境学原理，构建异构能源系统/>
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分析、/>
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经济分析、/>
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环境分析数学模型分别如表1、2、3所示，其中，Ex表示系统物流/>
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W表示系统设备的电能输入功或输出功，C表示系统物流的/>
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经济成本，c表示系统物流的单位/>
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经济成本，f表示燃料，p表示产品，/>
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表示系统或设备的非能量投资成本，B表示系统物流的/>
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环境影响，b表示系统物流的单位/>
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环境影响，Y表示系统或设备生命周期过程产生的环境影响；下标字母中d表示系统或设备的/>
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损失，sys表示全系统，大写字母缩写表示系统工艺设备；下标数字表示系统工艺流程中物流编号。
表1系统
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分析数学模型
Figure BDA0003030344540000152
表2系统
Figure BDA00030303445400001523
经济分析数学模型
Figure BDA0003030344540000153
/>
Figure BDA0003030344540000161
表3系统
Figure BDA0003030344540000163
环境分析数学模型
Figure BDA0003030344540000162
基于异构能源系统与设备运行状态参数、经济分析数据、生命周期评价数据，求解所建数学模型。
在本实施例中，基于异构能源系统与设备运行状态参数如温度、压力等，获得系统中各物流温度、压力等物性参数，计算得到各物流比焓、比熵等，求解
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分析数学模型，得到系统各物流/>
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值；基于各物流/>
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及系统经济分析数据，求解/>
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经济分析数学模型，得到系统各产品单位/>
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经济成本值；基于各物流/>
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及系统生命周期评价数据，求解/>
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环境分析数学模型，得到系统各产品单位/>
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环境影响；具体数据如表4所示。
表4系统
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经济、/>
Figure BDA00030303445400001712
环境分析数学模型求解结果
Figure BDA0003030344540000171
基于模型求解结果及目标函数计算公式，计算目标函数值，分析研究异构能源系统性能，寻求系统改进优化方向。
更具体地，基于上述
Figure BDA00030303445400001713
经济、/>
Figure BDA00030303445400001715
环境分析数学模型求解数据及各目标函数具体计算公式，计算得到各目标函数值，计算结果如表5所示。
表5系统各目标函数计算结果
Figure BDA0003030344540000181
更具体地，基于计算所得各目标函数计算结果，分析评价该异构能源系统性能，寻求改进优化方向，具体包括：1)该系统的
Figure BDA0003030344540000182
效率为42.14％，说明系统过程/>
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损较大，系统能源利用水平不理想；2)该系统的/>
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经济因子为4.04％，说明系统过程/>
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损所造成的成本损失占比较大，系统经济效益不佳；3)该系统的/>
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环境因子为11.01％，说明系统过程/>
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损所引起的环境影响占比较大，系统生态性能较低；通过改进工艺设备参数等操作优化系统，减少设备/>
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损及系统过程/>
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损，进而提高系统能源利用水平、经济效益以及生态性能等。
实施例3
本实施例还提供一种基于
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经济及/>
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环境分析的异构能源系统性能优化系统，包括：异构能源系统工艺流程构建模块、/>
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分析数学模型构建模块、/>
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经济分析数学模型构建模块、/>
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环境分析数学模型构建模块、/>
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分析数学模型求解模块、/>
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经济分析数学模型求解模块、/>
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环境分析数学模型求解模块和优化模块；/>
在本实施例中，异构能源系统工艺流程构建模块用于选择异构能源系统，确定异构能源系统内部结构及组成，建立异构能源系统工艺流程；
在本实施例中，
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分析数学模型构建模块用于基于/>
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概念与/>
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分析数学模型；
在本实施例中，
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经济分析数学模型构建模块用于基于/>
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经济学原理和系统经济性分析方法建立异构能源系统的/>
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经济分析数学模型；
在本实施例中，
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环境分析数学模型构建模块用于基于/>
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环境分析数学模型；
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分析数学模型求解模块用于基于异构能源系统工艺流程及各设备的运行参数求解/>
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分析数学模型；
在本实施例中，
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经济分析数学模型求解模块用于通过求解/>
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分析数学模型，获得异构能源系统中各物流/>
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值数据，结合各物流/>
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值数据和系统经济分析数据，求解/>
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经济分析数学模型；
在本实施例中，
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环境分析数学模型求解模块用于通过求解/>
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值数据，结合各物流/>
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数据和系统全生命周期评价数据，求解
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环境分析数学模型；
在本实施例中，优化模块用于以异构能源系统的
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效率、/>
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经济因子、/>
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环境因子为目标函数，基于所得异构能源系统各物流/>
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经济数据、/>
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环境分析数据，计算获得目标函数值，分析研究异构能源系统性能，进行异构能源系统性能优化。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于
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Figure FDA00037772186500000112
经济及/>
Figure FDA00037772186500000113
环境分析的异构能源系统性能优化方法，其特征在于，包括下述步骤：
选择异构能源系统，确定异构能源系统内部结构及组成，建立异构能源系统工艺流程；
基于
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概念与/>
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平衡原理建立异构能源系统的/>
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分析数学模型；
基于
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经济学原理和系统经济性分析方法建立异构能源系统的/>
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经济分析数学模型；
基于
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环境学原理和系统全生命周期评价方法建立异构能源系统的/>
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环境分析数学模型；
基于
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环境学原理和系统全生命周期评价方法建立异构能源系统的/>
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环境分析数学模型，具体表示为：
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Figure FDA0003777218650000014
其中，
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表示异构能源系统各燃料输入物流、产品输出物流的/>
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环境影响值；/>
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环境影响值；
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值；n、m表示异构能源系统燃料输入物流、产品输出物流的数量；Ysys表示异构能源系统全生命周期过程产生的环境影响；/>
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表示异构能源系统中各设备制造过程产生的环境影响，包括制造、运输与安装过程；/>
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表示异构能源系统运行和维护过程产生的环境影响；/>
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表示异构能源系统中各设备处置过程产生的环境影响；
基于异构能源系统工艺流程及各设备的运行参数求解
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分析数学模型；
通过求解
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分析数学模型，获得异构能源系统中各物流/>
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值数据；
结合各物流
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值数据和系统经济分析数据，求解/>
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数据和系统全生命周期评价数据，求解/>
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环境分析数学模型；
以异构能源系统的
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效率、/>
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环境分析数据，计算获得目标函数值，分析研究异构能源系统性能，进行异构能源系统性能优化。
2.根据权利要求1所述的基于
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Figure FDA00037772186500000225
经济及/>
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环境分析的异构能源系统性能优化方法，其特征在于，所述确定异构能源系统内部结构及组成，具体包括系统输入能源、系统输出能源、以及所采用的能源生产、转换及储存设备。/>
3.根据权利要求1所述的基于
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分析数学模型，具体表示包括：
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Figure FDA0003777218650000023
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其中，Exin,i、Exout,j表示异构能源系统各输入、输出物流的
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值；Exd,sys表示异构能源系统的整体/>
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损；n、m表示异构能源系统燃料输入物流、产品输出物流的数量；Ex表示异构能源系统某股物流的/>
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的加和；/>
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化学/>
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H、S表示异构能源系统某股物流实际状态下的比焓、比熵；H0、S0、T0表示异构能源系统某股物流参考状态下的比焓、比熵、温度；/>
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xi表示异构能源系统某股物流中某种组分的摩尔分数；R表示通用气体常数。
4.根据权利要求1所述的基于
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经济及/>
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经济分析数学模型，具体表示为：
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5.根据权利要求1所述的基于
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Figure FDA00037772186500000323
经济及/>
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环境分析的异构能源系统性能优化方法，其特征在于，所述基于异构能源系统工艺流程及各设备的运行参数求解/>
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分析数学模型，具体步骤包括：
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经济及/>
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经济分析数学模型，具体步骤包括：通过异构能源系统的经济性分析，获得系统经济分析数据，包括资本投资、运营维护成本和输入燃料的能量单价，建立辅助方程，并以各物流/>
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值数据和系统经济分析数据为已知输入量，通过解方程组的形式求解/>
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经济分析数学模型；
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环境分析数学模型，具体步骤包括：通过异构能源系统的全生命周期评价，获得系统全生命周期过程产生的环境影响、输入燃料产生的环境影响，建立辅助方程，并以各物流/>
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环境分析数学模型。
7.根据权利要求1所述的基于
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经济及/>
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所述
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经济因子具体表示为：
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其中，β表示异构能源系统的
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所述
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其中，γ表示异构能源系统的
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8.根据权利要求1所述的基于
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经济及/>
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环境分析的异构能源系统性能优化方法，其特征在于，所述进行异构能源系统性能优化，优化方向具体为：
当系统各目标函数值与系统性能均小于设定的基准值时，从减少系统设备
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损、减少系统过程/>
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损方向进行改进优化。
9.一种基于
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经济及/>
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环境分析的异构能源系统性能优化系统，其特征在于，包括：异构能源系统工艺流程构建模块、/>
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分析数学模型构建模块、/>
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经济分析数学模型构建模块、/>
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环境分析数学模型构建模块、/>
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分析数学模型求解模块、/>
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经济分析数学模型求解模块、/>
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环境分析数学模型求解模块和优化模块；
所述异构能源系统工艺流程构建模块用于选择异构能源系统，确定异构能源系统内部结构及组成，建立异构能源系统工艺流程；
所述
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分析数学模型构建模块用于基于/>
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概念与/>
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平衡原理建立异构能源系统的/>
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分析数学模型；
所述
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经济分析数学模型构建模块用于基于/>
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经济学原理和系统经济性分析方法建立异构能源系统的/>
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经济分析数学模型；
所述
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环境分析数学模型构建模块用于基于/>
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环境学原理和系统全生命周期评价方法建立异构能源系统的/>
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环境分析数学模型；
基于
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环境学原理和系统全生命周期评价方法建立异构能源系统的/>
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环境分析数学模型，具体表示为：
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/>
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其中，
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表示异构能源系统各燃料输入物流、产品输出物流的/>
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环境影响值；/>
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表示异构能源系统各燃料输入物流、产品输出物流的单位/>
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环境影响值；
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表示异构能源系统各燃料输入物流、产品输出物流的/>
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值；n、m表示异构能源系统燃料输入物流、产品输出物流的数量；Ysys表示异构能源系统全生命周期过程产生的环境影响；/>
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表示异构能源系统中各设备制造过程产生的环境影响，包括制造、运输与安装过程；/>
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表示异构能源系统运行和维护过程产生的环境影响；/>
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表示异构能源系统中各设备处置过程产生的环境影响；
所述
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分析数学模型求解模块用于基于异构能源系统工艺流程及各设备的运行参数求解/>
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分析数学模型；
所述
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经济分析数学模型求解模块用于通过求解/>
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分析数学模型，获得异构能源系统中各物流/>
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值数据，结合各物流/>
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值数据和系统经济分析数据，求解/>
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经济分析数学模型；
所述
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环境分析数学模型求解模块用于通过求解/>
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分析数学模型，获得异构能源系统中各物流/>
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值数据，结合各物流/>
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数据和系统全生命周期评价数据，求解/>
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环境分析数学模型；
所述优化模块用于以异构能源系统的
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效率、/>
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经济因子、/>
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环境因子为目标函数，基于所得异构能源系统各物流/>
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值数据、/>
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经济数据、/>
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环境分析数据，计算获得目标函数值，分析研究异构能源系统性能，进行异构能源系统性能优化。/>
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