利索能及
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专利号: 202210522285X
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-01
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种含垃圾水热处理的综合能源系统优化调度的方法,其特征在于:获取第一初始参数、第二初始参数和第三初始参数;依据所述第一初始参数,以垃圾日产日清、设备容量、仓库存储为约束条件构建垃圾水热处理模型;依据所述第二初始参数,以功率平衡、设备出力、设备爬坡、设备启停、储能设备、购能为约束条件建立综合能源系统各设备模型,其中,各设备模型包括垃圾处理单元模型、燃气轮机模型、燃气锅炉模型、吸收式制冷机模型、电制冷机模型、电转气设备模型和储能装置模型;依据所述第三初始参数以系统总运行成本最小为目标,以各设备出力为决策变量建立目标函数,依据所述各设备模型及目标函数进行优化调度,得到最优结果;

其中,所述第一初始参数包括湿垃圾含固率、水热反应转化率、处理单位固体垃圾水热反应辅助设备耗电量、处理单位固体垃圾水热反应反应釜耗热量、处理单位固体垃圾水热反应干燥耗热量、反应釜电热转换系数、人数、人均日产湿垃圾量、人均日产干垃圾量、焚烧炉容量、反应釜容量、仓库容量;

所述第二初始参数包括水热焦热值、干垃圾热值、焚烧炉热效率、汽轮机发电效率、汽轮机发热效率、垃圾单元厂用电、燃气轮机发电效率、燃气轮机发热效率、燃气锅炉发热效率、吸收式制冷机的制冷系数、电制冷机的制冷系数、电转气效率、甲烷热值、储能设备自损失系数、储能设备充能效率、储能设备放能效率、时间步长、用户用电负荷、用户用热负荷、用户用冷负荷、风电预测出力、光伏预测出力、各设备出力上下限、各设备爬坡上下限、各设备最小启停时间、储能设备最大充放量、储能设备容量、每时刻最大购电量、每时刻最大购气量;

所述第三初始参数包括购电电价、购气气价、购二氧化碳价、各设备维护成本、各设备启停成本、碳税、弃风惩罚成本、弃光惩罚成本、处理单位干垃圾维护成本、处理单位湿垃圾维护成本、干垃圾滤液产生率、单位滤液处理成本、湿垃圾含油率、油脂回收率、售油价。

2.根据权利要求1所述的一种含垃圾水热处理的综合能源系统优化调度的方法,其特征在于:所述水热处理的模型及约束条件为:水热处理模型为:

其中,mwet(t)、mHTC(t)、mchar(t)、ms(t)、 分别为t时刻湿垃圾处理量、水热反应生成水热焦量、水热焦焚烧量、仓库存储量、水热反应耗电量、水热反应耗热量,σTS为湿垃圾含固率,ηHTC为水热焦产率, 为水热反应中辅助设备耗电量,ηeh为反应釜的热电转换系数, 分别为处理单位固体垃圾反应釜耗热量和干燥耗热量;

约束条件为:

其中,np为人数,mwet、mdry分别为人均日产湿垃圾量、干垃圾量, 为焚烧炉最大容量,为反应釜水热焦最大生成量, 为t时刻仓库水热焦最大转移量, 为仓库最大容量,ms(0)、ms(T)分别为初末时刻仓库的水热焦储量。

3.根据权利要求2所述的一种含垃圾水热处理的综合能源系统优化调度的方法,其特征在于:所述综合能源系统各设备模型及约束条件为:各设备模型分别为:

垃圾处理单元模型:

其中, mdry(t)分别为t时刻垃圾处理单元输入电能、输出电能、输出热能、干垃圾焚烧量,LHVchar、LHVdry为水热焦、干垃圾的热值,ηinc为焚烧炉的发热效率, 分别为汽轮机的发电效率、发热效率,λwtu为厂用电;

燃气轮机模型:

其中Pgt,in(t)、Pgt,e(t)、Pgt,h(t)分别为t时刻燃气轮机的输入气功率、输出电功率、输出热功率,ηgt,e、ηgt,h分别为燃气轮机的发电效率、发热效率;

燃气锅炉模型:

Pgb,h(t)=ηgbPgb,in(t)

其中Pgb,in(t)、Pgb,h(t)分别为t时刻燃气锅炉的输入气功率、输出热功率,ηgb为燃气锅炉的发热效率;

吸收式制冷机模型:

Pac(t)=COPacPac,in(t)

其中,Pac,in(t)、Pac(t)分别为t时刻吸收式制冷机的输入热功率、输出电功率,COPac为吸收式制冷机的制冷系数;

电制冷机模型:

Pec(t)=COPecPec,in(t)

其中,Pec,in(t)、Pec(t)分别为t时刻电制冷机的输入电功率、输出冷功率,COPec为电制冷机的制冷系数;

电转气设备模型:

其中,Pptg,in(t)、 分别为t时刻电转气设备的输入电功率、输出气功率、生成天然气的体积,ηptg为电转气效率, 为甲烷的热值;

储能装置模型:

其中, 分别为t时刻储能设备的储能量、充能量、放能量,x为能源种类,表示电、热, 分别为储能设备的自损率、充能效率、放能效率,Δt为时间步长,1h;

约束条件为:

功率平衡约束:

其中,Le(t)、Lh(t)、Lc(t)、Pegrid(t)、Pggrid(t)、Ppv(t)、Pwt(t)分别为t时刻用户电负荷、用户热负荷、用户冷负荷、电网购电量、气网购气量、风力实际出力、光伏实际出力;

设备出力约束:

其中, 分别为燃气轮机发电上下限, 分别为燃气锅炉的发热上下限, 分别为吸收式制冷机的制冷上下限, 分别为电制冷机的制冷上下限, 分别为电转气设备输入电功率上下限, 分别为t时刻风力预测出力、光伏预测出力, 分别为垃圾单元发电上下限;

设备爬坡约束:

其中,k表示设备种类,表示燃气轮机、燃气锅炉、汽轮机, 分别为设备的上爬坡上限和下爬坡上限;

设备启停约束:

其中,k表示设备种类,表示燃气轮机、燃气锅炉、汽轮机,αk(t)、αk(t‑1)表示设备在t时刻和t‑1时刻的启停状态, 分别表示设备在t‑1之前的连续开机时间、连续停机时间, 分别为设备最小开机时间、最小关机时间;

储能设备模型:

其中,ξx(t)为t时刻储能设备的充放状态,1表示充能,0表示放能, 表示储能设备充放功率的上限, 为储能设备的能量存储上下限, 为初末时刻储能设备的存量;

购能约束:

其中, 分别为t时刻的购电量上限、购气量上限。

4.根据权利要求3所述的一种含垃圾水热处理的综合能源系统优化调度的方法,其特征在于:所述目标函数为:其中,Ctr、Cop、Cem、Csource、Cwtu、Com、Clea、Coil分别为购能成本、设备维护成本、二氧化碳排放成本、弃风弃光惩罚成本、垃圾处理成本、垃圾维护成本、垃圾滤液处理成本、垃圾售油收益,αe、αg、 分别为购电价、购气价、购买二氧化碳价格,δk为设备维护成本,ρk为设备启停成本, 为碳税, 为t时刻购电量、购气量对应的碳排放量,为电转气设备和垃圾处理单元对应的碳减排量,αwt、αpv为弃风、弃光成本;

垃圾处理成本为:

其中,ρom1、ρom2分别为处理单位干垃圾的维护成本、处理单位湿垃圾的维护成本, 为干垃圾的滤液产生率,ρlea为单位滤液处理成本,σoil为垃圾含油率,ηoil为油脂回收率,ρoil为售油价;

碳排放量为:

其中, 分别为单位购电量碳排放因子、单位购气量

碳排放因子、标准煤碳排放因子、水热焦碳排放因子、干垃圾碳排放因子, 为标况下甲烷摩尔体积, 为标况下的二氧化碳的摩尔质量,LHVstc为标准煤热值。

5.根据权利要求4所述的一种含垃圾水热处理的综合能源系统优化调度的方法,其特征在于:所述依据所述各设备模型及目标函数进行优化调度的具体方法为:由所建模型和约束条件可知,构建的含垃圾水热处理的综合能源系统优化调度模型包含连续变量和整数变量,为混合整数线性规划问题,采用内嵌于matlab软件的YALMIP建模工具包编写程序,调用求解器CPLEX进行模型求解。