[发明专利]一种氢能支撑的零能耗建筑供能系统规划方法

说明书

本发明提供一种氢能支撑的零能耗建筑供能系统规划方法，包括：围绕零能耗建筑设计要求，定义“零能耗建筑供能系统”并分析其特征；基于此构建了典型应用场景下氢能支撑的供能系统基本结构，制定了包含12种工况模式的运行策略；以全寿命周期成本最少、供能系统所需建设面积最小为优化目标建立多目标规划模型，并以功率平衡约束、出力上下限约束、储氢约束、负荷缺电率约束、新能源持续发展约束等作为约束条件，针对所提规划模型应用NSGA‑II算法进行求解；采用Topsis方法筛选了Pareto解集中不同规划偏好下的最优方案。本发明内部结构清晰，供能清洁可靠，提出了一套可复制、可借鉴的零能耗建筑供能系统规划方案。

技术领域

本发明属于电力系统规划领域，具体涉及一种氢能支撑的零能耗建筑供能系统规划方法。

背景技术

在国家战略目标下，转变传统能源产能结构过剩现象、加速推进能源清洁替代是我国能源转型的必然趋势。

零能耗建筑并非不耗能，而是对传统能源的消耗为零。零能耗建筑的实现需要依据“两步走”方针，一为“节流”，二为“开源”。其中，“开源”即可再生能源的利用，这也是实现建筑零能耗的根本手段。

风能和太阳能是目前应用最广泛、技术最成熟的可再生能源。风力发电具有反调峰特性，是一种不可控的波动性电源。光伏发电昼发夜停，且受气候影响较大，是一种不可控的间歇性电源，但其发电趋势与居住建筑负荷需求有一定的匹配性。风力和光伏发电存在季节性变化和时空分布差异，合理利用风、光的互补特性，能够平衡四季能源供应能力，降低可再生能源供能总成本。氢能近年来获得越来越广泛地关注，以可再生电力制取的“绿氢”是实现节能减排的重要手段。大量的研究表明，可再生能源制氢提高了能源利用效率，弥补了可再生能发电不稳定、不连续的缺陷，通过能量的存储、转换减轻了可再生能源弃电问题，是未来发展的必由之路。氢能作为与可再生能源相连的重要纽带，能够实现风力、光伏发电的友好接入。风光氢耦合供能技术目前已有一定研究。然而目前研究中，考虑到供能系统的经济性和供能可靠性，离网百分百清洁能源供应的系统研究较少；供能系统的优化中多把最小化总成本、最小化能源污染、最小化缺电率、最小化可再生能源利用率其中的一个或几个作为优化目标，很少考虑供能系统的尺寸规模影响，或仅设置单一类型设备尺寸上限作为约束条件，规划结果不能与实际建设需要有效匹配。此外，大多数国家对零能耗建筑相关定义未进行全寿命周期的考虑，多以一年为周期进行研究，简洁高效却不符合建筑供能系统的使用年限。同时，国内对零能耗建筑相关研究多集中于主动、被动节能设计，对供能系统的设计和规划鲜少研究。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种氢能支撑的零能耗建筑供能系统规划方法。本发明利用百分百清洁能源供能，提供了一套可复制、可借鉴的零能耗建筑供能系统规划方案。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种氢能支撑的零能耗建筑供能系统规划方法，具体包括如下步骤：

步骤一，定义零能耗建筑供能系统；

步骤二，构建氢能支撑的零能耗建筑供能系统基本结构；

步骤三，提出氢能支撑的零能耗建筑供能系统运行模式；

步骤四，设立氢能支撑的零能耗建筑供能系统规划模型多目标函数；

步骤五，设立氢能支撑的零能耗建筑供能系统规划模型约束条件；

步骤六，求解氢能支撑的零能耗建筑供能系统规划模型；

步骤七，构建基于Topsis的多目标规划方案决策模型。

进一步地，所述步骤一中的零能耗建筑供能系统定义为：应用可再生能源互补利用技术、储能技术，为完成节能设计的建筑长期、独立地提供清洁能源供应，且全寿命周期清洁能量供应大于或者等于建筑能量消耗的供能系统。