基于綜合樞紐集成化能源模型的能源系統(tǒng)優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于綜合樞紐集成化能源模型的能源系統(tǒng)優(yōu)化方法，該方法首先獲取各綜合樞紐及其與傳輸系統(tǒng)的連接關(guān)系，建立集成化能源模型，然后根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定目標(biāo)函數(shù)，根據(jù)目標(biāo)函數(shù)和上述集成化能源模型對能源系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，在滿足目標(biāo)函數(shù)情況下，獲得各個能源載體子系統(tǒng)最優(yōu)的輸入輸出。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明建立的集成化能源模型以綜合樞紐為建模的基本單元，模型的模塊化明顯，建模過程簡單靈活。
【專利說明】基于綜合樞紐集成化能源模型的能源系統(tǒng)優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種能源系統(tǒng)優(yōu)化方法，尤其是涉及一種基于綜合樞紐集成化能源模型的能源系統(tǒng)優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自從上世紀(jì)70年代初，隨著能源供應(yīng)安全問題受到各石油進(jìn)口國的高度重視，誕生了一系列用來分析和研究各類能源系統(tǒng)及其子系統(tǒng)的能源模型。隨著能源模型在社會經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的逐步推廣和深入應(yīng)用，目前，能源模型已經(jīng)成為能源供需預(yù)測、能源系統(tǒng)規(guī)劃、能源環(huán)境政策制定的重要手段?；谀茉磫栴}的不同特點(diǎn)，眾多類型的能源模型相繼提出。從建模方法角度，現(xiàn)有能源模型分為自底向上模型(Bottom-up model)、自頂向下模型(Top-down model)和混合模型(hybrid model)。自底向上能源模型從工程學(xué)的角度注重能源技術(shù)的研究，它用來分析住宅、服務(wù)、工業(yè)、運(yùn)輸、電力、精細(xì)化工和煤氣加工行業(yè)中的能源需求問題。自底向上能源模型的典型代表是MARKAL(Market Allocation)模型。MARKAL用來仿真區(qū)域能源系統(tǒng)，也可以用作小規(guī)模的能源分析與優(yōu)化，它是尋找滿足一定能源需求的成本最低的能源生產(chǎn)方法及過程。自頂向下能源模型從計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度分析各種宏觀經(jīng)濟(jì)因素與能源系統(tǒng)之間的相互作用。它將能源系統(tǒng)作為經(jīng)濟(jì)中的一個子系統(tǒng)，研究它與其它經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)的相互影響。相對于自底向上能源模型，它補(bǔ)充了能源需求及能源政策對宏觀經(jīng)濟(jì)參數(shù)的影響。自頂向下能源模型的典型代表是ETA-MACR0模型，該模型提供一個宏觀經(jīng)濟(jì)方法描述能源-經(jīng)濟(jì)相互作用及改變這種作用的成本。自底向上與自頂向下可以結(jié)合使用生成混合模型，其典型代表為MARKAL-MACR0模型。它用來評估能源使用對環(huán)境影響的相關(guān)政策，采用非線性的優(yōu)化方法解決能源成本、消費(fèi)和投資問題，也可以用來解決能源-氣候問題。其它相關(guān)的能源模型還有國家能源建模系統(tǒng)(NEMS,the National EnergyModeling System)，該模型用來預(yù)測能源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和安全對美國能源政策以及各種能源市場假設(shè)的影響。我國對能源建模的研究起步較晚，在過去20年中，一些研究中國能源、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境問題的專家和學(xué)者一般都采用國外的能源模型，或以此為基礎(chǔ)進(jìn)行部分改進(jìn)，用于能源系統(tǒng)分析研究。
[0003]自底向上模型從工程角度，將技術(shù)要素作為能源活動的主體，探討了能源技術(shù)的應(yīng)用、發(fā)展及其進(jìn)步對能源、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的潛在作用，為幫助決策者合理選擇和應(yīng)用技術(shù)提供了分析手段。由于該類模型可以為能源環(huán)境政策的制定提供詳細(xì)的決策依據(jù)，因此成為各個國家、各個區(qū)域進(jìn)行能源系統(tǒng)規(guī)劃和環(huán)境控制相關(guān)決策的重要方法。隨著能源資源的逐步匱乏和環(huán)境問題的日益加劇，各種能源環(huán)境政策相繼出臺，如何準(zhǔn)確、科學(xué)、合理地分析這些政策的未來效用，對自底向上能源模型的進(jìn)一步發(fā)展提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。隨著多能源載體基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的范圍不斷擴(kuò)大，以及多元化新型能源技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)自底向上能源模型在描述和分析網(wǎng)絡(luò)化多載體能源系統(tǒng)方面存在缺陷，面向多載體類型的能源系統(tǒng)建模方法引起了人們的關(guān)注，相繼出現(xiàn)了以“基本單元(Basic units) ”，“微電網(wǎng)(Microgrids) “混雜能源樞紐(Hybrid energy hub)”和“能源樞紐(Energy hub)”為基本概念的能源模型。其中，“能源樞紐”成為該領(lǐng)域的主要代表，它描述了能源系統(tǒng)中的一個基本輸入-輸出單元，它具有能源存儲和轉(zhuǎn)換功能?；谀茉礃屑~的能源系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)流模型已被眾多學(xué)者所接受，并以此為基礎(chǔ)展開了一系列多載體能源系統(tǒng)的分析與優(yōu)化研究。現(xiàn)有的面向多載體類型的能源系統(tǒng)建模方法主要立足于電網(wǎng)、熱網(wǎng)、天然氣管網(wǎng)等不同能源載體子系統(tǒng)在能源轉(zhuǎn)換、傳輸和消耗行為之間的耦合關(guān)系，研究范疇仍局限在能源系統(tǒng)內(nèi)部。隨著能源、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境之間相互影響作用的日益加劇，能源系統(tǒng)的研究范疇逐漸擴(kuò)展至與經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)之間的交互問題。除了多載體能源子系統(tǒng)之間的耦合關(guān)系之外，能源系統(tǒng)與污染物排放、產(chǎn)品生產(chǎn)之間也存在緊密的關(guān)聯(lián)。能源開發(fā)、存儲、運(yùn)輸、轉(zhuǎn)化、分配、消費(fèi)等各項(xiàng)活動都是圍繞產(chǎn)品的生產(chǎn)需求而展開。能源活動是產(chǎn)生排放的來源，同時，通過余熱回收和生物質(zhì)能燃燒等新型能源技術(shù)的發(fā)展，排放物可以轉(zhuǎn)化為再利用的能源資源?？梢哉f，能源系統(tǒng)分析不能獨(dú)立于排放和產(chǎn)品生產(chǎn)要素，必須建立面向能源、物料、排放協(xié)同作用的集成化能源系統(tǒng)|吳型。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種全面性高、模型建模過程簡單靈活的基于綜合樞紐集成化能源模型的能源系統(tǒng)優(yōu)化方法。
[0005]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0006]一種基于綜合樞紐集成化能源模型的能源系統(tǒng)優(yōu)化方法，包括以下步驟:
[0007]I)根據(jù)各綜合樞紐及其與傳輸系統(tǒng)的連接關(guān)系，建立集成化能源模型，該集成化能源模型包括能源流平衡方程、物料流平衡方程和排放流平衡方程，所述的能源流平衡方程如下:
[0008]
【權(quán)利要求】
1.一種基于綜合樞紐集成化能源模型的能源系統(tǒng)優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)根據(jù)各綜合樞紐及其與傳輸系統(tǒng)的連接關(guān)系，建立集成化能源模型，該集成化能源模型包括能源流平衡方程、物料流平衡方程和排放流平衡方程，所述的能源流平衡方程如下:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于綜合樞紐集成化能源模型的能源系統(tǒng)優(yōu)化方法，其特征在于，所述的綜合樞紐為具有能源活動、產(chǎn)品制造和廢棄物排放處理的基本單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于綜合樞紐集成化能源模型的能源系統(tǒng)優(yōu)化方法，其特征在于，所述的能源載體子系統(tǒng)包括電網(wǎng)、天然氣網(wǎng)和熱網(wǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于綜合樞紐集成化能源模型的能源系統(tǒng)優(yōu)化方法，其特征在于，所述的目標(biāo)函數(shù)包括成本效益組合最小。
【文檔編號】G06Q50/06GK103793766SQ201410056365
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年2月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月19日
【發(fā)明者】戴毅茹, 王堅(jiān) 申請人:同濟(jì)大學(xué)