CN113496300A - 一种园区综合能源站规划设计方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种园区综合能源站规划设计方法和系统，包括：采用指标法对园区内的负荷进行预测；根据所述园区内各负荷的预测结果，以及园区的资源情况、同时考虑对设备的合理利用，确定园区内的能源站结构及设备容量；所述负荷包括：冷、热和电负荷。本发明提出的方法能够增加能源利用效率，满足园区电负荷、热负荷和冷负荷的多元化个性需求，实现冷热能源的削峰填谷，有效提高了电网设备利用率。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统领域，具体涉及一种园区综合能源站规划设计方法和系统。
背景技术
在能源危机与环境污染的双重压力下，区域综合能源系统(integrated energysystems，IES)的建设在世界范围内引起了广泛的关注。与传统冷、热、电分供系统相比，区域综合能源系统有较高的能源综合利用效率与减排价值。随着能源消费模式的变革，传统的单一能源模式供应正在向着综合能源供应模式转变，打破了不同能源品种单独规划、单独设计、单独运行的传统模式。能源站作为能源供应终端在区域能源系统中发挥重要作用，能够实现电、气、冷、热多类型能源之间与源、网、荷、储多供应环节间的协同优化。以中国为例，区域综合能源站的建设还处于起步阶段，而区域综合能源站的科学规划和优化配置，对其优化运行和整体性能的提升意义重大，因此，综合能源系统的协调开发是进一步发展区域综合能源亟待解决的重要问题。已有研究侧重于电力系统单一供能系统专项规划与优化配置，对综合能源系统的协调开发与整体效益考虑不足，尚缺乏多种能源产供用系统性的统筹规划和集成解决方案，并且综合能源系统联合规划研究近年来刚刚起步，研究更侧重于概念、理念与基础理论，距离工程实际应用尚有一段差距。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种一种园区综合能源站规划设计方法，如图1所示，其改进之处，包括：
采用指标法对园区内的负荷进行预测；
根据所述园区内各负荷的预测结果，以及园区的资源情况、同时考虑对设备的合理利用，确定园区内的能源站结构及设备容量；
所述负荷包括：冷、热和电负荷。
优选的，所述采用指标法对园区内的负荷进行预测，包括：
根据建筑面积冷指标对所述园区内冷、热负荷进行计算；
根据计算结果和园区一年的典型日电负荷曲线确定所述典型日用电负荷最大值、最小值以及一天内随时间变化用电负荷的变化规律；
基于所述冷、热负荷以及用电负荷的变化规律，确定典型日冷、热、电负荷曲线。
优选的，所述根据所述园区内各负荷的预测结果，以及园区的资源情况、同时考虑对设备的合理利用，确定园区内的能源站结构及设备容量；包括：
根据园区负荷特点，选择设备构建综合能源站；
确定园区分布式光伏装机容量并配置电储能；
按照以电定冷/热的原则设计天然气联供机组的容量；
根据平均热负荷和高峰时段持续时间，配置相变蓄热储能；
所述联供机组，包括微燃机、水源热泵、电锅炉、溴化锂机组。
优选的，所述根据园区负荷特点，选择设备构建综合能源站，包括：
首先利用和消纳分布式光伏发电；
如果光伏发电不能满足园区负荷时，同时利用分布式光伏和天然气三联供机组，削减峰值电负荷。
所述天然气三联供机组在满足指定部分供冷需求前提下，通过减少制冷用电负荷进一步削减电负荷。
优选的，所述根据园区负荷特点，选择设备构建综合能源站，还包括：
基于所述分布式光伏装机容量，为所述分布式光伏配置合适的相变储能装置，进一步满足园区负荷。
优选的，所述根据所述园区内各负荷的预测结果，以及园区的资源情况、同时考虑对设备的合理利用，确定园区内的能源站结构及设备容量之后，还包括：
计算确定园区内的能源站结构及设备容量后的电网供电峰谷差的降幅；
对能源站的年平均能源综合利用效率进行评价。
优选的，所述计算确定园区内的能源站结构及设备容量后的电网供电峰谷差的降幅，包括：
基于天然气联供发电、制冷和储能的削峰作用下，计算得到电网供电峰谷差的降幅。
优选的，所述年平均能源综合利用效率的计算式如下：
其中，η为对能源站的年平均能源综合利用效率；
t为t时刻；
PL,T(t)为t时刻能源站用户电负荷功率；
CL,T(t)为t时刻能源站用户冷负荷功率；
QL,T(t)为t时刻能源站用户热负荷功率；
T为计算周期；
PL(t)为t时刻能源站用户电负荷功率；
CL(t)为t时刻能源站用户冷负荷功率；
QL(t)为t时刻能源站用户热负荷功率；
所述输入能源站能量，包含：计算周期内的购电能量Egrid,T与计算周期内的购气能量Egas,T两部分。
基于同一发明构思，本发明还提供了一种园区综合能源站规划设计系统，包括：预测模块和结构模块；
所述预测模块，用于采用指标法对园区内的负荷进行预测；
所述结构模块，用于根据所述园区内各负荷的预测结果，以及园区的资源情况、同时考虑对设备的合理利用，确定园区内的能源站结构及设备容量；
所述负荷包括：冷、热和电负荷。
优选的，所述预测模块，包括：计算单元、变化单元和曲线单元；
所述计算单元，用于根据建筑面积冷指标对所述园区内冷、热负荷进行计算；
所述变化单元，用于根据计算结果和园区一年的典型日电负荷曲线确定所述典型日用电负荷最大值、最小值以及一天内随时间变化用电负荷的变化规律；
所述曲线单元，基于所述冷、热负荷以及用电负荷的变化规律，确定典型日冷、热、电负荷曲线。
与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：
本发明提供一种园区综合能源站规划设计方法，包括：采用指标法对园区内的负荷进行预测；根据所述园区内各负荷的预测结果，以及园区的资源情况、同时考虑对设备的合理利用，确定园区内的能源站结构及设备容量；所述负荷包括：冷、热和电负荷。本发明提出的方法能够增加能源利用效率，满足园区电负荷、热负荷和冷负荷的多元化个性需求；
本发明提出一种多能互补的园区综合能源站规划设计方法，实现了冷热能源的削峰填谷，有效提高了电网设备利用率。
本发明提出一种多能互补的园区综合能源站规划设计方法，首先采用指标法对产业园区冷热电负荷进行分析，按照根据园区的资源特点和负荷分析，确定能源站结构及设备容量，构建多能互补综合能源站，形成具备多类型能源转换网络实现能源的阶梯利用。
附图说明
图1是本发明提供的一种园区综合能源站规划设计方法流程图；
图2是本发明提供的一种园区综合能源站规划设计方法流程细节图；
图3是本发明提供的一种夏季典型日冷负荷曲线图；
图4是本发明提供的一种冬季典型日冷负荷曲线图；
图5是本发明提供的一种夏/冬季典型日电负荷曲线图；
图6是本发明提供的一种春/秋季典型日电负荷曲线；
图7是本发明提供的一种园区能源站结构图；
图8是本发明提供的一种能源供应时序曲线图；
图9是本发明提供的一种园区综合能源站规划设计系统结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
实施例1
本发明的目的在于提出一种多能互补的产业园区综合能源站规划设计方法，如图1所示。首先对产业园区冷热电需求进行分析，按照用能需求配置能源站设备，构建多能互补综合能源站，形成具备多类型能源转换网络，并分析运行效果。所述步骤如下：
步骤一：采用指标法对园区内的负荷进行预测；
1)采用指标法进行园区内冷、热、电负荷预测。
步骤1：采用指标法进行园区内冷、热负荷预测。
冷、热负荷的计算根据建筑面积冷指标进行计算，即：
Qh＝qhAc×10-3
式中，Qh为区域冷、热负荷(W)，qh为冷、热负荷指标(W/m2)，Ac为建筑面积(m2)。
步骤2：根据园区一年四季的典型日电负荷曲线可分析得用电需求，确定典型日用电负荷最大、最小值以及一天内随时间变化用电负荷的变化规律。
步骤3：确定冷、热、电负荷后，绘制相应的典型日冷、热、电负荷曲线。
2)根据园区的资源特点和负荷分析，确定能源站结构及设备容量。其中能源站结构图，如图7所示。
步骤二：根据所述园区内各负荷的预测结果，以及园区的资源情况、同时考虑对设备的合理利用，确定园区内的能源站结构及设备容量。
步骤4：根据园区资源禀赋和负荷特点，选择合适的设备构建综合能源站。
产业园区具有高可靠性的能源供应需求，其主要能源需求有电力、制冷、供暖、热水。能源站的设备选择原则有以下几点：a.优先利用和消纳分布式光伏发电；b.通过分布式光伏和天然气三联供机组，削减峰值电负荷；c.天然气三联供机组满足部分供冷需求，通过减少制冷用电负荷进一步削减电负荷，使剩余电负荷曲线尽可能平稳，降低电网供电的峰谷差，提高电网设备利用率；d.配置相变储能装置，实现冷热能源的削峰填谷。能源站配置水源热泵、微燃机、电锅炉、溴化锂机组、分布式光伏、电储能、相变蓄热等。
步骤5：按照充分利用能源站周边用户屋顶景观的原则设计，确定园区分布式光伏装机容量并配置一定的电储能。
分布式光伏装机容量为
G＝Gst×A×ηst×f
式中：G为光伏装机容量(W)，Gst为标况下太阳辐照度，与所在地区无关，取1000W/m2；A为光伏组件的安装面积，m2；ηst为标况下光伏组件转换效率，取12％～16％；f为光伏组件倾角系数。
光伏发电量为
PS＝HA×A×η×K/3.6
式中：PS为光伏年发电量(kW·h)，HA为光伏所在地年太阳总辐射量(MJ/m2)，A为光伏组件的安装面积(m2)，η为光伏组件转换效率，取12％～16％；K为修正系数，取0.5。
步骤6：为削减用电高峰期间峰值电负荷，按照以电定冷/热的原则设计天然气联供机组的容量，包括微燃机、水源热泵、电锅炉、溴化锂机组，使得机组的总制冷供热量达到冷、热负荷需求。
步骤7：园区用热是办公时段，根据平均热负荷Qha和高峰时段持续时间h，配置相变蓄热储能，容量Pp(kW·h)为
Pp＝Qha×h
3)实施效果及能效评估。
步骤8：在天然气联供发电、制冷和储能的削峰作用下，提高了电网设备利用率，计算可得优化后电网供电峰谷差的降幅D(％)。
步骤9：对能源站的年平均能源综合利用效率η进行评价，定量分析计算公式如下：
其中，∑Eout为能源站为用户供能总量；∑Ein为能源站输入能源总量；PL,T、CL,T、QL,T分别为能源站在T时段内的供电、供冷与供热量，单位为kJ；PL(t)、CL(t)、QL(t)为t时刻能源站用户电、冷、热负荷功率，单位为kW，计算周期T为1年。能源站能量输入主要包括购电能量Egrid,T与购气能量Egas,T两部分。
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步详细的说明。多能互补的园区能源站规划设计方法流程如图2所示。具体步骤如下：
1)采用指标法进行园区内冷、热负荷预测，按下式计算
Qh＝qhAc×10-3
Qh＝qhAc×10-3
式中，Qc、Qh为区域冷、热负荷(W)，qh为冷、热负荷指标(W/m2)，Ac为建筑面积(m2)。本实例中，建筑面积为50000m2，冷、热负荷指标为100W/m2，计算得冷、热负荷为5MW。
2)确定冷、热负荷后，绘制相应的典型日冷、热、电负荷曲线，如图3、图4。
3)根据园区一年四季的典型日电负荷曲线可分析得用电需求，确定典型日用电负荷最大、最小值以及一天内随时间变化用电负荷的变化规律，绘制春夏秋冬典型日电负荷曲线如图5、图6。
4)产业园区具有高可靠性的能源供应需求，按照以下原则选择能源站设备：a.优先利用和消纳分布式光伏发电；b.通过分布式光伏和天然气三联供机组，削减峰值电负荷；c.天然气三联供机组满足部分供冷需求，通过减少制冷用电负荷进一步削减电负荷，使剩余电负荷曲线尽可能平稳，降低电网供电的峰谷差，提高电网设备利用率；d.配置相变储能装置，实现冷热能源的削峰填谷。能源站总体架构如图6所示，配置水源热泵、微燃机、电锅炉、溴化锂机组、分布式光伏、电储能、相变蓄热等。
5)按照充分利用能源站周边用户屋顶景观的原则设计，分布式光伏装机容量为
G＝Gst×A×ηst×f
Gst取1000W/m2；光伏组件的安装面积A取1320m2；ηst为标况下光伏组件转换效率，取12％～16％；f取值1，计算得区域内的光伏装机容量为211kW。经计算，光伏年度发电量可达27万kWh，在园区配置分布式电储能2MWh。
6)为削减用电高峰期间峰值电负荷，按照以电定冷/热的原则设计天然气联供机组的容量，包括微燃机、水源热泵、电锅炉、溴化锂机组，使得机组的总制冷供热量达到冷、热负荷需求。天然气联供机组各设备技术参数如下表所示。
7)园区用热是办公时段，根据Pp＝Qha×h，平均热负荷Qha和高峰时段持续时间h，配置相变蓄热储能，据计算配置相变蓄热储能30MWh。
8)计算优化后电网供电峰谷差的降幅D(％)，优化后能源站时序曲线如图8，电网供电最大负荷为5.67MW，减少了2.3MW，电网供电的峰谷差由4.51MW降至2.34MW，降幅48％，有效提高了电网设备利用率。
9)对能源站的年平均能源综合利用效率η进行评价，根据
计算可得能源站的年平均能源综合利用效率为69％。
实施例2
本发明还提供了一种园区综合能源站规划设计系统，如图9所示。由于这个系统解决技术问题的原理与一种园区综合能源站规划设计方法相似，重复之处不再赘余。包括：预测模块和结构模块；
所述预测模块，用于采用指标法对园区内的负荷进行预测；
所述结构模块，用于根据所述园区内各负荷的预测结果，以及园区的资源情况、同时考虑对设备的合理利用，确定园区内的能源站结构及设备容量；
所述负荷包括：冷、热和电负荷。
优选的，所述预测模块，包括：计算单元、变化单元和曲线单元；
所述计算单元，用于根据建筑面积冷指标对所述园区内冷、热负荷进行计算；
所述变化单元，用于根据计算结果和园区一年的典型日电负荷曲线确定所述典型日用电负荷最大值、最小值以及一天内随时间变化用电负荷的变化规律；
所述曲线单元，基于所述冷、热负荷以及用电负荷的变化规律，确定典型日冷、热、电负荷曲线。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
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)
1.一种园区综合能源站规划设计方法，其特征在于，包括：
采用指标法对园区内的负荷进行预测；
根据所述园区内各负荷的预测结果，以及园区的资源情况、同时考虑对设备的合理利用，确定园区内的能源站结构及设备容量；
所述负荷包括：冷、热和电负荷。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用指标法对园区内的负荷进行预测，包括：
根据建筑面积冷指标对所述园区内冷、热负荷进行计算；
根据计算结果和园区一年的典型日电负荷曲线确定所述典型日用电负荷最大值、最小值以及一天内随时间变化用电负荷的变化规律；
基于所述冷、热负荷以及用电负荷的变化规律，确定典型日冷、热、电负荷曲线。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述园区内各负荷的预测结果，以及园区的资源情况、同时考虑对设备的合理利用，确定园区内的能源站结构及设备容量；包括：
根据园区负荷特点，选择设备构建综合能源站；
确定园区分布式光伏装机容量并配置电储能；
按照以电定冷/热的原则设计天然气联供机组的容量；
根据平均热负荷和高峰时段持续时间，配置相变蓄热储能；
所述联供机组，包括微燃机、水源热泵、电锅炉、溴化锂机组。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据园区负荷特点，选择设备构建综合能源站，包括：
首先利用和消纳分布式光伏发电；
如果光伏发电不能满足园区负荷时，同时利用分布式光伏和天然气三联供机组，削减峰值电负荷。
所述天然气三联供机组在满足指定部分供冷需求前提下，通过减少制冷用电负荷进一步削减电负荷。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据园区负荷特点，选择设备构建综合能源站，还包括：
基于所述分布式光伏装机容量，为所述分布式光伏配置合适的相变储能装置，进一步满足园区负荷。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述园区内各负荷的预测结果，以及园区的资源情况、同时考虑对设备的合理利用，确定园区内的能源站结构及设备容量之后，还包括：
计算确定园区内的能源站结构及设备容量后的电网供电峰谷差的降幅；
对能源站的年平均能源综合利用效率进行评价。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述计算确定园区内的能源站结构及设备容量后的电网供电峰谷差的降幅，包括：
基于天然气联供发电、制冷和储能的削峰作用下，计算得到电网供电峰谷差的降幅。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述年平均能源综合利用效率的计算式如下：
其中，η为对能源站的年平均能源综合利用效率；
t为t时刻；
PL,T(t)为t时刻能源站用户电负荷功率；
CL,T(t)为t时刻能源站用户冷负荷功率；
QL,T(t)为t时刻能源站用户热负荷功率；
T为计算周期；
PL(t)为t时刻能源站用户电负荷功率；
CL(t)为t时刻能源站用户冷负荷功率；
QL(t)为t时刻能源站用户热负荷功率；
所述输入能源站能量，包含：计算周期内的购电能量Egrid,T与计算周期内的购气能量Egas,T两部分。
9.一种园区综合能源站规划设计系统，其特征在于，包括：预测模块和结构模块；
所述预测模块，用于采用指标法对园区内的负荷进行预测；
所述结构模块，用于根据所述园区内各负荷的预测结果，以及园区的资源情况、同时考虑对设备的合理利用，确定园区内的能源站结构及设备容量；
所述负荷包括：冷、热和电负荷。
10.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述预测模块，包括：计算单元、变化单元和曲线单元；
所述计算单元，用于根据建筑面积冷指标对所述园区内冷、热负荷进行计算；
所述变化单元，用于根据计算结果和园区一年的典型日电负荷曲线确定所述典型日用电负荷最大值、最小值以及一天内随时间变化用电负荷的变化规律；
所述曲线单元，基于所述冷、热负荷以及用电负荷的变化规律，确定典型日冷、热、电负荷曲线。
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|---|---|---|---|---|
| CN114742269A (zh) * | 2022-03-08 | 2022-07-12 | 国网能源研究院有限公司 | 考虑多能耦合的园区综合能源系统顶层设计方法及装置 |
| CN115062878A (zh) * | 2022-08-19 | 2022-09-16 | 东方电子股份有限公司 | 一种用于综合能源系统的优化调度系统 |
| CN115081902A (zh) * | 2022-06-30 | 2022-09-20 | 国网北京市电力公司 | 基于源网荷储协同的综合规划方法、装置、设备及介质 |
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2020
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