[发明专利]基于综合枢纽集成化能源模型的能源系统优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种能源系统优化方法，尤其是涉及一种基于综合枢纽集成化能源模型的能源系统优化方法。

背景技术

自从上世纪70年代初，随着能源供应安全问题受到各石油进口国的高度重视，诞生了一系列用来分析和研究各类能源系统及其子系统的能源模型。随着能源模型在社会经济领域的逐步推广和深入应用，目前，能源模型已经成为能源供需预测、能源系统规划、能源环境政策制定的重要手段。基于能源问题的不同特点，众多类型的能源模型相继提出。从建模方法角度，现有能源模型分为自底向上模型(Bottom-up model)、自顶向下模型(Top-down model)和混合模型(hybrid model)。自底向上能源模型从工程学的角度注重能源技术的研究，它用来分析住宅、服务、工业、运输、电力、精细化工和煤气加工行业中的能源需求问题。自底向上能源模型的典型代表是MARKAL(Market Allocation)模型。MARKAL用来仿真区域能源系统，也可以用作小规模的能源分析与优化，它是寻找满足一定能源需求的成本最低的能源生产方法及过程。自顶向下能源模型从计量经济学的角度分析各种宏观经济因素与能源系统之间的相互作用。它将能源系统作为经济中的一个子系统，研究它与其它经济子系统的相互影响。相对于自底向上能源模型，它补充了能源需求及能源政策对宏观经济参数的影响。自顶向下能源模型的典型代表是ETA-MACRO模型，该模型提供一个宏观经济方法描述能源-经济相互作用及改变这种作用的成本。自底向上与自顶向下可以结合使用生成混合模型，其典型代表为MARKAL-MACRO模型。它用来评估能源使用对环境影响的相关政策，采用非线性的优化方法解决能源成本、消费和投资问题，也可以用来解决能源-气候问题。其它相关的能源模型还有国家能源建模系统(NEMS，the National Energy Modeling System)，该模型用来预测能源、经济、环境和安全对美国能源政策以及各种能源市场假设的影响。我国对能源建模的研究起步较晚，在过去20年中，一些研究中国能源、经济和环境问题的专家和学者一般都采用国外的能源模型，或以此为基础进行部分改进，用于能源系统分析研究。

自底向上模型从工程角度，将技术要素作为能源活动的主体，探讨了能源技术的应用、发展及其进步对能源、经济和环境的潜在作用，为帮助决策者合理选择和应用技术提供了分析手段。由于该类模型可以为能源环境政策的制定提供详细的决策依据，因此成为各个国家、各个区域进行能源系统规划和环境控制相关决策的重要方法。随着能源资源的逐步匮乏和环境问题的日益加剧，各种能源环境政策相继出台，如何准确、科学、合理地分析这些政策的未来效用，对自底向上能源模型的进一步发展提出了严峻的挑战。随着多能源载体基础设施建设的范围不断扩大，以及多元化新型能源技术的快速发展，传统自底向上能源模型在描述和分析网络化多载体能源系统方面存在缺陷，面向多载体类型的能源系统建模方法引起了人们的关注，相继出现了以“基本单元(Basic units)”，“微电网(Micro grids)”，“混杂能源枢纽(Hybrid energy hub)”和“能源枢纽(Energy hub)”为基本概念的能源模型。其中，“能源枢纽”成为该领域的主要代表，它描述了能源系统中的一个基本输入-输出单元，它具有能源存储和转换功能。基于能源枢纽的能源系统网络流模型已被众多学者所接受，并以此为基础展开了一系列多载体能源系统的分析与优化研究。现有的面向多载体类型的能源系统建模方法主要立足于电网、热网、天然气管网等不同能源载体子系统在能源转换、传输和消耗行为之间的耦合关系，研究范畴仍局限在能源系统内部。随着能源、经济和环境之间相互影响作用的日益加剧，能源系统的研究范畴逐渐扩展至与经济系统和环境系统之间的交互问题。除了多载体能源子系统之间的耦合关系之外，能源系统与污染物排放、产品生产之间也存在紧密的关联。能源开发、存储、运输、转化、分配、消费等各项活动都是围绕产品的生产需求而展开。能源活动是产生排放的来源，同时，通过余热回收和生物质能燃烧等新型能源技术的发展，排放物可以转化为再利用的能源资源。可以说，能源系统分析不能独立于排放和产品生产要素，必须建立面向能源、物料、排放协同作用的集成化能源系统模型。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种全面性高、模型建模过程简单灵活的基于综合枢纽集成化能源模型的能源系统优化方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于综合枢纽集成化能源模型的能源系统优化方法，包括以下步骤：