[发明专利]一种冗余型楼宇级冷热电联供系统的节能优化方法

权利要求书

1.一种冗余型楼宇级冷热电联供系统的节能优化方法，其特征是，具体步骤如下：

a.对给定建筑建模，模拟其在典型气象年逐时冷热电负荷，得到建筑全年逐时冷热电负荷曲线；

b、设计常规供能系统并以此为参照分供系统，以满足建筑所需冷热电负荷为基础，计算此分供系统全年一次能源消耗量及供电、供热和供冷的可靠性；

c、构造设计冗余型楼宇级冷热电联供系统，以从节能和可靠性两个方面取得相对于参照分供系统最大的效益为目标，优化设计冗余型建筑冷热电联供系统的容量及运行方式，具体步骤如下：

① 构造冗余型楼宇级冷热电联供系统，包括驱动装置、热回收设备、蓄热装置、补燃锅炉、电制冷机组、吸收式制冷机组、换热器以及电厂电网供电系统，所述驱动装置以天然气为燃料发电，其输出的电能供给用户、电制冷机组和现场用电设备使用，电厂电网为并接在驱动装置输出端的辅助供电电源；驱动装置的烟气余热由热回收设备回收后供给吸收式制冷机组和换热器并将多余的热量存储在蓄热装置中；所述补燃锅炉也以天然气为燃料，其产生的热量供给吸收式制冷机组和换热器；所述换热器为用户提供热能，电制冷机组和吸收式制冷机组为用户供冷；

② 冗余型楼宇级冷热电联供系统的优化变量的选择和确定：包括驱动装置的容量、蓄热装置的容量、电制冷比和驱动装置最低负荷率四个变量，其中，电制冷比                                                定义为：

                                        

式中：为瞬时电制冷量，为瞬时冷负荷；

③ 优化约束条件的确定：在优化计算过程中，保证每个设备能量输入输出之间的平衡，也要保证其输出不能高于其容量；

④建立优化设计目标函数：

其中，，

，,

式中：为联供系统一次能源节约率；为联供系统可靠性提高率；和分别为和的权重，满足和；为分供系统一次能源消耗量，为联供系统一次能源消耗量， 为联供系统供电可靠性提高率，为联供系统供热可靠性提高率，为联供系统供冷可靠性提高率，，和分别为，和的权重，满足和；为分供系统的供电可靠性，为联供系统的供电可靠性；为分供系统的供热可靠性，为联供系统的供热可靠性；为分供系统的供冷可靠性，为联供系统的供冷可靠性；

⑤ 对该优化问题进行求解，得到最佳的驱动装置的容量、蓄热装置的容量、电制冷比和驱动装置最低负荷率，并根据驱动装置的容量、蓄热装置的容量以及建筑最大的冷热电负荷来确定热回收设备、补燃锅炉、电制冷机组、吸收式制冷机组、换热器以及电厂电网供电系统的容量。

2.根据权利要求1所述冗余型楼宇级冷热电联供系统的节能优化方法，其特征是，所述参照分供系统或冷热电联供系统的供电、供热和供冷可靠性均按下述步骤计算：

① 定义供电、供热或供冷系统的范围和系统每种状态的具体含义，系统的状态包括正常工作状态、维修状态、停运状态；

② 建立状态转移图；

③ 建立和求解方程组，分别计算供电、供热和供冷系统的可靠性：

如果得到的是瞬时状态概率，通过求解下列线性微分方程组得到瞬时状态全概率：

其中，

式中,，，为系统的状态总数，为状态i转移到状态j的概率；

如果要求解平稳状态概率，可解以下线性代数方程组：

求得每个状态的概率，最后将正常工作状态的概率相加即得系统的可靠性。

3.根据权利要求1或2所述冗余型楼宇级冷热电联供系统的节能优化方法，其特征是，楼宇级冷热电联供系统的运行策略为：当建筑负荷高于驱动装置最低负荷率时，驱动装置正常运行；当用户负荷低于驱动装置最低负荷率时，驱动装置停止运行，而采用电厂电网补电和锅炉补热的方式来进行冷热电的供应。

4.根据权利要求3所述冗余型楼宇级冷热电联供系统的节能优化方法，其特征是，优化设计中还可以增加经济与环保指标，将优化设计目标函数改为：

其中，，

式中：为联供系统费用年值节省率，为联供系统环境影响降低率，和分别为和的权重，满足和，为分供系统的费用年值，为联供系统的费用年值；为联供系统CO₂当量减排率，为联供系统SO₂当量减排率，为联供系统R11当量减排率，，和分别为，和的权重，和；为分供系统CO₂当量排放总量，为联供系统CO₂当量排放总量；为分供系统SO₂当量排放总量，为联供系统SO₂当量排放总量；为分供系统R11当量排放总量，为联供系统R11当量排放总量；

在计算参照分供系统和联供系统的全年一次能源消耗量及供电、供热和供冷的可靠性的同时，还要计算参照分供系统和联供系统的费用年值、CO₂当量排放总量、SO₂当量排放总量、R11当量排放总量；所述参照分供系统或冷热电联供系统的CO₂当量排放总量、SO₂当量排放总量和R11当量排放总量均按下述步骤计算： 

① 采用输入能量模型计算系统污染物排放量：

式中：为能量系统各污染物排放总量（g）， 为第i个设备的各污染物排放矩阵（g），为第i个设备的输入燃料量（）；为与输入燃料量对应的排放系数（g/），为能量系统中排放污染物的设备数量；

② 计算系统污染物的CO₂当量排放总量、SO₂当量排放总量和R11当量排放总量：

                            

                             

                             

式中：为系统排放的CO₂当量（g），为系统排放的SO₂当量（g），为系统排放的R11当量（g），、和分别为各污染物的全球变暖潜能、酸化潜能和臭氧耗竭潜能矩阵。