[发明专利]考虑热网寿命的电-热耦合型综合能源系统运行调控方法

说明书

本发明公开了一种考虑热网寿命的电‑热耦合型综合能源系统运行调控方法。本发明采用的技术方案为：构建考虑热网寿命的电‑热综合能源系统年运行指标；构建供暖季每个供暖日中电‑热综合能源系统优化运行调控模型；构建考虑热网寿命的电‑热综合能源系统运行计算模型；构建供热管网的低循环疲劳寿命分析模型；构建供热管网全寿命周期等年值成本模型。本发明可避免电‑热耦合型IES日前优化调控中对供热管网寿命损耗考虑不足而过高估计利用灵活性潜力的问题，指导IES运营商在日前优化调控中选取对其寿命更有利的供热管网调控安全约束。

技术领域

本发明属于区域综合能源系统运行优化技术领域，尤其是一种考虑热网寿命的电-热耦合型综合能源系统运行调控方法。

背景技术

近年来电-热耦合型综合能源系统(Integrated Energy System,IES)作为综合能源利用的典型代表，受到国内外学者的广泛研究与关注。相较于电能，热能的传输、变化过程具有慢动态特性，传输损耗大，但储存成本较低。因此，热能与电能之间存在很强的互补特性。大量研究指出，将电与热进行协同运行，可利用供热系统的运行特性辅助电-热耦合型IES实现降低运行成本及提升可再生能源消纳水平等目标。

目前，国内外已建成许多电-热耦合型IES示范工程，如意大利米兰东部某供热系统，通过热电联产机组(Combined Heat and Power，CHP)以及热泵(Heat Pump，HP)、电锅炉等能源设备的冗余配置，辅以蓄热装置及供热管网热动态特性，实现不同运行条件下电、热之间灵活的相互转化；我国上海、天津等一些城市也先后建成了以能源站为核心的IES示范园区，通过电、热(冷)能等设备集成和集中控制，支撑园区IES的灵活运行，极大提升了园区的能源综合利用效率。

在电-热耦合型IES运行优化中利用供热管网热动态特性提升系统运行能力时，有必要同时考虑其对应的成本或代价。如对供热管网进行频繁调控，不可避免地会导致热网中工质温度的快频波动。供热管网承受温度交替，其受到的损伤累积到一定程度后，管网中一些部件将超过其低循环疲劳极限而发生破坏。这一作用对热网中的弯头、三通、小角度折角等的寿命有重要影响。国内外已有一些学者关注上述问题。有研究指出：在电-热耦合型IES中运行优化中，热网经受频繁的温度交替可能加速其疲劳进程，最终导致其提前损坏，因此利用供热管网热动态特性参与系统运行优化的利弊尚有待进一步分析；有研究基于热网的能量流模型，在IES协同规划中考虑了建设热网管道的成本，提出供热管网等年值投资成本的计算方法，但尚未考虑其运行寿命的问题；有研究参考欧洲一些区域供热系统的运行标准，出于热网运行安全性的考虑，在电-热耦合型IES运行优化中对热网的温度梯度(即热网的升降温速率)加以约束，并进一步讨论了选取不同温度梯度约束对IES运行方案的影响。电-热耦合型IES利用供热管网热动态特性提升系统性能时可能加速供热管网寿命损耗，产生额外的利用成本。

现有研究对于如何量化这部分成本、以及如何通过热网调控安全约束在运行层面保障热网寿命，已有一些基础性工作，但仍须探索合理的分析方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种考虑热网寿命的电-热耦合型综合能源系统运行调控方法，以避免电-热耦合型IES日前优化调控中对供热管网寿命损耗考虑不足而过高估计利用灵活性潜力的问题，指导IES运营商在日前优化调控中选取对其寿命更有利的供热管网调控安全约束。

为此，本发明采用如下的技术方案：考虑热网寿命的电-热耦合型综合能源系统运行调控方法，其包括：

构建考虑热网寿命的电-热综合能源系统年运行指标；

构建供暖季每个供暖日中电-热综合能源系统优化运行调控模型；

构建考虑热网寿命的电-热综合能源系统运行计算模型；

构建供热管网的低循环疲劳寿命分析模型；

构建供热管网全寿命周期等年值成本模型。