[发明专利]一种基于能量价值的多能协同园区能源利用效率控制方法

说明书

本发明公开了一种基于能量价值的多能协同园区能源利用效率控制方法，包括：根据待评价园区中配置额能量生产、转化利用的环节构建园区系统能流图，将各设备运行转化效率统一于能流图中转化参数；构建MEP能流图，包含燃气、电力、光伏、风机等输入，以及CCHP系统、燃气锅炉、电热泵、电制冷机，将不同转化效率加权平均为能流图中唯一转化参数；引入能量价值参数修正具有不同能量价值的电、热、冷，结合用户的电、热、冷需求、各设备在[0,T]时段的运行参数、天然气和电能的能质系数，构建能效综合指标；根据蒸汽中蕴含能量及价值的追踪获取三联供系统能量价值参数；根据热力学完善度计算热泵和其他设备的能量价值参数，并综合上述各设备能量价值参数得到园区的能量价值参数。

技术领域

本发明涉及微型能源网领域，尤其涉及一种基于能量价值的多能协同园区能源利用效率控制方法。

背景技术

多能协同园区(Muti-Energy Park,MEP)系统主要包含燃气、太阳能、风能、电能、地热能等多种能源输入，是集能源的“生产-转化-存储-利用-回收”于一体的有机整体，具有多能耦合特性。MEP内各能源环节之间可实现相互协调、相互影响，是实现多能协同和能量梯级利用的重要形式^[1]。在我国，随着“互联网+”智慧能源发展策略的推进，MEP得到快速发展。2018年，我国能源局公布的55项智慧能源(能源互联网)示范项目，涉及MEP的示范工程高达23项^[2]。

能源利用效率(以下简称能效)反映了能源消耗水平和利用效果，是能源有效利用程度的综合指标。世界能源委员会对能效的定义为“减少提供同等能源服务的能源投入”^[3]。文献^[4]认为提高能效与节能具有相同的内涵。能效是MEP建设的核心理念之一^[5]。然而，MEP不同能源及转换装备组成复杂，考虑单一设备或某一特定能源转换环节的能源利用情况都无法反应MEP整体综合能源利用水平。MEP能效需从系统层面进行整体评价。

国内外对MEP能效评估的研究主要基于热力学第一定律和热力学第二定律^[6]。热力学第一定律即能量守恒定律^[7]。热力学第二定律表示热能中只有一部分可以转化为有用功。基于热力学第二定律的能效指标：效率^[8]，考虑了能量的质量，在评价设备能效时得到了较为广泛的应用。虽然热力学对单一能源有比较成熟的评价指标，但不同能源系统能效评价方法存在差异。同时，MEP存在不同能源输入、转换设备及冷热电多元用能需求。如何构建面向MEP的统一评价指标，有待进一步深入研究。

文献[9]引入能质系数的概念，建立能质系数与能量质量之间的关系，为能量品质的统一提供了借鉴思路，但该方法未充分考虑设备内能量品位的连续变化，仍有优化的空间；文献[10]基于能量品位，对能量进行了梯度排序，实现CCHP系统产能成本的合理分摊；文献[11]从热力学角度建立了CCHP系统单位经济成本与能质系数的函数关系，本方法将其推广至园区能效系统评价。

1)一次能源利用效率

一次能源利用效率是指一个体系(国家、地区、企业或单项耗能设备等)有效利用的能量与实际消耗一次能源的比率^[12]。一次能源利用效率的计算式如式(1)，具有简单直观方便求取的优点。

式中，Q_oe,Q_oh,Q_oc分别为输出的电、热、冷能；Q_igas,Q_isun,Q_iwin,Q_other分别表示输入系统的天然气、太阳能、风能和其他一次能源。