CN109301871B - 园区分布式能源微网的智慧能源调控*** - Google Patents

园区分布式能源微网的智慧能源调控*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种园区分布式能源微网的智慧能源调控***，以天然气、生物质气体的热电联供***为基础，并配备智慧能源管理***。根据用户侧相应的热、电需求，智慧能源管理***自动判断多种能源供应方式的成本，然后合理选择一种或者联合供能方式，使得燃料成本最低，从而达到最优的能源节约率、年成本最低化。本发明还配有储电单元、储热单元，和常规的联供***相比，能平衡能源时空上利用的不均匀性，在保证用户侧热、电需求得到满足的前提下，通过储能措施，减少了能量的浪费等，进一步整合多能***并通过智慧能源管理及调控提高了能源的综合利用效率和***的经济性。

Description

园区分布式能源微网的智慧能源调控***
技术领域
本发明涉及分布式微网技术领域，特别是涉及一种园区分布式能源微网的智慧能源调控***
背景技术
分布式能源作为一种新的可持续能源供应方式，相比传统的集中式供能方式，具有贴近用户侧，能源传输过程损耗小，能源的利用效率高等特点，是国家能源转型的重要方向。
将相应的储电***、储热***运用于本发明中，能够起到移峰填谷，平衡能源供给侧与能源消费侧在时空上使用的不平衡性，保障***的平稳运行。将智慧能源调控***运用于本发明中，在满足用户负荷的情况下，从多种能源供应方式中选择一种最经济的供能方式，从而提高经济效益和设施利用率。
发明内容
鉴于现有技术存在的缺陷，本发明致力于提供一种园区分布式能源微网的智慧能源调控***，以解决现有分布式***存在的用户侧需求不稳定、运行不经济和能源利用效率不高等问题。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下。
一种园区分布式能源微网的智慧能源调控***，所述园区分布式能源微网包括储电池2、光伏***3、天然气热电联产***4、生物质气体热电联产***5、生物质气化炉6、蒸汽储罐7和生物质锅炉8；
生物质锅炉8接收外购生物质，将产生的热能输送至蒸汽储罐7，蒸汽储罐7还接收外购蒸汽，生物质气化炉6将用户工厂1产生的药渣处理成生物质气体并输出至生物质气体热电联产***5，生物质气体热电联产***5将产生的电能输送至用户工厂1或储电池2，产生的热能输送至蒸汽储罐7，天然气热电联产***4接收外购天然气，并将产生的电能输送至用户工厂1或储电池2，产生的热能输送至蒸汽储罐7，光伏***3产生的电能输送至用户工厂1或储电池2，储电池2将电能输送至用户工厂1；
用户工厂1的用热需求首先由生物质锅炉8产生的热能满足，其余热量由智慧能源调控***，结合用能成本，最终从生物质气体热电联产***5、天然气热电联产***4和外购蒸汽这三种供热方式中选择一种或多种最经济的供热方式，满足用户工厂1的其余用热需求；
用户工厂1的用电需求首先由外购电、储电池2和光伏***3供电满足，其余电量由智慧能源调控***，结合用能成本，最终从生物质气体热电联产***5、天然气热电联产***4这两种供电方式中选择一种或两种最经济的供电方式，满足用户工厂1的其余用电需求。
本发明与现有的分布式能源***相比具有的创新点有：(1)***构建上的创新：基于园区多种能源生产技术的特点，构建了智慧能源调控***平台，实现多种供能方式的互补、多种能源的梯级利用，通过信息化、智能化控制技术及策略，实现热、电的移峰填谷，实现能源供应***的安全稳定运行；(2)***应用上的创新：结合用户热、电需求的变化，集成多种供能技术和储能单元，基于用电量、分时电价，用热量、分时热价以及热、电负荷特性等综合分析，确定各能源利用模块的最优运行策略和需求侧负荷控制计划。园区分布式能源微网智慧管理调控***，一方面提高了能源的综合利用率，另一方面从用户侧和供能侧考虑，为用户的用热、用电需求选择经济合理的供能方式，实现了***的经济性。
附图说明
图1为本发明园区分布式能源微网的智慧能源调控***的结构示意图；
图2为本发明中用户工厂用热选择逻辑图；
图3为本发明中用户工厂用电选择逻辑图；
具体实施方式
下面结合附图阐述本发明的实施例。
如图1所示，一种园区分布式能源微网的智慧管理调控***包括用户工厂1、储电池2、光伏***3、天然气热电联产***4、生物质气体热电联产***5、生物质气化炉6、蒸汽储罐7、生物质锅炉8、智慧能源管理***9等九部分组成。
用户侧的电需求视情况由储电池2、光伏***3、天然气热电联产***4、生物质气体热电联产***5、外购电提供；用户侧的热需求视情况由天然气热电联产***4、生物质气体热电联产***5、蒸汽储罐7、生物质锅炉8、外购蒸汽提供。
现已知用户工厂1的热、电需求量以及外购生物质、外购电、外购天然气，外购蒸汽的价格。
1)考虑用户工厂1的热需求。用户工厂1的用热需求首先由生物质锅炉8来满足，如果生物质锅炉8产生的热量能满足用户工厂1的热需求，那么智慧能源管理***9会发出指令关闭生物质气体热电联产***5和天然气热电联产***4；如果生物质锅炉8产生的热量不能满足用户工厂1的热需求，那么智慧能源管理***9首先计算出ΔQ＝Q需求-Q生物质锅炉，然后分别比较需要外购蒸汽产生ΔQ热量，开启生物质气体热电联产***5产生ΔQ热量和开启天然气热电联产***4产生ΔQ热量的成本，从这三种供热方式中，选择一种成本最低的供热方式以满足用户工厂剩余ΔQ的热量需求；
2)考虑用户工厂1的电需求。用户工厂1的用电需求首先由外购电，储电池2和光伏3提供，如果外购电，储电池2和光伏3提供的电量能满足用户工厂1的用电需求量，那么智慧能源管理***9会发出指令关闭生物质气体热电联产***5和天然气热电联产***4；如果外购电，储电池2和光伏3提供的电量不能满足用户工厂1的用电需求量，那么智慧能源管理***9首先计算出ΔE＝E需求-E外购电+储电池+光伏，然后分别比较开启生物质气体热电联产***5产生ΔE电量和开启天然气热电联产***4产生ΔE电量的成本，从这两种供电方式中，选择一种成本最低的供电方式以满足用户工厂剩余ΔE的电量需求。
根据园区分布式能源微网的智慧管理调控方法，以热电联供***运行费用最低建立优化运行目标，在用户工厂1满足热、电需求得同时，使得目标函数值最小，其目标函数为：
以热电联供***运行费用最低建立优化运行目标，其目标函数为：
CSal＝CSQ+CSE
CSQ＝CSpl+CSbl+if exist[min CSst，CSgs+CScg，CSbg]
CSE＝CSel+CSrf+CSpv+if exist[min(CSgs+CScg，CSbg)]
公式中CSal为总成本，单位为yuan；CSQ为热需求的总费用，单位为yuan；CSE为电需求的总费用，单位为yuan；CSpl＝SPpc∫SPp(t)dt，其中CSpl为总的生物质颗粒价格，单位为yuan，SPpc为单位生物质颗粒价格，单位为yuan/ton，SPp为外购生物质颗粒量，单位为ton；CSbl＝∑(BLdc∫SIGN(BLeo(t))dt)，其中CSbl为操作生物质锅炉8的费用，单位为yuan，BLdc为单位时间操作成本，单位为yuan/h，BLeo为生物质锅炉8的热能输出量，单位为kW；CSst＝SPhc∫SPh(t)dt，其中CSst为总的外购热价，单位为yuan，SPhc单位热价，单位为yuan/kWh，SPh为外购热量，单位为kW；CSgs＝SPgc∫SPg(t)dt，其中CSgs为总的外购天然气价格，单位为yuan，SPgc为单位天然气价格，单位为yuan/m3，SPg为外购天然气量，单位为m3；CScg＝∑(CGdc∫SIGN(CGeo(t))dt)，其中CScg为操作天然气热电联产***4的费用，单位为yuan，CGdc为单位时间操作成本，单位为yuan/h，CGeo为天然气热电联产***4产生的电量，单位为kW；CSbg＝∑(BGdc∫SIGN(BGeo(t))dt)，其中CSbg为操作生物质气体热电联产***5的费用，单位为yuan，BGdc为单位时间操作成本，单位为yuan/h，BGeo为热电联产生物质气体热电联产***5产生的电量，单位为kW；
Figure BDA0001864029800000061
Figure BDA0001864029800000062
Figure BDA0001864029800000063
其中CSel为总的电价，单位为yuan，SPec1、SPec2、SPec3为不同时间段的分时电价，单位为yuan/kWh，SPe为外购电量，单位为kW；CSrf＝∑(RFdc∫SIGN(|RFeio(t)|)dt)，其中CSrf为操作储电池[2]的费用，单位为yuan，RFdc为单位时间操作成本，单位为yuan/h，RFeio为储电池2的冲、放电量，单位为kW；CSpv为操作光伏***3的费用，单位为yuan。
综上所述，智慧能源管理***9能根据用户的热、电需求，从多种能源供应方式中选择一种最经济的供能方式，使用户的用能成本最低，从而达到效益的最大化。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (1)

1.一种园区分布式能源微网的智慧能源调控***，其特征在于，
所述园区分布式能源微网包括储电池(2)、光伏***(3)、天然气热电联产***(4)、生物质气体热电联产***(5)、生物质气化炉(6)、蒸汽储罐(7)和生物质锅炉(8)；
生物质锅炉(8)接收外购生物质，将产生的热能输送至蒸汽储罐(7)，蒸汽储罐(7)还接收外购蒸汽，生物质气化炉(6)将用户工厂(1)产生的药渣处理成生物质气体并输出至生物质气体热电联产***(5)，生物质气体热电联产***(5)将产生的电能输送至用户工厂(1)或储电池(2)，产生的热能输送至蒸汽储罐(7)，天然气热电联产***(4)接收外购天然气，并将产生的电能输送至用户工厂(1)或储电池(2)，产生的热能输送至蒸汽储罐(7)，光伏***(3)产生的电能输送至用户工厂(1)或储电池(2)，储电池(2)将电能输送至用户工厂(1)；
用户工厂(1)的用热需求首先由生物质锅炉(8)产生的热能满足，其余热量由智慧能源调控***，结合用能成本，最终从生物质气体热电联产***(5)、天然气热电联产***(4)和外购蒸汽这三种供热方式中选择一种或多种最经济的供热方式，满足用户工厂(1)的其余用热需求；
用户工厂(1)的用电需求首先由外购电、储电池(2)和光伏***(3)供电满足，其余电量由智慧能源调控***，结合用能成本，最终从生物质气体热电联产***(5)、天然气热电联产***(4)这两种供电方式中选择一种或两种最经济的供电方式，满足用户工厂(1)的其余用电需求；
所述园区分布式能源微网的电平衡满足如下关系式：
∑FAee＝SPe+∑CGeo+∑BGeo+∑PVeo+∑RFeio+∑PMed
公式中FAee为用户工厂(1)的用电需求，单位为kw；SPe为外购电量，单位为kw；CGeo为天然气热电联产***(4)产生的电量，单位为kw；BGeo为生物质气体热电联产***(5)产生的电量，单位为kw；PVeo为光伏***(3)产生的电量，单位为kw；RFeio为储电池(2)产生的电量，单位为kw；PMed为外部输入到用户工厂(1)用来干燥药渣的电量，单位为kw；
所述园区分布式能源微网的热平衡满足如下关系式：
SAei＝∑CGho+∑BGho+∑BLeo+SPh
公式中SAei为***热能的需求，单位为kw；CGho为天然气热电联产***(4)产生的热量，单位为kw；BGho为生物质气体热电联产***(5)产生的热量，单位为kw；BLeo为生物质锅炉(8)产生的热量，单位为kw；SPh为外购蒸汽，单位为kw；
根据用户工厂(1)用热的需求量计算进入生物质锅炉(8)的生物质消耗量，并依据生物质锅炉(8)的运行效率，计算并输出生物质锅炉(8)产生的热能；
根据用户工厂(1)用热、用电的需求量计算进入天然气热电联产***(4)的外购天然气消耗量，并依据天然气热电联产***(4)的运行效率，计算并输出天然气热电联产***(4)产生的热能和电能；
根据用户工厂(1)用热、用电的需求量计算进入生物质气体热电联产***(5)的生物质气体消耗量，并依据生物质气体热电联产***(5)的运行效率，计算并输出生物质气体热电联产***(5)产生的热能和电能；
以热电联供***运行费用最低建立优化运行目标，其目标函数为：
CSal＝CSQ+CSE
CSQ＝CSpl+CSbl+if exist[min(CSst，CSgs+CScg，CSbg)]
CSE＝CSel+CSrf+CSpv+if exist[min(CSgs+CScg，CSbg)]
公式中CSal为总成本，单位为yuan；CSQ为热需求的总费用，单位为yuan；CSE为电需求的总费用，单位为yuan；CSpl＝SPpc∫SPp(t)dt，其中CSpl为总的生物质颗粒价格，单位为yuan，SPpc为单位生物质颗粒价格，单位为yuan/ton，SPp为外购生物质颗粒量，单位为ton；CSbl＝∑(BLdc∫SIGN(BLeo(t))dt)，其中CSbl为操作生物质锅炉(8)的费用，单位为yuan，BLdc为单位时间操作成本，单位为yuan/h，BLeo为生物质锅炉(8)的热能输出量，单位为kW；CSst＝SPhc∫SPh(t)dt，其中CSst为总的外购热价，单位为yuan，SPhc单位热价，单位为yuan/kWh，SPh为外购热量，单位为kW；CSgs＝SPgc∫SPg(t)dt，其中CSgs为总的外购天然气价格，单位为yuan，SPgc为单位天然气价格，单位为yuan/m3，SPg为外购天然气量，单位为m3；CScg＝∑(CGdc∫SIGN(CGeo(t))dt)，其中CScg为操作天然气热电联产***(4)的费用，单位为yuan，CGdc为单位时间操作成本，单位为yuan/h，CGeo为天然气热电联产***(4)产生的电量，单位为kW；CSbg＝∑(BGdc∫SIGN(BGeo(t))dt)，其中CSbg为操作生物质气体热电联产***(5)的费用，单位为yuan，BGdc为单位时间操作成本，单位为yuan/h，BGeo为热电联产生物质气体热电联产***(5)产生的电量，单位为kW；
Figure FDA0003368020760000041
Figure FDA0003368020760000042
Figure FDA0003368020760000043
其中CSel为总的电价，单位为yuan，SPec1、SPec2、SPec3为不同时间段的分时电价，单位为yuan/kWh，SPe为外购电量，单位为kW；CSrf＝∑(RFdc∫SIGN(|RFeio(t)|)dt)，其中CSrf为操作储电池[2]的费用，单位为yuan，RFdc为单位时间操作成本，单位为yuan/h，RFeio为储电池(2)的冲、放电量，单位为kW；CSpv为操作光伏***(3)的费用，单位为yuan。
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