CN116667312A - 多源住宅式能源供给系统及能源分配经济最优策略 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多源住宅式能源供给系统及能源分配经济最优策略，所述系统包括多源供能单元、变电站、储能单元、燃料电池模块、辅助单元和综合能源配置单元，利用太阳能、风能、生物质能多源可再生能源进行发电，用于用户日常用电需求；通过燃料电池热电联供的特点，为变电站提供备用电源保障，为住宅用户提供热水或供暖；考虑到在住宅区建立制氢系统存在安全隐患，造成居民产生一定负面情绪，通过利用土地资源，在该供能系统中，建设储氢装置；储氢装置主要为可抽取式储氢罐，埋于地下，通过更换储氢罐达到对氢气进行补充，消除建立制氢装置的安全问题，同时考虑到燃料电池发电成本还需要考虑到氢气储能成本，提出一个能源分配经济最优策略。
Description
技术领域
本发明属于能源分配技术领域，涉及用于住宅的能源分配，尤其是一种多源住宅式能源供给系统及能源分配经济最优策略。
技术背景
现有的居民住宅区的供能系统较为单一，一般只是结合光伏发电、风能发电以及地源热泵结合市政供电系统进行补给供电；由此可知，有效利用可再生能源供能是减少二氧化碳排放的根本途径之一。
氢气是可再生能源电力的优质载体，且储氢设备与发电设备相互独立，单位储能成本随储能容量的增加不断降低，但是氢气分子量小，质量轻且易扩散，其储存和运输难，因此急需一种可以将氢能辅助的多能互补的住宅式供给系统，且将能源分配所需的经济最优的一种分配策略。
通过检索未发现与本申请相关的专利文献。
发明内容
本发明的目的在于克服目前现有技术的缺陷，提供一种多源住宅式能源供给系统及能源分配经济最优策略，本发明能够把太阳能、地热能、风能、生物质能等可再生能源以及将氢能转变为热能、电能等多种能源产品，配合可视化控制平台，使住宅式能源供给系统既可以对内提供充足的各种能源需求，同时又可以满足备用电源保障以及能源分配经济最优。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种多源住宅式能源供给系统，包括辅助单元、综合能源配置单元、变电站、储能单元、燃料电池模块以及多源供能单元，所述多源供能单元包括电交换以及热交换，电交换包括太阳能模块、风能模块以及生物质能模块，所述热交换包括地源热泵和空气源热泵；所述辅助单元为氢交换，包括储氢罐和氢气压缩机，所述储氢罐埋设在地下，所述燃料电池模块用于在辅助单元的辅助下将氢能转化为电能和热能，配合多源供能单元用于提供给住宅用户的电能需要和热力需要；且通过所述储能单元进行储存；所述综合能源配置单元用于配置统筹整个系统的电能和热能，规划住宅所需的电能与热能的分配，同时对辅助单元的氢罐内的氢含量以及安全性进行监测。
而且，所述综合能源配置单元包括电网模块、热舒适模块以及余热利用模块；所述储氢罐分别与电网模块、燃料电池模块和氢气压缩机连接；所述储能单元包括储电模块以及储热模块，所述储热模块分别与余热利用模块，地源热泵，空气源热泵连接；储电模块分别与燃料电池模块和变电站链接；余热利用模块分别与热舒适式模块，太阳能模块，风能模块，生物质能模块和燃料电池模块链接；热舒适模块分别与地源热泵，空气源热泵和余热利用模块链接；燃料电池模块分别与氢气压缩机，电网模块，变电站和储电模块连接；所述热舒适模块与地源热泵和空气源热泵和余热利用模块连接。
而且，所述储氢罐采用抽取式储氢罐，包括底座、储氢承罐以及插罐，所述底座上水平安装有插罐，所述插罐内表面沿着其圆周均布间隔制有多条导槽，所述储氢承罐用于容纳氢，且其外表面设置有与导槽相适配的导轨，所述储氢承罐的一端为进出气口，在该端部同轴安装有一法兰盘，所述法兰盘通过螺栓与插罐紧固，实现密封，所述插罐的内还设置有压力传感器、湿度传感器以后温度传感器，所述压力传感器、温度传感器以及湿度传感器均与综合能源配置单元无线电联。
而且，所述综合能源配置单元还包括处理器、灯以及报警单元，储氢罐内的氢使用40％以内，亮绿灯，使用40％-80％时亮黄灯，使用超过80％时亮红灯，并进行报警，提示需要补充氢。
而且，所述辅助单元还包括换热器、水处理模块，为燃料电池模块,余热利用模块提供水处理保障。
而且，还包括数据分析中心、5G通信模块、系统安全监管模块、自动巡查系统模块和综合控制模块。
一种多源住宅式能源分配经济最优策略，其特征在于：以多源供能单元和燃料电池模块的发电、制冷/热基础投资运维成本最小化为原则：
L＝min∑CiXi
式中，Ci是多源供能单元和燃料电池模块的发电成本，Xi为不同供能发电模块提供能量的占比。
各模块供能发电、制冷/热的单位成本：
式中：I为总初投资；a为固定费率,是与设备利率、寿命、保险、管理、折旧等有关的系数；K为债务利率；Rd为年度保险率；n为不同模块设备的使用寿命；COM为运行维护费用；Ei为不同模块输出功率；t为年发电、制冷/热时长；
氢能储运成本：
Ct＝Ctq+Cto+Cth+Ctm
式中：Ct为系统中年储氢罐和氢气储运成本；Ctq为固定设备年折旧成本；Cto为储运年能耗成本；Cth为年人工成本，；Ctm为年运维成本；
对于储能单元处能量作为最末等级，燃料电池模块和余热利用模块处产出的能量作为补充供能位于第二能级，多源供能单元所产出的能量位于第一能级。首先将各种能级都参与的占比计算：
ES＝min∑SiCi+βCR+μCG
Q＝∑Fi+R+G
式中，ES是供能成本；Si为各第一能级占比；β，μ分别为第二、三能级的占比；CR是第二能级成本，CG是第三能级成本；Q为电/冷/热负荷；Fi，R，G分别为占比下不同能级的对用户的供能负荷。
根据实际运行所需负荷值进行调整，对能量进行阶梯式计算，即：
第一步：第一能级
第二步：第一能级+第二能级/第一能级+第三能级
第三步：第一能级+第二能级+第三能级
通过不同能量经济成本的计算，选择最优的分配组合；
对于电网模块和热舒适模块均采用经济性最高原则进行分配,所述住宅区经济调度目标函数的公式为：
式中，为日前售电价格，/>为实时售电价格，/>为实时购电价格(可能存在极端天气不能满足用户需求的情况),/>为一级能发电原料价格；ρβ为该事件β发生的概率；/>分别为日前售电功率、实时售电功率、实时购电功率、日前购氢量、实时购氢量、发电原料对应的发电功率。此处计算结果为实际收益，最终净收益需要减去基础投资、运维成本；
关于燃料电池部分：
PFC,t,β＝ηFCHFC,t,β
HFC,t,β和PFC,t,β分别为燃料电池输入的氢气质量和输出的电功率；
所述氢电设备模型的转化约束条件：
HFC,min≤HFC,t,β≤HFC,max
式中，HFC，max、HFC，min分别为燃料电池的氢气输入量最大值、燃料电池的氢气输入量最小值；
氢气是通过储氢罐提供，关于储氢罐更换需要提前并保持氢气不断能。储氢罐使用时间Ts为：
式中，Hac为储氢罐容量。
对于储氢罐更换同样采用经济调度原则，即
或/>
CH,β，CCU,β分别为更换储氢罐成本，分别为全部用储氢罐供能的成本、全部用储能单元供能的成本；
储氢罐运输安装时间为Tsa，在此时间段内储能模块储能量为Hcu，需燃料电池用能量为G，需储能模块用能量为R.
若G+R≤Hcu时，储氢罐更换周期为
Th＝Ts
若G+R＞Hcu时，储氢罐的更换周期为
Th＝Ts-(1+α)Tsa
本发明的优点和积极效果是：
本发明提供一种多源住宅式能源供给系统及能源分配经济最优策略，包括多源供能单元、变电站、储能单元、燃料电池模块、辅助单元和综合能源配置单元，利用太阳能、风能、生物质能多源可再生能源进行发电，用于用户日常用电需求；通过燃料电池热电联供的特点，为变电站提供备用电源保障，为住宅用户提供热水或供暖。从而把变电站的电力转变为热能等多种能源产品，既可以对用户提供充电供给服务，又可以满足站内用能负荷需求及备用电源保障；考虑到在住宅区建立制氢系统存在安全隐患，造成居民产生一定负面情绪，通过利用土地资源，在该供能系统中，建设储氢装置；储氢装置主要为可抽取式储氢罐，埋于地下，通过更换储氢罐达到对氢气进行补充，消除建立制氢装置的安全问题，同时考虑到燃料电池发电成本还需要考虑到氢气储能成本，提出一个能源分配经济最优策略。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明系统示意图；
图3为本发明氢罐结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种多源住宅式能源供给系统，包括辅助单元300、综合能源配置单元100、变电站400、储能单元500、燃料电池模块600以及多源供能单元200，所述变电站是电力系统不可或缺的部分，用于对电压和电流进行变换；所述多源供能单元为整个系统提供主要的电能和热能，为用户提供基础的能源保障；所述多源供能单元包括电交换以及热交换，其中，电交换包括太阳能模块201、风能模块202、生物质能模块203；其中，所述太阳能模块对应的发电设备为太阳能光伏板2-2，所述风能模块对应的发电设备为风车2-1，所述生物质能模块对应的放电物质为庄稼2-3，例如秸秆，所述热交换包括地源热泵204和空气源热泵205；
所述辅助单元为氢交换，包括储氢罐301和氢气压缩机302，所述储氢罐埋设在地下，所述氢气压缩机与储氢罐连接，所述燃料电池模块用于在辅助单元的辅助下将氢能转化为电能和热能，配合多源供能单元用于提供给住宅用户的电能需要和热力需要；从而利用燃料电池热电联供的特点，为变电站提供备用电源保障，为居民提供热水或供暖；所述储能单元用于存储电能和热能，主要存储多源供能单元和燃料电池模块多余的电能和热能；所述综合能源配置单元与辅助单元、变电站、储能单元、燃料电池模块和多源供能单元相连，用于配置统筹整个系统的电能和热能，规划多源供能单元、储能单元、燃料电池模块的电能与热能的分配，同时对于辅助单元的氢罐内的氢含量进行监测。
所述综合能源配置单元包括电网模块101、热舒适模块102以及余热利用模块103；所述储能单元500包括储电模块501和储热模块502。
所述储氢罐分别与电网模块、燃料电池模块和氢气压缩机连接；储热模块分别与余热利用模块，地源热泵，空气源热泵链接；储电单元分别与燃料电池模块和变电站链接；余热利用模块分别与热舒适式模块，太阳能模块，风能模块，生物质能模块和燃料电池模块链接；热舒适模块分别与地源热泵，空气源热泵和余热利用模块链接；燃料电池模块分别与氢气压缩机，电网模块，变电站和储电模块连接。
具体工作原理为：太阳能模块，风能模块，生物质能模块产生的电能，一方面为地源热泵和空气源热泵进行供能，另一方面进入变电站对电压和电流进行变换，为居民提供电能，最后多余电量存储于储电单元进行后续电能补偿。太阳能模块、风能模块、生物质能模块产生的热量通过余热利用模块进行整合，一方面提供给热舒适模块进行居民用热供能，另一方面进入储热模块进行储热。电网模块与变电站，太阳能模块，风能模块，生物质能模块和燃料电池链接，首先电网模块的目的在于分配不同供电模块的电量，当太阳能模块，风能模块，生物质能模块产生的电量不足以对居民进行供能需求，则输出相应信号给燃料电池模块进行补充供能；燃料电池模块通过辅助单元提供氢能；
热舒适模块与地源热泵系统和空气源热泵系统和余热利用模块链接。地源热泵系统和空气源热泵系统作为主要供热供冷装置为居民通过冷热量的需求，当无法满足居民供热供冷需求时，余热利用模块开始向外提供冷热量，其余时间将能量输入至储热模块。余热利用模块与太阳能模块，风能模块，生物质能模块和燃料电池模块相连，用于收集利用发电装置产生的热量，转化为居民可用的冷热源，同时多余的能量存储于储热模块。
所述储氢罐采用抽取式储氢罐，包括底座3-1-7、储氢承罐3-1-5以及插罐3-1-6，所述底座上水平安装有插罐，所述插罐内表面沿着其圆周均布间隔制有多条导槽3-1-4，所述储氢承罐用于容纳氢，且其外表面设置有与导槽相适配的导轨3-1-3，所述储氢承罐的一端为进出气口3-1-2，在该端部同轴安装有一法兰盘，所述法兰盘通过螺栓3-1-1与插罐紧固，实现密封，所述插罐的内还设置有压力、湿度、温度传感器，联合检测罐内环境，超过一定阈值时报警提示；储氢材料是固体材料，因此以重量变化检测氢使用量，上述压力传感器、温度传感器以及湿度传感器均与综合能源配置单元电联，综合能源配置单元还包括处理器、灯以及报警单元，当储氢罐内的氢使用40％以内时亮绿灯，使用40％-80％时亮黄灯，使用超过80％时亮红灯，此时进行报警，提示需要补充氢。
所述储氢罐的密封、稳压和储氢采用基于泡沫金属的三维空间式流动网络结构，可以减小氢气的流通阻力。通气架构不仅实现了通气而且避免了储氢材料与罐体的直接接触，胀裂风险降低，安全性大大提高。另外，该通气架构在充氢气流作用下可产生合金粉末向储氢罐中间聚拢的效应，而泡沫金属容纳储氢合金膨胀应力的能力很强，进一步降低了罐体胀裂的风险。
所述储氢罐的泡沫金属同时参与导气和导热，由铜网、泡沫铜圆盖、泡沫铜圆环、带通孔的泡沫铜圆柱、实心泡沫铜柱体所构成的立体式空间气路网络足以保证氢气流动的通畅性，其传热效率远高于泡沫铝材料。泡沫铜零件之间的连接关系简单，方便生产装配和再次拆装。当储氢材料粉末达到使用寿命后，还可以方便的取出清理，对其他零件清洗晾干后重新按原有的方式填充新鲜的储氢材料粉末，多次重复利用，使用成本得到降低。顶部的泡沫金属(铜)圆盖与罐体内壁之间为过盈配合，孔隙为微米级，大小为90PPI，比实心泡沫铜圆柱、有通孔的泡沫铜圆柱、泡沫铜圆环的孔隙小，起到气流均匀化及过滤合金粉末和杂质的作用。同时避免充氢时，局部产生的高速气流将合金粉末推向储氢罐壁面，与罐壁刚性接触，产生过大压力。
所述储氢罐内从上至下依次放泡沫铜环，有通孔的圆柱铜零件，实心泡沫铜零件。泡沫铜环能在保证储氢合金吸氢膨胀不破坏罐壁的基础上，尽可能的提高储氢罐的储氢合金封装密度。带通孔的泡沫铜圆柱的作用在于一方面对储氢材料粉末形成支撑和约束，另一方面又有良好的气流分散性和传热效果，保证储氢罐良好的传热传质性能。与罐体内壁为间隙配合。每隔30°的张角有一个扇形通孔，共设置七层。铜环内部和通孔中添加储氢合金。实心泡沫铜圆柱的作用在于：其材料为泡沫金属，存在的很多空隙，可以有效的缓解合金粉末吸氢膨胀所产生的应力，同时避免粉化后的储氢合金沉积在罐体底部，造成罐体破裂的问题。
基于上述辅助单元配合多源供能单元，且考虑到燃料电池发电成本还需要考虑到氢气储能成本，提出一个能源分配经济最优策略，可针对不同应用地区的住宅区域面积进行分配。
以系统发电、制冷/热基础投资运维成本最小化为原则：
L＝min∑CiXi
式中，Ci是各模块发电成本，Xi为不同发电模块提供能量的占比。
各模块发电、制冷/热的单位成本：
式中：I为总初投资；a为固定费率,是与设备利率、寿命、保险、管理、折旧等有关的系数；K为债务利率；Rd为年度保险率；n为不同模块设备的使用寿命；COM为运行维护费用；Ei为不同模块输出功率；t为年发电、制冷/热时长。
另氢能储运成本：
Ct＝Ctq+Cto+Cth+Ctm
式中：Ct为系统中年储氢罐和氢气储运成本；Ctq为固定设备年折旧成本；Cto为储运年能耗成本；Cth为年人工成本，；Ctm为年运维成本。
在一实施例中，辅助系统模块300还可以包括换热器、水处理模块等模块，为燃料电池模块600,余热利用模块103提供水处理等功能提供保障。
对于储能模块300处能量作为最末等级，燃料电池模块600和余热利用模块103处产出的能量作为补充供能位于第二能级，多源供能模块100所产出的能量位于第一能级。首先将各种能级都参与的占比计算：
ES＝min∑SiCi+βCR+μCG
Q＝∑Fi+R+G
式中，ES是供能成本；Si为各第一能级占比；β，μ分别为第二、三能级的占比；CR是第二能级成本，CG是第三能级成本；Q为电/冷/热负荷；Fi，R，G分别为占比下不同能级的对用户的供能负荷。
根据实际运行所需负荷值进行调整，对能量进行阶梯式计算，即：
第一步：第一能级
第二步：第一能级+第二能级/第一能级+第三能级
第三步：第一能级+第二能级+第三能级
通过不同能量经济成本的计算，选择最优的分配组合。
对于电网模块和热舒适模块均采用经济性最高原则进行分配,所述住宅区经济调度目标函数的公式为：
式中，为日前售电价格，/>为实时售电价格，/>为实时购电价格(可能存在极端天气不能满足用户需求的情况),/>为一级能发电原料价格；ρβ为该事件β发生的概率；/>分别为日前售电功率、实时售电功率、实时购电功率、日前购氢量、实时购氢量、发电原料对应的发电功率。此处计算结果为实际收益，最终净收益需要减去基础投资、运维成本。
关于燃料电池部分：
PFC,t,β＝ηFCHFC,t,β
HFC,t,β和PFC,t,β分别为燃料电池输入的氢气质量和输出的电功率；
所述氢电设备模型的转化约束条件：
HFC,min≤HFC,t,β≤HFC,max
式中，HFC，max、HFC，min分别为燃料电池的氢气输入量最大值、燃料电池的氢气输入量最小值。
氢气是通过储氢罐提供，关于储氢罐更换需要提前并保持氢气不断能。储氢罐使用时间Ts为：
式中，Hac为储氢罐容量。
对于储氢罐更换同样采用经济调度原则，即
或/>
CH,β，CCU,β分别为更换储氢罐成本，分别为全部用储氢罐供能的成本、全部用储能单元供能的成本。
储氢罐运输安装时间为Tsa，在此时间段内储能模块储能量为Hcu，需燃料电池用能量为G，需储能模块用能量为R.
若G+R≤Hcu时，储氢罐更换周期为
Th＝Ts
若G+R＞Hcu时，储氢罐的更换周期为
Th＝Ts-(1+α)Tsa
在一实施例中，燃料电池模块600为质子交换膜燃料电池和/或高温燃料电池。可选的，高温燃料电池为固体氧化物燃料电池和/或熔融碳酸盐燃料电池。
本系统还包括数据分析中心700、5G通信模块800、系统安全监管模块900、自动巡查系统模块1000和综合控制模块1100。单元模块间的能量交换分为电网、热、冷网和氢网，分别以三种不同的线型进行区分。
数据分析中心和通信模块为站内设备和周边区域的通信、计算提供服务，属于负荷；系统安全模块主要包括各种监测设备，诸如摄像头、设备故障报警器、气体排放检测器等；自动巡查系统主要包括各种设备间的巡检工作，诸如管道巡检机器人等自动巡检勘察设备，其数据可以上传到综合控制模块；综合控制模块是对整个系统各个模块的可视化平台，对各个模块进行协同控制，使整个站安全、稳定运行。
具体的，综合能源配置模块、多源供能模块、辅助系统模块、变电站、储能模块、燃料电池模块和通信模块、系统安全监管模块、自动巡查系统模块和综合控制模块均连接；
通信模块可与综合能源配置模块、多源供能模块、辅助系统模块、变电站、储能模块和燃料电池模块、系统安全监管模块、自动巡查系统模块和综合控制模块均连接。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。
Claims (7)
1.一种多源住宅式能源供给系统，其特征在于：包括辅助单元、综合能源配置单元、变电站、储能单元、燃料电池模块以及多源供能单元，所述多源供能单元包括电交换以及热交换，电交换包括太阳能模块、风能模块以及生物质能模块，所述热交换包括地源热泵和空气源热泵；所述辅助单元为氢交换，包括储氢罐和氢气压缩机，所述储氢罐埋设在地下，所述燃料电池模块用于在辅助单元的辅助下将氢能转化为电能和热能，配合多源供能单元用于提供给住宅用户的电能需要和热力需要；且通过所述储能单元进行储存；所述综合能源配置单元用于配置统筹整个系统的电能和热能，规划住宅所需的电能与热能的分配，同时对辅助单元的氢罐内的氢含量以及安全性进行监测。
2.根据权利要求1所述的多源住宅式能源供给系统，其特征在于：所述综合能源配置单元包括电网模块、热舒适模块以及余热利用模块；所述储氢罐分别与电网模块、燃料电池模块和氢气压缩机连接；所述储能单元包括储电模块以及储热模块，所述储热模块分别与余热利用模块，地源热泵，空气源热泵连接；储电模块分别与燃料电池模块和变电站链接；余热利用模块分别与热舒适式模块，太阳能模块，风能模块，生物质能模块和燃料电池模块链接；热舒适模块分别与地源热泵，空气源热泵和余热利用模块链接；燃料电池模块分别与氢气压缩机，电网模块，变电站和储电模块连接；所述热舒适模块与地源热泵和空气源热泵和余热利用模块连接。
3.根据权利要求1所述的多源住宅式能源供给系统，其特征在于：所述储氢罐采用抽取式储氢罐，包括底座、储氢承罐以及插罐，所述底座上水平安装有插罐，所述插罐内表面沿着其圆周均布间隔制有多条导槽，所述储氢承罐用于容纳氢，且其外表面设置有与导槽相适配的导轨，所述储氢承罐的一端为进出气口，在该端部同轴安装有一法兰盘，所述法兰盘通过螺栓与插罐紧固，实现密封，所述插罐的内还设置有压力传感器、湿度传感器以后温度传感器，所述压力传感器、温度传感器以及湿度传感器均与综合能源配置单元无线电联。
4.根据权利要求1所述的多源住宅式能源供给系统，其特征在于：所述综合能源配置单元还包括处理器、灯以及报警单元，储氢罐内的氢使用40％以内，亮绿灯，使用40％-80％时亮黄灯，使用超过80％时亮红灯，并进行报警，提示需要补充氢。
5.根据权利要求1所述的多源住宅式能源供给系统，其特征在于：所述辅助单元还包括换热器、水处理模块，为燃料电池模块,余热利用模块提供水处理保障。
6.根据权利要求1所述的多源住宅式能源供给系统，其特征在于：还包括数据分析中心、5G通信模块、系统安全监管模块、自动巡查系统模块和综合控制模块。
7.一种多源住宅式能源分配经济最优策略，其特征在于：以多源供能单元和燃料电池模块的发电、制冷/热基础投资运维成本最小化为原则：
L＝min∑CiXi
式中，Ci是多源供能单元和燃料电池模块的发电成本，Xi为不同供能发电模块提供能量的占比。
各模块供能发电、制冷/热的单位成本：
式中：I为总初投资；a为固定费率,是与设备利率、寿命、保险、管理、折旧等有关的系数；K为债务利率；Rd为年度保险率；n为不同模块设备的使用寿命；COM为运行维护费用；Ei为不同模块输出功率；t为年发电、制冷/热时长；
氢能储运成本：
Ct＝Ctq+Cto+Cth+Ctm
式中：Ct为系统中年储氢罐和氢气储运成本；Ctq为固定设备年折旧成本；Cto为储运年能耗成本；Cth为年人工成本，；Ctm为年运维成本；
对于储能单元处能量作为最末等级，燃料电池模块和余热利用模块处产出的能量作为补充供能位于第二能级，多源供能单元所产出的能量位于第一能级。首先将各种能级都参与的占比计算：
ES＝min∑SiCi+βCR+μCG
Q＝∑Fi+R+G
式中，ES是供能成本；Si为各第一能级占比；β，μ分别为第二、三能级的占比；CR是第二能级成本，CG是第三能级成本；Q为电/冷/热负荷；Fi，R，G分别为占比下不同能级的对用户的供能负荷。
根据实际运行所需负荷值进行调整，对能量进行阶梯式计算，即：
第一步：第一能级
第二步：第一能级+第二能级/第一能级+第三能级
第三步：第一能级+第二能级+第三能级
通过不同能量经济成本的计算，选择最优的分配组合；
对于电网模块和热舒适模块均采用经济性最高原则进行分配,所述住宅区经济调度目标函数的公式为：
式中，为日前售电价格，/>为实时售电价格，/>为实时购电价格(可能存在极端天气不能满足用户需求的情况),/>为一级能发电原料价格；ρβ为该事件β发生的概率；分别为日前售电功率、实时售电功率、实时购电功率、日前购氢量、实时购氢量、发电原料对应的发电功率。此处计算结果为实际收益，最终净收益需要减去基础投资、运维成本；
关于燃料电池部分：
PFC,t,β＝ηFCHFC,t,β
HFC,t,β和PFC,t,β分别为燃料电池输入的氢气质量和输出的电功率；
所述氢电设备模型的转化约束条件：
HFC,min≤HFC,t,β≤HFC,max
式中，HFC，max、HFC，min分别为燃料电池的氢气输入量最大值、燃料电池的氢气输入量最小值；
氢气是通过储氢罐提供，关于储氢罐更换需要提前并保持氢气不断能。储氢罐使用时间Ts为：
式中，Hac为储氢罐容量。
对于储氢罐更换同样采用经济调度原则，即
或/>
CH,β，CCU,β分别为更换储氢罐成本，分别为全部用储氢罐供能的成本、全部用储能单元供能的成本；
储氢罐运输安装时间为Tsa，在此时间段内储能模块储能量为Hcu，需燃料电池用能量为G，需储能模块用能量为R.
若G+R≤Hcu时，储氢罐更换周期为
Th＝Ts
若G+R＞Hcu时，储氢罐的更换周期为
Th＝Ts-(1+α)Tsa
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| CN202310314586.8A CN116667312A (zh) | 2023-03-28 | 2023-03-28 | 多源住宅式能源供给系统及能源分配经济最优策略 |
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