[发明专利]一种含水源热泵的区域综合能源系统低碳优化运行方法

说明书

本发明的一种含水源热泵的区域综合能源系统低碳优化运行方法，包括：构建包含水源热泵、风机、燃气机组以及多元储能装置的区域综合能源系统总体架构；计算系统运行经济成本和碳排放成本，构建两阶段碳排放模型，提出两个优化目标：购能成本最小和碳排放成本最小；建立各设备机组运性约束以及系统中冷、热、电、气能量平衡约束，形成多目标低碳优化模型；采用NSGA‑Ⅲ算法对低碳优化模型进行求解，得到系统最优运行策略。本发明引入水源热泵机组以多元储能装置，以解决“以热定电”的运行约束、缓解供需两侧热电比差异；建立各设备碳排放模型，进而实现系统的低碳优化运行。

技术领域

本发明属于综合能源系统优化运行领域，涉及一种含水源热泵的区域综合能源系统低碳优化运行方法。

背景技术

随着能源消费结构转型升级，多类能源耦合互联形成的综合能源系统以其特有的优势受到广泛的关注、研究和应用。在江河水系充沛地域，引入水源热泵机组，形成新型热电联产模式，不仅可实现冷/热/电/气等多种能源间的互补转化，还可进一步提高系统清洁能源消纳率。目前，区域综合能源系统中的冷热电三联供(CCHP)大部分以燃气机组作为核心机组，以天然气为燃料，兼具发电、供热等多种能源输出功能。但此系统中电-热能量深度耦合，存在“以热定电”的运行约束。目前的能源系统电热转换方向单一，无法实现很好的电热解耦效果，尤其在热负荷需求较大的冬季，电能产能过剩的情况会更加明显，不仅会降低整个区域电网电能的调峰能力，还会影响风光等可再生能源的并网运行，降低可再生能源利用率。同时，目前系统内碳排放模型的建立并不充分，定量分析不够细致，对含水源热泵系统和清洁能源消纳场景的相关分析较少。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种含水源热泵的区域综合能源系统低碳优化运行方法，引入水源热泵机组以及多元储能装置，以解决“以热定电”的运行约束、缓解供需两侧热电比差异；同时，建立各设备碳排放模型，进而实现系统的低碳优化运行。

本发明提供一种含水源热泵的区域综合能源系统低碳优化运行方法，包括：

步骤1：构建包含水源热泵、风机、燃气机组以及多元储能装置的区域综合能源系统总体架构；

步骤2：计算系统运行经济成本和碳排放成本，构建两阶段碳排放模型，提出两个优化目标：购能成本最小和碳排放成本最小；

步骤3：建立各设备机组运性约束以及系统中冷、热、电、气能量平衡约束，形成多目标低碳优化模型；

步骤4：在python环境中，采用NSGA-Ⅲ算法对所构建的低碳优化模型进行求解，得到系统最优运行策略。

本发明的一种含水源热泵的区域综合能源系统低碳优化运行方法至少具有以下有益效果：

1)在存在“以热定电”约束的综合能源系统中，引入水源热泵机组以及多元储能装置，形成区域综合能源系统新型运行模式，实现热电解耦，从根本上解决“以热定电”运行约束的问题，有效改善了供需两侧热电比差异，使得溢出电量几乎不存在。

2)更全面更细致的建立了各设备机组的碳排放模型，制定适当的市场激励机制，使更多的对象参与进来，有效降低了系统运行的碳排放成本，实现了系统的低碳优化运行。

3)专利中的实例直观地表明了，本发明所提出的低碳优化运行方法中经济成本降低约50.91％，碳排放成本降低约49.70％，总体显著降低，证明了本发明所提方法的合理性与有效性。

附图说明

图1为本发明的含水源热泵的区域综合能源系统低碳优化运行方法的流程图；

图2为本发明实施例的含水源热泵的区域综合能源系统架构示意图；

图3为采用NSGA-Ⅲ算法对所构建的低碳优化模型进行求解的流程图；

图4为系统在“以热定电”约束下的日前电能调度计划示意图；