[发明专利]一种面向矿区的多能互补供热系统容量配置优化方法

说明书

本发明公开了一种面向矿区的多能互补供热系统容量配置优化方法，该方法包括以下步骤：步骤一、建立矿区多能互补供热系统结构；步骤二、建立系统优化配置数学模型；步骤三，建立目标函数及约束条件：步骤四，利用快速非支配多目标优化算法求解模型。本发明在给定各能源子系统建设成本、运营成本、综合能效比、最大供热能力以及各种能源折标准煤参考系数、供热基准值、碳交易价格参数的情况下，求解并比选出最优方案。计算结果可作为煤矿区多能互补供热系统设计方案优化的基础。

技术领域

本发明属于煤矿区多能互补供热技术领域，涉及系统容量配置方法，具体涉及一种面向矿区的多能互补供热系统容量配置优化方法。

背景技术

煤炭矿区由于受矿产资源赋存条件约束，其地理位置普遍远离城市，不具备与城市供热管网相连接的条件。因此，我国大多数煤炭矿区使用燃煤锅炉作为供热热源，与此同时，煤炭燃烧产生的CO₂、CO、SO₂、粉尘等污染物严重影响了当地的生态环境。部分矿区积极响应国家号召，采取了用天然气锅炉替代燃煤锅炉的行动，但受国际国内能源形势政策影响，天然气供热成本及风险增加。在当前形势与政策下，煤矿区推进低碳发展的同时如何保证用能供应的稳定性、安全性是发展面临的难题。

矿区多能互补供热系统立足于矿区清洁能源、可再生能源以及常规能源禀赋，充分考虑矿区用户侧实际需求、场地条件、政府政策以及电力及天然气的价格等影响因素，建立一套融合地热能、太阳能、空气能、电能、矿井余热(矿井乏风、矿井涌水余热、空压机余热)等多种能源互补的供热系统对于促进矿区低碳发展意义重大。

发明内容

针对煤矿区低碳清洁发展，本发明的目的在于提供一种面向矿区的多能互补供热系统容量配置优化方法，解决在当前形势与政策下，煤矿区推进低碳发展的同时保证用能供应稳定性、安全性的难题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种面向矿区的多能互补供热系统容量配置优化方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、建立矿区多能互补供热系统结构；矿区多能互补供热系统结构以地热能、太阳能、空气能、矿井余热、天然气和燃煤作为供热热源，利用电能或一次能源驱动的供热设备，经能量转化后输送热量至用户侧；

步骤二、建立系统优化配置数学模型；

系统能耗模型：

系统供热量：

式中，G_i为供热期间第i种能源所提供的热量，单位为GJ；N为供热周期，单位为天；q_i为第i种能源的供热能力，单位为kW；t为室内计算温度，单位为℃；t_a为采暖期室外平均温度，单位为℃；t_o.a为采暖期室外计算温度，单位为℃；

系统能耗：

式中：β_i为第i种能源系统的综合能效比，无量纲；E_i为第i种能源系统消耗的能量，单位为GJ；

能源出力模型：

地热能、空气能模型：

式中，m为从地层或空气中获取的热能，单位为kW；q_dk为地热能或空气能的供热能力，单位为kW；COP为热泵机组制热系数，无量纲；

太阳能集热系统模型：