综合能源系统规划设计与智慧调控优化研究

发布时间：2020-07-19 08:47

【摘要】：能源是社会经济发展进步的重要支柱。在能源需求日益增长的同时,环境污染、能源供需不平衡的问题不断加剧。因此,对更广泛的清洁能源消纳模式、更高效的能源综合利用方法、更优化的能源系统调控手段的探索愈发迫切。综合能源系统是推动能源清洁化发展、支持能源高效利用及节能减排的重要途径。本文研究了综合能源系统评价指标体系,分析了综合能源系统的规划技术路线,提出了一种基于改进遗传算法的能源供需配置优化及能源站优化选址的方法。针对综合能源系统协同耦合的复杂运行调控问题,提出了基于信息物理系统的综合能源系统智慧调控优化技术方法。主要研究内容如下:建立了综合能源系统负荷模拟计算模型与单元设备模型,提出了包含经济、环境与能源结构要素的综合能源系统评价指标模型,利用基于综合成本法的经济指标评价多能源配置的经济效益优化程度,利用结合气候变化指标和污染物排放指标的环境指标反映系统的环境友好程度,利用能源指标评价能源输入结构与能耗结构的合理性。考虑设备初投资成本、设备运行维护成本及污染物排放量等要素,建立了多约束条件的能源供需配置多目标优化模型。利用改进遗传算法求解该优化问题,通过适应度函数修正与交叉变异概率改进,提升遗传算法的局部搜索能力。建立了以最小化建设成本、能源输配损失为优化目标的综合能源站优化选址模型,引入了基于地理坐标的优化变量设置方法和基于距离最短原则的能源站用户分配流程。将以上优化方法应用于某医药港小镇综合能源系统规划设计,获得了面向经济与环境目标的能源供需配置优化的帕累托解集。同时,利用能源结构评价指标分析了解集方案的循环能源利用率,总体循环能源利用率在45%以上。对小镇地理信息坐标化处理后,进行了面向10个重要能源用户的多能源站选址寻优。提出了基于信息物理系统的综合能源系统智慧调控优化技术路线,即由“物联感知—模型预测—优化决策—精准调控”构成的综合能源系统的信息物理融合闭环调控体系,建立了综合能源系统中供热管网的热工水力机理模型、数据驱动的辨识修正模型与运行优化模型。以某化学工业园区高压蒸汽热网为例,验证了辨识修正后的热工水力模型仿真准确性,热工水力模型仿真计算结果与实测数据总体误差小于5.5%,并利用模型仿真与运行优化的并行寻优方法,分析优化了4种典型工况下,蒸汽热网中部电调阀的运行调节策略,提升了热用户的供汽品质。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK01
【图文】：

框架图,研究思路,框架,能源系统

划技术路线，提出了一种基于改进遗传算法的能源供需配置优化及能源站优化选址的方法。针对综合能源系统协同耦合的复杂运行调控问题，提出了基于信息物理系统的综合能源智慧调控优化技术方法。论文研究思路及框架如图1-1所示。本文主要研究内容如下：（1）建立综合能源系统负荷模拟计算模型与单元设备模型，给出热电联产机组、溴化锂吸收式热泵机组、地源热泵机组、太阳能光热系统、燃气锅炉及供热管网的建模机理，支撑综合能源系统规划设计及运行调控优化。（2）研究包含经济、环境与能源结构要素的综合能源系统评价指标模型，利用基于

溴化锂吸收式,设备单元,热泵,结构示意图

图 2-1 第一类溴化锂吸收式热泵设备单元结构示意图蒸汽作为驱动热源加热发生器中的溴化锂稀溶液至沸腾，稀溶冷凝器中与热网供水换热，凝结放热后成为液态水进入蒸发器态水吸收来自低温热源的热量重新蒸发为水蒸气并再次进入吸被溴化锂浓溶液吸收，由于吸收过程属于放热过程，热网的低步加热。吸收器中的溴化锂稀释液经过溶液泵升压送到发生器到高温溴化锂浓溶液的预加热。另一边，发生器中蒸发走水蒸液热交换器冷却后回到吸收器中，而热网回水经过吸收器和冷水送回热网，如此实现机组的连续循环运行。的效率可用制热能效比 COP 衡量，如式（2.20）所示。由于第生器中的驱动热源与蒸发器中的低温热源共同加热，其 COP 因此，在覆盖蒸汽热源的区域综合能源系统或工业园区，利用效回收工业余热，实现能源梯级利用[71]。

温度分布,单元设备,结构示意图,线热源

图 2-2 地源热泵单元设备结构示意图热模型包含解析法的线热源理论、圆柱热源理论以及，利用无限长线热源模型描述地源热泵钻孔周围土壤中，其中Ingersoll等人发展了开尔文的线热源理论[75]器中心轴为热源的传热，得出了土壤中的温度分布公20( )2 2l ls Xsq eqT T d I X =2srX 附近任意点的土壤温度，℃；初始温度，℃；长度线热源热流，W/m；导热系数，W/(m·K)；

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