区域能源系统的优化设计

随着工业化与城镇化进程的加速,我国能源需求量越来越大,以供需失衡、环境污染和温室效应为特征的能源危机日益凸现,严重制约着我国经济社会可持续发展。区域能源系统的规划能够大规模的利用以可再生能源和清洁能源为特点的分布式能源系统,而被认为是合理地解决能源危机的有效途径。 本文基于对国内外能源规划方法的分析,提出了综合考虑化石燃料和可再生能源,集中式和分布式的能源供应系统相结合的区域能源系统的优化模型,并开发出区域能源系统优化软件,具体内容如下： (1)首先对国内外能源规划的研究进展进行了分析和总结。 (2)建立了区域综合能源系统优化模型,模型综合考虑了可再生能源和清洁能源等多种能源的互补、分布式能源系统与集中式能源系统的集成,并采用能流网络表示从资源—转化—终端负荷需求的全过程。基于上述模型,建立了以规划期内系统总费用最小为目标函数的数学优化模型,同时将CO2排放限制以碳税的形式归入目标函数中。 (3)采用列队竞争算法与线性规划算法相结合的混合算法对模型进行求解。由于所建立的数学模型为混合整数线性规划(MILP)问题,求解过程中容易产生组合爆炸问题而不易求解。因此,本文采用列队竞争算法和线性规划法相结合的求解方法,其中列队竞争算法用于优化整型变量,而线性规划法优化连续变量,通过两种算法的交替迭代来逼近最优解。并通过一个实例来验证本模型和算法的有效性。 (4)基于本文所建立的数学优化模型,充分利用MATLAB软件中的GUI模块开发出了界面友好的区域能源系统优化软件。该软件具有自建优化模型、反映能源供给和需求波动、生成报表等特点,可为区域能源系统的规划、设计改造及能源需求预测做决策支持。 (5)通过区域能源规划和区域能源系统的改造两个实例,验证了所开发的软件的实用性。结果表明,区域能源规划软件能够在保证区域能源供应的前提下,有效地减少区域系统的总费用和CO2排放量,能够一定程度上缓解能源危机。