[发明专利]一种本质可再生能源互补的分布式能源系统的设计方法

说明书

一种本质可再生能源互补的分布式能源系统的设计方法，包括：建立可再生能源互补的分布式能源系统模型，通过风光储互补发电，配合热泵、余热锅炉、电解槽、氢气燃气轮机等设备，充分利用自然界光能、风能等可再生清洁能源完成一定区域范围内用户的冷、热、电、气负荷的生产和供应；根据经济需求和系统可靠性指标——负荷缺电率及输出功率波动率设置多目标函数。最后，利用基于精英非支配排序遗传算法NSGA‑Ⅱ获取目标函数在约束条件下的最优解，从而得到本质可再生能源互补的分布式能源系统的设计参数，得出优化组合方案。该方法内部能源结构清晰，能量流动方向明确，能够有效节约能源，保证系统经济性和供能可靠性。

技术领域

本发明涉及一种分布式能源系统的设计方法。

背景技术

21世纪以来，能源在世界范围内供应持续紧张，工业的高速发展使不可再生化石燃料大量消耗，除此之外，化石燃料的大量燃烧也给环境造成了难以预估的危害。随我国经济的迅速发展，环境问题和能源污染越来越严重,已经成为制约我国经济持续性发展的瓶颈，积极调整能源结构、提高能源利用率、解决环境污染问题迫在眉睫。

我国矿产资源丰富，其中煤炭储量居世界首位，这决定了我国电力行业燃煤机组及火力发电为主的结构特点。但燃煤机组能源利用率较低，终端的利用效率只能达到40％左右，煤基发电的大规模集中供能系统是造成我国能源、环境问题和节能减排压力的重要原因之一。另一方面，自备电站、小机组等分散的单一供能系统多采用低参数小型汽轮机，难以实现能的梯级利用，存在效率低、污染重等问题。在提升大规模集中式供能系统技术的同时，急需有计划地发展分布式供能技术。为了经济的可持续发展，中国还必须走燃料种类的清洁、多元化道路。

可再生能源互补发电研究课题吸引了人们的关注，然而单一新形能源发电都有各自的缺点和不足，比如风力发电的不稳定性、太阳能发电成本较高等问题，因此要寻找一种清洁、稳定的发电方式有其必要性。除此之外，在能量流动过程中，传统的火用分析法虽然能很好地从物质的角度评估能量效率，但由于反应的物理过程模糊且不可逆，导致计算过程很难做到清晰，因此该分析方法效率提高很难。相对而言，依照热力学第一定律建立的计算方程式虽然能够较为准确的计算出系统的能量效率，但无法约束能量的流动方向。由于多种因素的限制，与发达国家相比，我国对可再生能源互补的热电冷联供的研究起步较晚，发展相对滞后，实际投入运行的也相对较少。

目前国内外学者对分布式能源系统做了诸多研究。例如利用天然气为燃料，通过冷热电三联供等方式实现能源的梯级利用。例如基于分布式结构将天然气气源、锅炉、天然气蒸汽调配控制装置、电力源、电力分配调节装置、太阳能能源提供设备与工业设备进行管路连接，经过可选用蚁群运算后进行智能优化后分布式功能并按照不同系统的能源梯级利用来重新分配能源。

目前，对本质新能源、最大化新能源出力，并通过算法配置系统各功能部件容量的研究较少。

发明内容

本发明的目的在于提出一种本质可再生能源互补的分布式能源系统，旨在利用风光储互补等可再生清洁能源发电，满足用户负荷供给，实现新形能源输入、多目标函数相互制约、内部计算过程结构清晰，以解决传统供能方式能源浪费及环境污染问题。

本发明利用太阳能、风能等可再生能源发电与储能装置互补配合，并以柴油机发电作为备用能源，整合热泵系统、余热锅炉、电解槽、氢气燃气轮机等设备，设计了用户冷、热、电、气负荷的生产和供应的系统模型；利用集线器思想提出系统能量物质流模型，设置多目标函数并提出约束条件，获取目标函数在约束条件下的最优解，以得到本质可再生能源互补的分布式能源系统的设计参数。