中国电力 ›› 2024, Vol. 57 ›› Issue (4): 14-24.DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202306117
王扬1(), 路菲2(
), 李骥2(
), 谈竹奎1, 孙宗宇2, 徐伟2, 宋子宏1, 刘振鹏2
收稿日期:
2023-06-30
出版日期:
2024-04-28
发布日期:
2024-04-26
作者简介:
王扬(1993—),男,工程师,从事配电网运行分析与控制研究,E-mail:yangwstu@163.com基金资助:
Yang WANG1(), Fei LU2(
), Ji LI2(
), Zhukui TAN1, Zongyu SUN2, Wei XU2, Zihong SONG1, Zhenpeng LIU2
Received:
2023-06-30
Online:
2024-04-28
Published:
2024-04-26
Supported by:
摘要:
低碳园区复合式能源系统合理的规划与配置对提升系统能效、降低成本、减少污染物排放等具有重要意义。首先,基于园区用能需求快速预测方法和能源系统动态仿真平台,提出了以综合评价指标为导向的低碳园区复合式能源系统优化规划配置方法,建立了虎克-捷夫算法和粒子群算法相融合的混合优化算法。然后,以典型低碳园区冷热电三联供耦合地源热泵、蓄能与燃气锅炉的多能系统为例,对比分析了不同优化算法的配置结果和优化速度,研究了综合优化目标最优、全生命周期成本、能耗最低等不同优化目标对容量优化配置结果和系统典型日运行情况的影响。结果表明,本文提出的优化配置方法和混合优化算法可以保证寻优能力、优化精确度,同时提高了优化计算性能。以综合评价目标最优的能源系统配置结果可以兼顾系统成本、经济运行、环境影响及低碳排放等多方因素,更有利于构建低碳园区最优能源形态。
王扬, 路菲, 李骥, 谈竹奎, 孙宗宇, 徐伟, 宋子宏, 刘振鹏. 基于综合优化目标的低碳园区能源系统规划配置[J]. 中国电力, 2024, 57(4): 14-24.
Yang WANG, Fei LU, Ji LI, Zhukui TAN, Zongyu SUN, Wei XU, Zihong SONG, Zhenpeng LIU. Multi-energy System Planning and Configuration Study for Low-Carbon Parks Based on Comprehensive Optimization Objectives[J]. Electric Power, 2024, 57(4): 14-24.
一级 指标 | 二级指标 | 指标定义 | ||
系统成本指标A1 | 机房设备费用A11 | 复合式能源系统设备购置费用及设备安装费用 | ||
管道安装A12 | 能源系统机房至建筑的管道费用和安装费用 | |||
机房建设费用A13 | 机房土建及装修相关的费用 | |||
折旧费用A14 | 设备、管网及土建的折旧费用 | |||
经济运行指标A2 | 电力价格A21 | 电力费用 | ||
燃气/热力价格A22 | 燃料费用 | |||
综合能效A23 | 设备/系统供能量累计值与输入能量累计值之比 | |||
维护管理成本A24 | 日常维护、维修和运行管理费用 | |||
环境影响指标A3 | 可再生能源利用率A31 | 可再生能源消纳量与系统能源消费总量之比 | ||
碳减排量A32 | 二氧化碳排放量减少值 |
表 1 低碳园区综合评价指标体系[25]
Table 1 Comprehensive evaluation index system for low-carbon parks
一级 指标 | 二级指标 | 指标定义 | ||
系统成本指标A1 | 机房设备费用A11 | 复合式能源系统设备购置费用及设备安装费用 | ||
管道安装A12 | 能源系统机房至建筑的管道费用和安装费用 | |||
机房建设费用A13 | 机房土建及装修相关的费用 | |||
折旧费用A14 | 设备、管网及土建的折旧费用 | |||
经济运行指标A2 | 电力价格A21 | 电力费用 | ||
燃气/热力价格A22 | 燃料费用 | |||
综合能效A23 | 设备/系统供能量累计值与输入能量累计值之比 | |||
维护管理成本A24 | 日常维护、维修和运行管理费用 | |||
环境影响指标A3 | 可再生能源利用率A31 | 可再生能源消纳量与系统能源消费总量之比 | ||
碳减排量A32 | 二氧化碳排放量减少值 |
优化算法 | 迭代步长/步 | 优化时长/min | 供冷容量配置/kW | 供热容量配置/kW | ||||||||||||||||
三联供 | 地源热泵 | 蓄能系统 | 燃气锅炉 | 三联供 | 地源热泵 | 蓄能系统 | 燃气锅炉 | |||||||||||||
虎克-捷夫算法 | 75 | 220 | 2800.62 | 7806.29 | 5347.45 | 8655.34 | 3429.08 | 10605.73 | 9244.85 | 18084.34 | ||||||||||
粒子群算法 | 98 | 292 | 2795.70 | 7934.26 | 5593.85 | 8286.19 | 3400.12 | 11222.05 | 9422.72 | 17319.11 | ||||||||||
混合优化算法 | 50 | 150 | 2721.87 | 7437.14 | 5798.12 | 8652.88 | 3263.62 | 10113.50 | 9943.91 | 18042.98 |
表 2 不同优化算法的优化结果
Table 2 Optimization results with different optimization algorithms
优化算法 | 迭代步长/步 | 优化时长/min | 供冷容量配置/kW | 供热容量配置/kW | ||||||||||||||||
三联供 | 地源热泵 | 蓄能系统 | 燃气锅炉 | 三联供 | 地源热泵 | 蓄能系统 | 燃气锅炉 | |||||||||||||
虎克-捷夫算法 | 75 | 220 | 2800.62 | 7806.29 | 5347.45 | 8655.34 | 3429.08 | 10605.73 | 9244.85 | 18084.34 | ||||||||||
粒子群算法 | 98 | 292 | 2795.70 | 7934.26 | 5593.85 | 8286.19 | 3400.12 | 11222.05 | 9422.72 | 17319.11 | ||||||||||
混合优化算法 | 50 | 150 | 2721.87 | 7437.14 | 5798.12 | 8652.88 | 3263.62 | 10113.50 | 9943.91 | 18042.98 |
图 8 不同优化目标下复合式能源系统供热容量优化配置结果
Fig.8 Heating-supply capacity optimal configuration results of composite energy systems under different optimization objectives
图 10 综合指标最优的容量配置下供暖季典型日运行模式
Fig.10 Typical daily operation mode in heating season under the capacity configuration with optimal comprehensive evaluation index
图 11 综合指标最优的容量配置下供冷季典型日运行模式
Fig.11 Typical daily operation mode in cooling season under the capacity configuration with optimal comprehensive evaluation index
优化目标 | 单位面积初投资/ (元·m–2) | 供冷运行费用/ (元·m–2) | 供暖运行费用/ (元·m–2) | 可再生能源利用率/ % | 年度运行总能耗折算耗电量/ ((kW·h)·(m2·a)–1) | 碳减排量/ (kg·(m2·a)–1) | ||||||
综合指标最优 | 293.5 | 9.9 | 17.7 | 17.9 | 20.4 | 38.0 | ||||||
全生命周期成本最优 | 281.6 | 10.1 | 17.8 | 17.8 | 20.6 | 35.0 | ||||||
运行能耗最优 | 342.6 | 10.2 | 16.9 | 16.9 | 18.0 | 45.0 |
表 3 复合式能源系统优化容量配置下经济性和环境影响结果
Table 3 Economy and environmental impacts under the optimal capacity configuration of composite energy system
优化目标 | 单位面积初投资/ (元·m–2) | 供冷运行费用/ (元·m–2) | 供暖运行费用/ (元·m–2) | 可再生能源利用率/ % | 年度运行总能耗折算耗电量/ ((kW·h)·(m2·a)–1) | 碳减排量/ (kg·(m2·a)–1) | ||||||
综合指标最优 | 293.5 | 9.9 | 17.7 | 17.9 | 20.4 | 38.0 | ||||||
全生命周期成本最优 | 281.6 | 10.1 | 17.8 | 17.8 | 20.6 | 35.0 | ||||||
运行能耗最优 | 342.6 | 10.2 | 16.9 | 16.9 | 18.0 | 45.0 |
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