含多元储能的近零能耗社区供能系统协同优化及综合评价方法.pdf
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1、低碳环保与节能减排70节能 ENERGY CONSERVATIONNO.12 2023含多元储能的近零能耗社区供能系统协同优化及综合评价方法刘璇1 张时聪2 杨芯岩2 吴迪1(1.华北电力大学动力工程系,河北 保定 071003;2.中国建筑科学研究院建筑环境与能源研究院,北京 100013)摘要:对近零能耗社区负荷进行预测,构建含多元储能的近零能耗社区供能系统。针对该系统提出一种双层迭代协同优化方法,对系统配置及运行进行优化。利用该系统为不同公共建筑占比的近零能耗社区供能,实现社区供能的热电调蓄。从能源效益、经济效益、环境效益方面对系统进行综合评价。结果显示:与分供系统相比,新型系统在给公共
2、建筑占比为30%的近零能耗社区供能时,一次能源节约率和年值节约率最高可达51.1%和18.8%,公共建筑占比为50%的供能系统综合评价值最高,为0.357 3。关键词:供能系统;近零能耗社区;多元储能;协同优化;一次能源节约率;年值节约率中图分类号:TM73;TK018 文献标志码:A 文章编号:1004-7948(2023)12-0070-04 doi:10.3969/j.issn.1004-7948.2023.12.020Collaborative optimization and comprehensive evaluation method of energy supply syste
3、ms for near-zero energy community with multiple energy storageLIU Xuan ZHANG Shi-cong YANG Xin-yan WU DiAbstract:The near-zero energy community load is predicted and the near-zero energy community energy supply system with multiple energy storage is constructed.For this system,a two-level iterative
4、collaborative optimization method is proposed to optimize the system configuration and operation.The system is used to supply energy to near-zero energy communities with different public building percentages,and to realize thermoelectric storage for community energy supply.The system is comprehensiv
5、ely evaluated in terms of energy efficiency,economic efficiency,and environmental efficiency.The results show that the primary energy saving rate and annual value saving rate of the new system can reach up to 51.1%and 18.8%,when supplying energy to near-zero energy communities with 30%of public buil
6、dings compared with the sub-supply system.The supply system with 50%of public buildings achieves the highest comprehensive evaluation value of 0.357 3.Key words:energy supply system;near-zero community;multiple energy storage;collaborative optimization;primary energy saving rate;annual value savings
7、 rate引言与分供系统相比,近零能耗社区供能系统能够显著提高能源利用效率,减少各类大气污染物的排放1。有研究表明,近零能耗社区供能系统能够进一步提升可再生能源消纳规模和系统能源效率,降低系统投运成本与各类污染物排放量2-3。目前,针对近零能耗社区供能系统优化研究的文献大多只针对系统配置或运行策略进行优化,两者兼顾考虑的研究较少。对供能系统的评估也都仅从经济性、能效性或环保性单方面进行评估,对经济性、能效性、环保性的综合评估较少4-5。文中构建一种结合储热、储电和蓄冷的近零能耗社区供能系统。针对该系统提出一种兼顾系统优化配置和运行的双层迭代优化方法,通过上层优化得到收敛值并带入下层优化,再将下
8、层优化结果带回上层,以此循环迭代。利用该系统向不同公共建筑占比的北京某近零能耗社区供能,并对系统的敏感性进行分析,运用层次分析法对不同公共建筑占比的近零能耗社区供能系统进行综合评价。1近零能耗社区供能系统近零能耗社区供能系统主要由内燃机(ICE)、光伏(PV)、集热器(ST)、燃气锅炉(GB)、空气源热泵(ASHP)、吸收式热泵(ABS)、蓄热水箱(HST)、蓄冷水箱(CST)和蓄作者简介:刘璇(1999),女,本科,研究方向为综合能源系统。基金项目:国家重点研发计划项目(项目编号:2019YFE0193100)收稿日期:2022-12-28引用本文:刘璇,张时聪,杨芯岩,等.含多元储能的近零
9、能耗社区供能系统协同优化及综合评价方法 J.节能,2023,42(12):70-73.低碳环保与节能减排71NO.12 2023节能 ENERGY CONSERVATION电池(Battery)等组成,可生产并为用户提供冷、热、电能量,实现社区内热电调蓄,近零能耗社区供能系统结构如图1所示。各设备热力学模型参见文献6和文献7。系统优先使用光伏供电,其次由蓄电池、内燃机和市政电网依次为用户供应电负荷。光伏多余发电用蓄电池存储,如有剩余,则并入市政电网。系统依次采用内燃机回收余热、蓄热水箱和燃气锅炉为用户供应热负荷。其中,内燃机回收余热大于用户热负荷时,用蓄热水箱蓄热。用户冷负荷由空气源热泵和吸收
10、式热泵联合供应。利用内燃机回收余热、蓄热水箱和燃气锅炉依次为吸收式热泵提供热源,并用蓄冷水箱存储吸收式热泵多余制冷量。采用分供系统作为参照系统,采用空气源热泵、燃气锅炉和市政电网为用户提供冷、热、电量。2双层迭代协同优化方法2.1决策变量上层选取内燃机额定容量GICE、光伏个数m、集热器个数n和电制冷占比x为决策变量。下层选取蓄热水箱额定容量EHST,max、蓄冷水箱额定容量ECST,max和蓄电池额定容量EBattery,max为决策变量。2.2约束条件系统与用户之间需满足逐时的冷热电能量供需平衡。mPPV+EICE+EGrid+PBattery,outEUser+PBattery,in(1
11、)QICE+nQST+QGB+PHST,outQUser+QABS+PHST,in(2)CABS+CASHP+PCST,outCUser+PCST,in(3)式中:m光伏个数;PPV光伏发电量,kW;EICE内燃机发电量,kWh;EGrid电网购电量,kW;PBbattery,in、PBattery,out分别为蓄电池蓄、放电量,kW;EUser用户电负荷,kW;QICE内燃机供热量,kW;n集热器个数;QST集热器集热量,kW;QGB锅炉供热量,kW;PHST,in、PHST,out分别为蓄热水箱蓄、放热量,kW;QUser用户热负荷,kW;QABS吸收式热泵需热量,kW;CABS、CASH
12、P、CUser分别为吸收式热泵、空气源热泵、用户需冷量,kW;PCST,in、PCST,out分别为蓄冷水箱蓄和放冷量,kW。2.3目标函数上、下两层均选择近零能耗社区供能系统的一次能源节约率(PESR)和系统的年值节约率(ACSR)作为优化目标。PESR=FSP-FNZESFSP(4)ACSR=ACSP-ACNZESACSP(5)AC=CInv+COpe+CNg+CGrid(6)式中:FSP、FNZES分别为分供系统和近零能耗社区供能系统的能耗,kWh;ACSP、ACNZES分别为分供系统和近零能耗社区供能系统的年总成本,元;AC系统年度成本,元;CInv系统年投资成本,元;COpe系统年维
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- 多元 能耗 社区 系统 协同 优化 综合 评价 方法
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