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浙江大学钟崴等:基于模型的综合能源系统工程规划设计方法

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【论文推荐】浙江大学钟崴等:基于模型的综合能源系统工程规划设计方法

基于模型的综合能源系统工程规划设计方法

钟崴1,2,王丽腾1,赵宏飞1,戴哲1,林小杰1,3,俞自涛1

1.浙江大学能源工程学院;2.浙江大学上海高等研究院;3.浙江大学嘉兴研究院

文章导读

综合能源系统作为能源领域实现新发展阶段的重要途径,随着各类技术的推广得以飞速发展。目前针对单一能源系统的设计方法难以直接用于综合能源系统的规划设计,难以满足未来能源系统的多元化、低碳化转型需求,为此本文借鉴系统工程理论中的基于模型的系统工程(MBSE)概念,从MBSE在我国其他行业的实践应用出发,提出采用MBSE的综合能源规划路线。指导面向新一代能源系统的规划设计。

研究成果

1

基于系统工程理论,采用系统工程的V字模型,围绕数据分析、优化规划和综合评价,设计了能源行业采用MBSE的规划技术路线及设计流程。

2

完成模型构建后采用统一的建模语言进行分析与测试,得到规定评价指标下的评价结果。依托数字孪生模型最终获取期望的工业园区综合能源系统规划方案。

主要内容

图1展示了采用MBSE的综合能源系统规划技术路线。总体围绕数据分析、优化规划和综合评价三个环节展开。数据分析主要包括供热制冷负荷模拟计算、根据区域可用能源资源分析、当前能源系统运行场景分析,完成后需要对每一个能源子系统进行设计,确定供能方式和供能网络,结合实际参数进行外推拟合。通过多个子系统仿真模型的整合,来达到数字孪生的目标。完成模型的构建后,进行能源系统的综合评价即集成测试,用统一的建模语言进行软件分析与测试,得到规定评价指标下的评价结果,满足需求方的需求后即可完成验收确认,交付运行。

⬆ 图1 采用MBSE的综合能源系统规划技术路线

支撑综合能源系统规划设计的平台见图2,通过各层级信息的综合,构建数字孪生模型。最终,在规划主体层面,这一主体可以是经济性、可再生能源消纳、安全性、全生命周期的碳排放等各类模型。这一规划可以通过调用算法服务,依托数字孪生模型开展,最终获取期望的工业园区综合能源系统规划方案。

⬆ 图2 综合能源系统规划设计平台系统架构

在杭州某医药港产业小镇的综合能源规划过程中,二期规划需要结合当地的产业转型,实现部分企业的退出与新企业入住,并对一期规划中无法满足当前需求的设备容量配置进行优化升级。第一期中,涉及到选址、设备容量、可再生能源消纳方式的设计。在第二期规划中,则进一步涉及到设备容量的置换与更新、储能储热设备的设计以及伴随产业变化的用能点的重新设计和布局。通过建立数字孪生模型,在以经济成本和碳排放多目标规划的最优解集中方案选取,实现了规划主体决策方的主观择优,满足主体在不同阶段对于经济性和碳排放的不同偏好需求,最终实现了规划期内的总投资收益率和减排量的提升,具备45%以上,可达55%的总体循环能源利用率,同时实现了面向10个重要能源用户进行了多能源选址寻优,验证了MBSE综合能源系统工程规划设计方法的有效性和可用性。

本文引文信息

钟崴,王丽腾,林小杰等. 基于模型的综合能源系统工程规划设计方法[J]. 全球能源互联网,2022,5(4):365-373.

ZHONG Wei, WANG Liteng, LIN Xiaojie, et al. Model-based planning and design method of integrated energy systems[J]. Journal of Global Energy Interconnection, 2022, 5(4): 365-373 (in Chinese)

 研究团队

浙江大学智慧能源系统实验室从事智慧能源系统工程、复杂热工水力系统建模与仿真、热力系统工程、智慧能源技术等热能动力工程与信息技术交叉领域理论与技术研究。在智慧城市供热系统优化调控、区域综合能源系统调控、电站及工业锅炉性能设计计算等工程应用技术有系列自主创新成果。近五年,承担国家重点研发计划、国家自然科学基金等纵向项目和横向委托科研项目合计30余项。

作者简介

钟崴

教授

主要从事智慧城市供热系统优化调控、智慧能源系统工程应用研究工作。

E-mail:

zhongw@zju.edu.cn

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王丽腾

博士研究生

主要从事综合能源系统规划设计研究工作。

E-mail:

liteng_wang@zju.edu.cn

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赵宏飞

硕士研究生

主要从事工业园区碳排放评价及规划方法研究工作。

E-mail:

zhfei@zju.edu.cn

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戴哲

硕士研究生

主要从事工业园区蒸汽供热系统优化方法研究工作。

E-mail:

879545984@qq.com

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林小杰

副研究员

主要从事智慧城市多能互补供热系统及综合能源系统优化调度技术研究工作。

E-mail:

xiaojie.lin@zju.edu.cn

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俞自涛

教授

主要从事高性能传热元件和先进传热流体的强化传热理论研究工作。

E-mail:

yuzitao@zju.edu.cn

编辑:张鹏

审核:周舟

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