区域综合能源系统的规划与运行优化研究

随着人类社会的不断发展进步,对化石能源的开采与利用也快速增加,伴随而来的是能源危机的不断加剧和环境问题的不断恶化。为此,人们迫切需要寻找一种能源节约型和环境友好型的供能方式来替代高耗能高污染的传统供能系统。区域综合能源系统,通过集合多种能源类型和能源转化设备于一体,可以实现能源的梯级高效率利用,被广泛公认为是解决这两类问题的重要途径之一。而区域综合能源系统的性能表现与它的规划与运行密切相关,如若没有合适的系统配置和恰当的运行策略,那么系统将无法实现其应有的效益。因此,为了使区域综合能源系统的效益得到最大化,必须对其规划和运行进行合理的优化。本文针对区域综合能源系统的规划与运行优化开展了下述研究工作:(1)本文首先阐述了国内外关于综合能源系统的发展历程及发展现状,对目前国内外在综合能源系统规划与运行方面的学术研究现状进行了全面的归纳总结。(2)对区域综合能源系统的供能结构进行分析,并对其常用的各种设备进行单元数学建模。重点研究了常用的太阳能发电设备、天然气发电设备、制热设备、制冷设备、以及储能设备等等的基本原理分析和数学模型建立,并对设备的变工况特性进行相应的分析,为后面研究做好理论基础。(3)针对区域综合能源系统的经济效益,建立单目标的经济性规划与运行设计模型。采用两阶段优化方法,第一阶段优化系统的设备类型及容量,第二阶段优化运行时各个设备的小时出力值,运用粒子群算法进行优化求解,得到系统经济性效益最大化时的系统配置和运行方案。通过两个算例仿真,验证了本文方法的优越性,并对其影响因素进行了分析。(4)针对区域综合能源系统的经济、环境和能源效益,建立多目标规划与运行优化模型。采用多目标粒子群算法进行优化得到帕列托最优解集,然后运用基于证据推理的多属性决策方法选择出最优的系统方案。通过算例结果分析,验证了该多目标规划与运行优化方法的有效性和可行性。