电能替代技术下低碳能源规划模型及构建方法

技术领域

本发明涉及能源规划技术领域，尤其是涉及一种电能替代技术下低碳能源规划模型及构建方法。

背景技术

区域节能减排不仅要降低用能个体的碳排放，也需要考虑通过使用先进的技术如电能替代技术等和系统综合优化的方法降低区域整体的碳排放，由于低品位能源、区域可再生能源的空间有限性以及时间上的不稳定性，忽略用能单位之间联系的各个建筑能源系统进行独立设计的方法不足以完全挖掘出系统节能的全部潜力，所以需要通过系统优化设计，将区域内多个用能、产能对象的能源利用综合考虑，构建集中与分布式协同、可再生能源与化石能源相融合的区域能源系统，充分利用本地可再生能源，提高能源综合利用效率，所以需要构建一个电能替代技术下低碳能源规划模型，将区域作为一个整体，实现从单体建筑节能到区域整体节能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电能替代技术下低碳能源规划模型及构建方法，旨在解决从单体建筑节能到通过对区域低碳能源进行规划达到整体节能的问题。

本发明提供一种电能替代技术下低碳能源规划模型构建方法，包括：

分别计算碳排放的经济成本、污染物排放成本、设备初投资费用、区域年运行能源费用和区域设备维护费用；

根据上述计算结果，以年运行成本最低为目标构建电能替代技术下能源规划模型的目标函数；

根据所述目标函数和约束条件构建电能替代技术下低碳能源规划模型。

本发明提供一种电能替代技术下低碳能源规划模型构建装置，包括：

成本计算模块：分别计算碳排放的经济成本、污染物排放成本、设备初投资费用、区域年运行能源费用和区域设备维护费用；

目标函数构建模块：根据上述计算结果，以年运行成本最低为目标构建电能替代技术下能源规划模型的目标函数；

模型构建模块：根据所述目标函数和约束条件构建电能替代技术下低碳能源规划模型。

本发明实施例还提供一种电能替代技术下低碳能源规划模型构建设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现上述电能替代技术下低碳能源规划模型构建方法的步骤。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有信息传递的实现程序，所述程序被处理器执行时实现上述电能替代技术下低碳能源规划模型构建方法的步骤。

采用本发明实施例，通过电能替代技术下低碳能源规划目标函数，创新性地将需求侧能源利用过程中的低碳和环保效益与经济性相结合，建立了电能替代技术下区域需求侧低碳能源规划模型，能够同步求解得到碳排放的经济成本、污染物排放成本、设备初投资费用、区域年运行能源费用和区域设备维护费用综合成本最低的电能替代能源规划方案，得到电能替代背景下区域低碳能源规划的结果。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的电能替代技术下低碳能源规划模型构建方法流程图；

图2是本发明实施例的电能替代技术下低碳能源规划模型构建装置示意图；

图3是本发明实施例的电能替代技术下低碳能源规划模型构建设备示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

方法实施例

根据本发明实施例，提供了一种电能替代技术下低碳能源规划模型构建方法，图1是本发明实施例的电能替代技术下低碳能源规划模型构建方法的流程图，如图1所示，根据本发明实施例的电能替代技术下低碳能源规划模型构建方法具体包括：

S1.分别计算碳排放的经济成本、污染物排放成本、设备初投资费用、区域年运行能源费用和区域设备维护费用。

具体的，碳排放的经济成本计算方法如公式1所示：

其中，

污染物排放成本计算方法如公式2所示：

C

其中，β表示排污征收额系数，CO

设备初投资费用计算方法如公式3所示：

其中，j为上述各种电能替代技术，PR

区域年运行能源费用计算方法如公式4所示：

C

其中，C

其中，燃气费用计算方法如公式4a所示：

其中，PR

年耗电费用由基本电费和电度电费组成：

基本电费有两种计量方式，一种按照变压器容量计算，一种按照用电最大有功功率计算：

按照变压器容量计算基本电费方法如公式4b所示：

其中，

按照用电最大有功功率计算基本电费的方法如公式4c所示：

其中，

电度电费计算方法如公式4d所示：

其中，

因此，按照变压器容量计算基本电费时年耗电费用如公式4e所示：

按照用电最大有功功率计算基本电费时年耗电费用如公式4f所示：

区域设备维护费用计算方法如公式5所示：

其中，α

S2.根据上述计算结果，以年运行成本最低为目标构建电能替代技术下能源规划模型的目标函数。

具体的，目标函数计算方法如公式6所示：

min∑(C

其中，C

S3.根据所述目标函数和约束条件构建电能替代技术下低碳能源规划模型。

具体的，所述约束条件包括总量约束和电能替代设备约束，所述总量约束包括用电量平衡约束和冷量平衡约束，所述电能替代设备约束包括设备处出力约束和设备产能总量约束。

其中，用电量平衡约束为：

其中，

蓄能设备通过冷水机组将电能转化为冷量储存，因此，在电力平衡中没有蓄能设备。

由于本研究中的区域内发电仅供自用，因此，P

冷量平衡约束为：

P

其中，η

电能替代及其他设备约束如下：

因为任何设备都存在最大最小的出力范围，且存在启停状态，对于热电联产CHP的发电设备而言，t时刻的发电量与燃气消耗量之间有：

其中，γ

对于吸收式制冷机，有：

P

其中，P

由于CHP设备有固定的冷电比，所以有：

γ

对于电制冷机组，有：

其中，COP

对于免费供冷有：

其中，T

对于储能，有：

其中，W

在区域内进行需求侧低碳能源规划时要先根据用户的类型以及行业分类，按照需求侧的城乡居民生活、工农业生产、交通领域、建筑暖通四个领域，将低碳和环保效益与经济性相结合，进行终端能源需求分析，通过构建的考虑电能替代的区域需求侧低碳能源规划模型进行优化配置，得到电能替代背景下区域低碳能源规划的结果。

采用本发明实施例，通过构建电能替代技术下低碳能源规划目标函数，创新性地将需求侧能源利用过程中的低碳和环保效益与经济性相结合，建立了电能替代技术下区域需求侧低碳能源规划模型，能够同步求解得到碳排放的经济成本、污染物排放成本、设备初投资费用、区域年运行能源费用和区域设备维护费用综合成本最低的电能替代能源规划方案，得到电能替代背景下区域低碳能源规划的结果。

装置实施例一

根据本发明实施例，提供了一种电能替代技术下低碳能源规划模型构建装置，图2是本发明实施例的电能替代技术下低碳能源规划模型构建装置的示意图，如图2所示，根据本发明实施例的电能替代技术下低碳能源规划模型构建装置具体包括：

成本计算模块20：分别计算碳排放的经济成本、污染物排放成本、设备初投资费用、区域年运行能源费用和区域设备维护费用；

成本计算模块20在进行成本计算时需要先根据用户的行业及类型进行分类。

目标函数构建模块22：根据上述计算结果，以年运行成本最低为目标构建电能替代技术下能源规划模型的目标函数；

模型构建模块24：根据所述目标函数和约束条件构建电能替代技术下低碳能源规划模型。

本发明实施例是与上述方法实施例对应的系统实施例，各个模块的具体操作可以参照方法实施例的描述进行理解，在此不再赘述。

装置实施例二

本发明实施例提供一种电能替代技术下低碳能源规划模型构建设备，如图3所示，包括：存储器30、处理器32及存储在所述存储器30上并可在所述处理器32上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器32执行时实现如下方法步骤：

S1.分别计算碳排放的经济成本、污染物排放成本、设备初投资费用、区域年运行能源费用和区域设备维护费用。

具体的，碳排放的经济成本计算方法如公式1所示：

其中，

污染物排放成本计算方法如公式2所示：

C

其中，β表示排污征收额系数，CO

设备初投资费用计算方法如公式3所示：

其中，j为上述各种电能替代技术，PR

区域年运行能源费用计算方法如公式4所示：

C

其中，C

其中，燃气费用计算方法如公式4a所示：

其中，PR

年耗电费用由基本电费和电度电费组成：

基本电费有两种计量方式，一种按照变压器容量计算，一种按照用电最大有功功率计算：

按照变压器容量计算基本电费方法如公式4b所示：

其中，

按照用电最大有功功率计算基本电费的方法如公式4c所示：

其中，

电度电费计算方法如公式4d所示：

其中，

因此，按照变压器容量计算基本电费时年耗电费用如公式4e所示：

按照用电最大有功功率计算基本电费时年耗电费用如公式4f所示：

区域设备维护费用计算方法如公式5所示：

其中，α

S2.根据上述计算结果，以年运行成本最低为目标构建电能替代技术下能源规划模型的目标函数。

具体的，目标函数计算方法如公式6所示：

min∑(C

其中，C

S3.根据所述目标函数和约束条件构建电能替代技术下低碳能源规划模型。

具体的，所述约束条件包括总量约束和电能替代设备约束，所述总量约束包括用电量平衡约束和冷量平衡约束，所述电能替代设备约束包括设备处出力约束和设备产能总量约束。

其中，用电量平衡约束为：

其中，

蓄能设备通过冷水机组将电能转化为冷量储存，因此，在电力平衡中没有蓄能设备。

由于本研究中的区域内发电仅供自用，因此，P

冷量平衡约束为：

P

其中，η

电能替代及其他设备约束如下：

因为任何设备都存在最大最小的出力范围，且存在启停状态，对于热电联产CHP的发电设备而言，t时刻的发电量与燃气消耗量之间有：

其中，γ

对于吸收式制冷机，有：

P

其中，P

由于CHP设备有固定的冷电比，所以有：

γ

对于电制冷机组，有：

其中，COP

对于免费供冷有：

其中，T

对于储能，有：

其中，W

装置实施例三

本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有信息传输的实现程序，所述程序被处理器32执行时实现如下方法步骤：

S1.分别计算碳排放的经济成本、污染物排放成本、设备初投资费用、区域年运行能源费用和区域设备维护费用。

具体的，碳排放的经济成本计算方法如公式1所示：

其中，

污染物排放成本计算方法如公式2所示：

C

其中，β表示排污征收额系数，CO

设备初投资费用计算方法如公式3所示：

其中，j为上述各种电能替代技术，PR

区域年运行能源费用计算方法如公式4所示：

C

其中，C

其中，燃气费用计算方法如公式4a所示：

其中，PR

年耗电费用由基本电费和电度电费组成：

基本电费有两种计量方式，一种按照变压器容量计算，一种按照用电最大有功功率计算：

按照变压器容量计算基本电费方法如公式4b所示：

其中，

按照用电最大有功功率计算基本电费的方法如公式4c所示：

其中，

电度电费计算方法如公式4d所示：

其中，

因此，按照变压器容量计算基本电费时年耗电费用如公式4e所示：

按照用电最大有功功率计算基本电费时年耗电费用如公式4f所示：

区域设备维护费用计算方法如公式5所示：

其中，α

S2.根据上述计算结果，以年运行成本最低为目标构建电能替代技术下能源规划模型的目标函数。

具体的，目标函数计算方法如公式6所示：

min∑(C

其中，G

S3.根据所述目标函数和约束条件构建电能替代技术下低碳能源规划模型。

具体的，所述约束条件包括总量约束和电能替代设备约束，所述总量约束包括用电量平衡约束和冷量平衡约束，所述电能替代设备约束包括设备处出力约束和设备产能总量约束。

其中，用电量平衡约束为：

其中，

蓄能设备通过冷水机组将电能转化为冷量储存，因此，在电力平衡中没有蓄能设备。

由于本研究中的区域内发电仅供自用，因此，P

冷量平衡约束为：

P

其中，η

电能替代及其他设备约束如下：

因为任何设备都存在最大最小的出力范围，且存在启停状态，对于热电联产CHP的发电设备而言，t时刻的发电量与燃气消耗量之间有：

其中，γ

对于吸收式制冷机，有：

P

其中，P

由于CHP设备有固定的冷电比，所以有：

γ

对于电制冷机组，有：

其中，COP

对于免费供冷有：

其中，T

对于储能，有：

其中，W

本实施例所述计算机可读存储介质包括但不限于为：ROM、RAM、磁盘或光盘等。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。