能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的區(qū)域分布式能源系統(tǒng)規(guī)劃研究.pdf

1、化石燃料的枯竭及其長期以來大規(guī)模使用所引發(fā)的全球氣候變化問題，使以能源新技術(shù)和信息技術(shù)深入結(jié)合為特征的能源互聯(lián)網(wǎng)，被認為是未來解決能源危機和環(huán)境危機問題的關(guān)鍵所在。分布式能源系統(tǒng)被作為能源互聯(lián)網(wǎng)的原型，在許多發(fā)達國家已有相當(dāng)?shù)囊?guī)模和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。我國正處于工業(yè)化中后期，未來建筑能耗超越工業(yè)能耗將成為城市的主要能耗，而城市中普遍出現(xiàn)的空間緊湊和功能集中的區(qū)域，成為能源消費和溫室氣體排放的主要載體。因此，在能源互聯(lián)網(wǎng)背景下，研究我國區(qū)域分

2、布式能源系統(tǒng)的規(guī)劃問題，構(gòu)建綠色低碳、適應(yīng)氣候變化，具有良好經(jīng)濟性和環(huán)保性的區(qū)域分布式能源系統(tǒng)，實現(xiàn)區(qū)域用能效率的提高，具有著重要的理論意義和實際應(yīng)用價值。本文在能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展背景下，對影響分布式能源系統(tǒng)規(guī)劃的因素、負荷預(yù)測、系統(tǒng)建模與優(yōu)化、區(qū)域能源站網(wǎng)布局進行了研究，并設(shè)計開發(fā)了區(qū)域分布式能源系統(tǒng)規(guī)劃決策支持系統(tǒng)。本文主要工作如下:
　　(1)界定了區(qū)域分布式能源系統(tǒng)的內(nèi)涵及區(qū)域指向，對能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展下的區(qū)域分布式能源系統(tǒng)的低碳

3、化、柔性化、能源互聯(lián)網(wǎng)屬性、綜合能源系統(tǒng)特征進行了分析。區(qū)域分布式能源系統(tǒng)規(guī)劃將通過用能需求、系統(tǒng)構(gòu)建、配置優(yōu)化、管網(wǎng)優(yōu)化的規(guī)劃環(huán)節(jié)落實系統(tǒng)的產(chǎn)能、用能、輸能、蓄能、節(jié)能過程，并通過設(shè)計能源輸送網(wǎng)絡(luò)、能源信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，以及能源設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)。
　　(2)分析了影響系統(tǒng)規(guī)劃的氣候、資源、環(huán)境、社會發(fā)展、區(qū)域功能、系統(tǒng)綜合價值等因素。采用聚類方法對區(qū)域分布式能源系統(tǒng)的氣候適應(yīng)性和太陽能可利用性進行了區(qū)劃;提出了分

4、布式能源系統(tǒng)規(guī)劃的能源互補理念;探討了區(qū)域分布式能源系統(tǒng)規(guī)劃的碳排放和空氣環(huán)境壓力;從宏觀經(jīng)濟、城市化進程、政府優(yōu)惠政策、系統(tǒng)自身價值等方面探討了系統(tǒng)規(guī)劃的經(jīng)濟、社會、政策環(huán)境影響。
　　(3)利用SketchUp Pro、EnergyPlus、Openstudio的結(jié)合，實現(xiàn)區(qū)域單體建筑的冷、熱、電逐時負荷預(yù)測，并從區(qū)域整體能源供需角度出發(fā)，運用同時利用系數(shù)得到區(qū)域整體冷、熱、電負荷，避免簡單疊加可能產(chǎn)生的負荷預(yù)測誤差過大的問題

5、，并通過仿真算例驗證了方法的準(zhǔn)確性與可靠性。
　　(4)提出了基于多智能體系統(tǒng)MAS的區(qū)域分布式能源系統(tǒng)信息物理融合模型，即由電力網(wǎng)絡(luò)、供熱網(wǎng)絡(luò)、供冷網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)耦合而成的區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)。系統(tǒng)模型利用MAS的能量管理功能，從而保證了系統(tǒng)內(nèi)各能源供應(yīng)設(shè)備之間、設(shè)備與負荷之間控制運行的協(xié)調(diào)性、可靠性、安全性和有效性。同時，模型設(shè)置了能源管理Agent和路由Agent，以實現(xiàn)區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)未來的能源調(diào)度與信息協(xié)調(diào)，并設(shè)計給出了一種

6、結(jié)合元胞自動機機(CA)的能源路由結(jié)構(gòu)。
　　(5)構(gòu)建了基于決策和系統(tǒng)配置的區(qū)域分布式能源系統(tǒng)雙層優(yōu)化模型。決策優(yōu)化層由影響系統(tǒng)規(guī)劃決策的社會、環(huán)境、資源等宏觀因子構(gòu)成;系統(tǒng)優(yōu)化層由影響系統(tǒng)容量優(yōu)化的經(jīng)濟與環(huán)保目標(biāo)因子、能量均衡約束因子和多目標(biāo)遺傳優(yōu)化算法因子構(gòu)成。結(jié)合區(qū)域分布式能源系統(tǒng)的孤島運行和并網(wǎng)上網(wǎng)運行模式進行了算例的仿真實驗，驗證了雙層優(yōu)化模型的可行性和合理性。
　　(6)給出了區(qū)域分布式能源系統(tǒng)規(guī)劃中站網(wǎng)布局的

7、能距概念，即供需能源結(jié)點之間管網(wǎng)建設(shè)費用的年值;建立了基于能距的P中位站網(wǎng)布局模型;提出了區(qū)域分布式能源系統(tǒng)規(guī)劃的定址布網(wǎng)算法。仿真算例驗證了所提出模型與算法在確定區(qū)域能源站數(shù)量、選址和儲能中心位置的同時，給出了能源站與儲能中心、負荷中心之間的能源輸送管網(wǎng)最優(yōu)路徑，站網(wǎng)布局實現(xiàn)了總能距最小。
　　(7)設(shè)計并實現(xiàn)了區(qū)域分布式能源系統(tǒng)規(guī)劃的決策支持系統(tǒng)(RDES-DSS)。決策支持系統(tǒng)以數(shù)據(jù)庫、模型庫、方法庫和知識庫為基礎(chǔ)，融合了論