一种用能设备输出功率的规划方法及系统与流程

本申请涉及能源利用领域，尤其涉及一种用能设备输出功率的规划方法及系统。

背景技术：

随着工业化的不断推进,能源消费水平也不断提高，在急速增长的能源需求与日益减少的化石能源之间的供需矛盾的压力下,能源生产与消费模式需要变革,追求能源的高效利用至关重要。

目前主要可利用的能源包括：冷、热、电和气，这些能源被用户的用能设备利用，用能设备为用户提供冷能、热能和电能，所述用户为使用冷、热、电和气，这四种能源的终端，所述用能设备包括：热电联产机组、燃气锅炉、燃气轮机、电锅炉、热泵、电制冷用能设备和吸收式制冷机。而用能设备在满足用户供能需求的同时，会造成不必要的能源浪费，例如：一栋建筑需要热能，热由锅炉烧煤，天然气供暖，烧完后的尾气排放到大气中，由于尾气也含有高热能可以利用，因此造成热能浪费。

为了解决能源浪费的问题，在实际生产中，将浪费的能源，通过其它能源设备回收利用，例如：上述浪费的尾气可以用吸收式制冷机收集，并转换为冷能，进而来提升天然气的利用率。

而为了提升可利用能源的利用率，在现有技术中，通过对能源设备的输出功率进行规划，以满足用户负荷需求，例如：为了满足用户热负荷需求，需要对提供热能的用能设备的输出功率进行规划，使提供热能的用能设备提供适宜的输出功率，以此提升热能利用率，但是这种规划方法，只考虑了单一能源，未将冷热电气，这四种能源综合考虑，因此能源利用率并不高。

技术实现要素：

本申请提供了一种用能设备输出功率的规划方法及系统，旨在对用户用能设备的输出功率进行规划，综合考虑冷热电气，获取能源利用率最高的用能设备的输出功率。

本申请第一方面提供一种用能设备输出功率的规划方法，所述用能设备输出功率的规划方法包括：获取用能设备的历史能源消耗量、历史输出功率和用户负荷，所述用能设备包括：热电联产机组、燃气锅炉、燃气轮机、电锅炉、热泵、电制冷用能设备和吸收式制冷机，所述历史能源消耗量为天然气历史消耗量、热能历史消耗量和电能历史消耗量，所述用能设备历史输出功率为用能设备历史发电功率、用能设备历史产热功率和用能设备历史制冷功率，所述用户负荷包括：用户冷负荷、用户热负荷、用户电负荷和用户气负荷。

根据所述用能设备历史能源消耗量和所述用能设备历史输出功率，利用预先建立的能量转化模型，得到用能设备的历史产热效率、历史发电效率和历史能效系数。

根据所述历史能源消耗量、所述历史输出功率、所述产热效率、所述发电效率和所述能效比，利用预先建立的综合能源利用效率模型，得到综合能源利用效率。

根据所述用户负荷和所述综合能源利用效率，利用预先建立的用能设备综合能源模型，得到综合能源利用效率最大的任一用能设备的输出功率。

可选的，所述能量转化模型通过以下方式获得：

gc1为热电联产机组的天然气历史消耗量、pgt为热电联产机组的历史发电功率、hgt为热电联产机组的历史产热功率；gc2为燃气锅炉的天然气历史消耗量、hgb为燃气锅炉的历史产热功率；ec3为热泵历史电能消耗量、为热泵历史产热功率、为热泵历史制冷功率；hhr为吸收式制冷机的热能历史消耗量、hac为吸收式制冷机的历史制冷功率；为热电联产机组的历史发电效率、为热电联产机组的历史产热效率；η2为燃气锅炉的历史产热效率；为热泵在制热模式下γ＝1时的能效系数，为热泵在制冷模式下γ＝0时的能效系数；copac为吸收制冷机的能效系数。

可选的，所述能量转化模型，需要满足以下条件：

pee为电力配网提供的电负荷量，pgg为天然气配网提供的燃烧天然气负荷量，es为总电力消耗量，gs为总天然气消耗量，γ为0-1变量控制热泵的启停；el为输入的总电量、hl为输入的总热量、cl为输入的总冷能、gl为输入的总天然气量。

可选的，所述综合能源利用效率模型，通过以下方式获得：

η为单位时间内综合能源利用效率；3600每千瓦时所含的能量，单位千焦；35580为每立方米天然气所蕴含的能量，单位千焦。

可选的，所述用能设备综合能源模型包括：冷负荷模型、热负荷模型、电负荷模型和气负荷模型，所述综合能源模型通过以下方式获得：

冷负荷模型为：

qcold(t)为用户冷负荷，为所述用户冷负荷全部由电制冷用能设备提供时，所述电制冷用能设备的输出功率；为所述用户冷负荷全部由吸收式制冷机提供时，所述吸收式制冷机的输出功率；v1为电制冷用能设备的输出功率在用户冷负荷中的占比。

热负荷模型为：

v21(t)+v22(t)+v23(t)＝1

qheat(t)为用户热负荷，为所述热负荷全部由电锅炉提供时，所述电锅炉的输出功率；为所述用户热负荷全部由燃气锅炉提供时，所述燃气锅炉的输出功率；为所述用户热负荷全部由燃气轮机提供时，所述燃气轮机的输出功率；v21(t)为电锅炉的输出功率在用户热负荷中的占比，v22(t)为燃气锅炉的输出功率在用户热负荷中的占比，v23(t)为燃气轮机的输出功率在用户热负荷中的占比。

电负荷模型为：

qe(t)为用户电负荷，为用户电负荷全部由燃气轮机提供时，燃气轮机的输出功率，为用户电负荷全部由电制冷机提供时，电制冷机的输出功率，为用户电负荷全部由电锅炉提供时，电锅炉的输出功率，v3(t)为燃气轮机的输出功率在用户电负荷中的占比，0≤v3(t)≤1。

气负荷模型：

qgas(t)为用户气负荷，所述用户气负荷为可直接利用天然气的设备的总功率，psource(t)为天然气配网输入天然气的消耗量，为用户气负荷全部由燃气轮机提供时，燃气轮机的输出功率，ηgt表示为燃气轮机热效率，为用户气负荷全部由燃气锅炉提供时，燃气锅炉的输出热功率；ηgb表示燃气锅炉热效率；lhv为天然气的低位热值，lhv＝9.78kwh/m3。

本申请第二方面提供一种用能设备输出功率的规划系统，所述系统包括：获取模块，能量转化模块，能源利用效率模块，能源设备输出功率模块。

所述获取模块，用于获取所述用能设备历史能源消耗量、所述用能设备历史输出功率和所述用户负荷。

所述能量转化模块，用于根据所述用能设备历史能源消耗量和所述用能设备历史输出功率，利用预先建立的能量转化模型，得到用能设备的历史产热效率、历史发电效率和历史能效系数。

所述能量利用效率模块，用于根据所述历史能源消耗量、所述历史输出功率、所述产热效率、所述发电效率和所述能效比，利用预先建立的综合能源利用效率模型，得到综合能源利用效率。

所述能源设备输出功率模块，用于根据所述用户负荷和所述综合能源利用效率，利用预先建立的用能设备综合能源模型，得到综合能源利用效率最大的任一用能设备的输出功率。

可选的，所述能量转化模型通过以下方式获得：

gc1为热电联产机组的天然气历史消耗量、pgt为热电联产机组的历史发电功率、hgt为热电联产机组的历史产热功率；gc2为燃气锅炉的天然气历史消耗量、hgb为燃气锅炉的历史产热功率；ec3为热泵历史电能消耗量、为热泵历史产热功率、为热泵历史制冷功率；hhr为吸收式制冷机的热能历史消耗量、hac为吸收式制冷机的历史制冷功率；为热电联产机组的历史发电效率、为热电联产机组的历史产热效率；η2为燃气锅炉的历史产热效率为热泵在制热模式下γ＝1时的能效系数，为热泵在制冷模式下γ＝0时的能效系数；copac为吸收制冷机的能效系数。

可选的，所述能量转化模型，需要满足以下条件：

pee为电力配网提供的电负荷量，pgg为天然气配网提供的燃烧天然气负荷量，es为总电力消耗量，gs为总天然气消耗量，γ为0-1变量控制热泵的启停；el为输入的总电量、hl为输入的总热量、cl为输入的总冷能、gl为输入的总天然气量。

可选的，所述综合能源利用效率模型，通过以下方式获得：

η为单位时间内综合能源利用效率；3600每千瓦时所含的能量，单位千焦；35580为每立方米天然气所蕴含的能量，单位千焦。

可选的，所述用能设备综合能源模型包括：冷负荷模型、热负荷模型、电负荷模型和气负荷模型，所述综合能源模型通过以下方式获得：

冷负荷模型为：

qcold(t)为用户冷负荷，为所述用户冷负荷全部由电制冷用能设备提供时，所述电制冷用能设备的输出功率；为所述用户冷负荷全部由吸收式制冷机提供时，所述吸收式制冷机的输出功率；v1为电制冷用能设备的输出功率在用户冷负荷中的占比。

热负荷模型为：

v21(t)+v22(t)+v23(t)＝1

qheat(t)为用户热负荷，为所述热负荷全部由电锅炉提供时，所述电锅炉的输出功率；为所述用户热负荷全部由燃气锅炉提供时，所述燃气锅炉的输出功率；为所述用户热负荷全部由燃气轮机提供时，所述燃气轮机的输出功率；v21(t)为电锅炉的输出功率在用户热负荷中的占比，v22(t)为燃气锅炉的输出功率在用户热负荷中的占比，v23(t)为燃气轮机的输出功率在用户热负荷中的占比。

电负荷模型为：

qe(t)为用户电负荷，为用户电负荷全部由燃气轮机提供时，燃气轮机的输出功率，为用户电负荷全部由电制冷机提供时，电制冷机的输出功率，为用户电负荷全部由电锅炉提供时，电锅炉的输出功率，v3(t)为燃气轮机的输出功率在用户电负荷中的占比，0≤v3(t)≤1。

气负荷模型：

qgas(t)为用户气负荷，所述用户气负荷为可直接利用天然气的设备的总功率，psource(t)为天然气配网输入天然气的消耗量，为用户气负荷全部由燃气轮机提供时，燃气轮机的输出功率，ηgt表示为燃气轮机热效率，为用户气负荷全部由燃气锅炉提供时，燃气锅炉的输出热功率；ηgb表示燃气锅炉热效率；lhv为天然气的低位热值，lhv＝9.78kwh/m3。

由以上技术方案可知，本申请提供的一种用能设备输出功率的规划方法及系统，通过获取用能设备的历史能源消耗量、历史输出功率和用户负荷，利用预先建立的能量转化模型、综合能源利用效率模型和用能设备综合能源模型，得到用能设备的历史产热效率、历史发电效率和历史能效系数、综合能源利用效率和综合能源利用效率最大的任一用能设备的输出功率。本申请实现了最高能源利用效率下各用能设备输出功率的获取，并且综合考虑了冷热电气，四大能源因素，能源利用效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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为本申请实施例提供的用能设备输出功率的规划方法的流程图。

图2为本申请实施例提供的用能设备输出功率的规划系统的基本架构图。

图3为本申请实施例提供的用户用能设备的系统拓扑图。

具体实施方式

以下对本申请的具体实施方式进行详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

参见图1为本申请实施例提供的用能设备输出功率的规划方法的流程图。

本申请实施例第一方面提供一种用能设备输出功率的规划方法，所述用能设备输出功率的规划方法，包括：

s101，获取用能设备的历史能源消耗量、历史输出功率和用户负荷，所述用能设备包括：热电联产机组、燃气锅炉、燃气轮机、电锅炉、热泵、电制冷用能设备和吸收式制冷机，所述历史能源消耗量为天然气历史消耗量、热能历史消耗量和电能历史消耗量，所述用能设备历史输出功率为用能设备历史发电功率、用能设备历史产热功率和用能设备历史制冷功率，所述用户负荷包括：用户冷负荷、用户热负荷、用户电负荷和用户气负荷。

s102，根据所述用能设备历史能源消耗量和所述用能设备历史输出功率，利用预先建立的能量转化模型，得到用能设备的历史产热效率、历史发电效率和历史能效系数。

其中，所述能量转化模型通过以下方式获得：

gc1为热电联产机组的天然气历史消耗量、pgt为热电联产机组的历史发电功率、hgt为热电联产机组的历史产热功率；gc2为燃气锅炉的天然气历史消耗量、hgb为燃气锅炉的历史产热功率；ec3为热泵历史电能消耗量、为热泵历史产热功率、为热泵历史制冷功率；hhr为吸收式制冷机的热能历史消耗量、hac为吸收式制冷机的历史制冷功率；为热电联产机组的历史发电效率、为热电联产机组的历史产热效率；η2为燃气锅炉的历史产热效率；为热泵在制热模式下γ＝1时的能效系数，为热泵在制冷模式下γ＝0时的能效系数；copac为吸收制冷机的能效系数。

另外，所述能量转化模型，需要满足以下条件：

pee为电力配网提供的电负荷量，pgg为天然气配网提供的燃烧天然气负荷量，es为总电力消耗量，gs为总天然气消耗量，γ为0-1变量控制热泵的启停；el为输入的总电量、hl为输入的总热量、cl为输入的总冷能、gl为输入的总天然气量。

s103，根据所述历史能源消耗量、所述历史输出功率、所述产热效率、所述发电效率和所述能效比，利用预先建立的综合能源利用效率模型，得到综合能源利用效率。

其中，所述综合能源利用效率模型，通过以下方式获得：

η为单位时间内综合能源利用效率；3600每千瓦时所含的能量，单位千焦；35580为每立方米天然气所蕴含的能量，单位千焦。

参见图3，为本申请实施例提供的用户用能设备的系统拓扑图。

其中，pe为电负荷、ph为热负荷、pc为冷负荷、pg为气负荷。

s104，根据所述用户负荷和所述综合能源利用效率，利用预先建立的用能设备综合能源模型，得到综合能源利用效率最大的任一用能设备的输出功率。

其中，所述用能设备综合能源模型包括：冷负荷模型、热负荷模型、电负荷模型和气负荷模型，所述综合能源模型通过以下方式获得：

冷负荷模型为：

qcold(t)为用户冷负荷，为所述用户冷负荷全部由电制冷用能设备提供时，所述电制冷用能设备的输出功率；为所述用户冷负荷全部由吸收式制冷机提供时，所述吸收式制冷机的输出功率；v1为电制冷用能设备的输出功率在用户冷负荷中的占比。

热负荷模型为：

v21(t)+v22(t)+v23(t)＝1

qheat(t)为用户热负荷，为所述热负荷全部由电锅炉提供时，所述电锅炉的输出功率；为所述用户热负荷全部由燃气锅炉提供时，所述燃气锅炉的输出功率；为所述用户热负荷全部由燃气轮机提供时，所述燃气轮机的输出功率；v21(t)为电锅炉的输出功率在用户热负荷中的占比，v22(t)为燃气锅炉的输出功率在用户热负荷中的占比，v23(t)为燃气轮机的输出功率在用户热负荷中的占比。

电负荷模型为：

qe(t)为用户电负荷，为用户电负荷全部由燃气轮机提供时，燃气轮机的输出功率，为用户电负荷全部由电制冷机提供时，电制冷机的输出功率，为用户电负荷全部由电锅炉提供时，电锅炉的输出功率，v3(t)为燃气轮机的输出功率在用户电负荷中的占比，0≤v3(t)≤1。

气负荷模型为：

qgas(t)为用户气负荷，所述用户气负荷为可直接利用天然气的设备的总功率，psource(t)为天然气配网输入天然气的消耗量，为用户气负荷全部由燃气轮机提供时，燃气轮机的输出功率，ηgt表示为燃气轮机热效率，为用户气负荷全部由燃气锅炉提供时，燃气锅炉的输出热功率；ηgb表示燃气锅炉热效率；lhv为天然气的低位热值，lhv＝9.78kwh/m3。

由以上技术方案可知，本申请实施例提供一种用能设备输出功率的规划方法，通过获取用能设备的历史能源消耗量、历史输出功率和用户负荷，利用预先建立的能量转化模型、综合能源利用效率模型和用能设备综合能源模型，得到用能设备的历史产热效率、历史发电效率和历史能效系数、综合能源利用效率和综合能源利用效率最大的任一用能设备的输出功率。本申请实施例，综合考虑冷热电气这四种能源消耗要素，并结合用户的冷热电气这四种用户负荷，在满足用户负荷的同时，获取能源利用率最高的各用能设备的输出功率，实现了能源设备输出功率的规划。

参见图2，为本申请实施例提供的用能设备输出功率的规划系统的基本架构图。

本申请第二方面提供一种能设备输出功率的规划系统，所述系统包括：获取模块，能量转化模块，能源利用效率模块，能源设备输出功率模块。

所述获取模块，用于获取所述用能设备历史能源消耗量、所述用能设备历史输出功率和所述用户负荷。

所述能量转化模块，用于根据所述用能设备历史能源消耗量和所述用能设备历史输出功率，利用预先建立的能量转化模型，得到用能设备的历史产热效率、历史发电效率和历史能效系数。

所述能量利用效率模块，用于根据所述历史能源消耗量、所述历史输出功率、所述产热效率、所述发电效率和所述能效比，利用预先建立的综合能源利用效率模型，得到综合能源利用效率。

所述能源设备输出功率模块，用于根据所述用户负荷和所述综合能源利用效率，利用预先建立的用能设备综合能源模型，得到综合能源利用效率最大的任一用能设备的输出功率。

其中，所述能量转化模型通过以下方式获得：

gc1为热电联产机组的天然气历史消耗量、pgt为热电联产机组的历史发电功率、hgt为热电联产机组的历史产热功率；gc2为燃气锅炉的天然气历史消耗量、hgb为燃气锅炉的历史产热功率；ec3为热泵历史电能消耗量、为热泵历史产热功率、为热泵历史制冷功率；hhr为吸收式制冷机的热能历史消耗量、hac为吸收式制冷机的历史制冷功率；为热电联产机组的历史发电效率、为热电联产机组的历史产热效率；η2为燃气锅炉的历史产热效率；为热泵在制热模式下γ＝1时的能效系数，为热泵在制冷模式下γ＝0时的能效系数；copac为吸收制冷机的能效系数。

另外，所述能量转化模型，需要满足以下条件：

pee为电力配网提供的电负荷量，pgg为天然气配网提供的燃烧天然气负荷量，es为总电力消耗量，gs为总天然气消耗量，γ为0-1变量控制热泵的启停；el为输入的总电量、hl为输入的总热量、cl为输入的总冷能、gl为输入的总天然气量。

其中，所述综合能源利用效率模型，通过以下方式获得：

η为单位时间内综合能源利用效率；3600每千瓦时所含的能量，单位千焦；35580为每立方米天然气所蕴含的能量，单位千焦。

其中，所述用能设备综合能源模型包括：冷负荷模型、热负荷模型、电负荷模型和气负荷模型，所述综合能源模型通过以下方式获得：

所述冷负荷模型为：

qcold(t)为用户冷负荷，为所述用户冷负荷全部由电制冷用能设备提供时，所述电制冷用能设备的输出功率；为所述用户冷负荷全部由吸收式制冷机提供时，所述吸收式制冷机的输出功率；v1为电制冷用能设备的输出功率在用户冷负荷中的占比。

所述热负荷模型为：

v21(t)+v22(t)+v23(t)＝1

qheat(t)为用户热负荷，为所述热负荷全部由电锅炉提供时，所述电锅炉的输出功率；为所述用户热负荷全部由燃气锅炉提供时，所述燃气锅炉的输出功率；为所述用户热负荷全部由燃气轮机提供时，所述燃气轮机的输出功率；v21(t)为电锅炉的输出功率在用户热负荷中的占比，v22(t)为燃气锅炉的输出功率在用户热负荷中的占比，v23(t)为燃气轮机的输出功率在用户热负荷中的占比。

所述电负荷模型为：

qe(t)为用户电负荷，为用户电负荷全部由燃气轮机提供时，燃气轮机的输出功率，为用户电负荷全部由电制冷机提供时，电制冷机的输出功率，为用户电负荷全部由电锅炉提供时，电锅炉的输出功率，v3(t)为燃气轮机的输出功率在用户电负荷中的占比，0≤v3(t)≤1。

所述气负荷模型为：

qgas(t)为用户气负荷，所述用户气负荷为可直接利用天然气的设备的总功率，psource(t)为天然气配网输入天然气的消耗量，为用户气负荷全部由燃气轮机提供时，燃气轮机的输出功率，ηgt表示为燃气轮机热效率，为用户气负荷全部由燃气锅炉提供时，燃气锅炉的输出热功率；ηgb表示燃气锅炉热效率；lhv为天然气的低位热值，lhv＝9.78kwh/m3。

将所述用能设备历史能源消耗量、所述用能设备历史输出功率和所述用户负荷输入所述获取模块，所述获取模块将所述用能设备历史能源消耗量和用能设备所述历史输出功率，传输至所述能量转化模块，并利用所述能量转化模型，得到所述历史产热效率、所述历史发电效率和所述历史能效系数；所述获取模块将所述用能设备历史能源消耗量和所述用能设备历史输出功率传输至所述能量利用效率模块，所述能量转化模块将所述历史产热效率、所述历史发电效率和所述历史能效系数传输至所述能量利用效率模块，并利用所述综合能源利用效率模型，得到所述综合能源利用效率；所述获取模块将所述用户负荷传输至所述能源设备输出功率模块，所述能源设备输出功率模块，同时接收到所述能量利用效率模块传输的所述综合能源利用效率，并利用所述用能设备综合能源模型，输出综合能源利用效率最大的任一用能设备的输出功率。

由以上技术方案可知，本申请实施例提供的一种能设备输出功率的规划方法及系统，通过获取用能设备的历史能源消耗量、历史输出功率和用户负荷，利用预先建立的能量转化模型、综合能源利用效率模型和用能设备综合能源模型，得到用能设备的历史产热效率、历史发电效率和历史能效系数、综合能源利用效率和综合能源利用效率最大的任一用能设备的输出功率。本申请实施例，综合考虑了用户终端用能设备所消耗的能源为冷热电气四种能源，并在满足用户冷热电气四种负荷的同时，结合冷热电气四种能源之间的相互转化特性，获取能源利用率最高的任一用能设备的输出功率，克服了现有技术中，只考虑单一能源的缺陷。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。