论文总字数：31156字

摘 要

随着经济社会的飞速发展，能源供需矛盾日益尖锐，同时化石能源燃烧产生的污染性气体威胁着人类生存健康。如何减少环境污染、提高能源利用效率、实现能源可持续发展已成为全世界共同关注的焦点。在此背景下，综合能源系统(Integrated Energy System, IES)因其高效、环保的特点和实现多异质能源协调运行、互补互济的优势，越来越受到各国学者的重视。在系统规划方面，由于仅考虑经济性无法满足实际生产活动需求，多目标规划已逐渐成为研究重点；在能效评价方面，现有的研究大多以能源利用效率作为主要指标，无法有效改善能质(Energy Quality)浪费严重的状况。针对以上问题，本文重点研究了母线式综合能源系统建模与考虑多目标的系统规划，以及适用于多规划目标的系统评价指标体系。

首先建立了典型综合能源系统数学模型；其次以总费用最低和碳排放量最小为目标函数对系统进行多目标规划,得到最优配置；最后基于热力学定律和㶲分析理论，提出了以能源利用效率、㶲效率和㶲经济成本为指标的综合能源系统规划方案评估方法。结果表明，所提出的系统模型、规划及评价方法具有合理性。

关键词：综合能源系统，多目标规划，优化运行，㶲分析

ABSTRACT

With the rapid development of economy and society, the contradiction between energy supply and demand is increasingly acute. At the same time, the pollution gas produced by fossil energy combustion threatens the survival and health of human beings. How to reduce environmental pollution, improve energy efficiency and achieve sustainable energy development has become the focus of common concern around the world. Against this background, the integrated energy system has attracted more and more attention from scholars of various countries because of its characteristics of high efficiency and environmental protection, and the advantages of realizing multi-energy coordinated operation, complementary and mutually beneficial. In the aspect of optimizing operation, multi-objective programming has become the focus of research gradually because only considering economy cannot meet the needs of actual production activities; in the aspect of energy efficiency evaluation, most of the existing studies take energy efficiency as the main index, which cannot reduce the serious waste of energy waste effectively. In view of the above problems, the modeling of the bus-based integrated energy system and the multi-objective system planning, as well as the evaluation index system suitable for multi-objective optimization are mainly studied.

Firstly, a mathematical model of bus-structure for typical integrated energy system is established. Secondly, taking the minimum total cost and carbon emissions as objective functions, the system is multi-objective planned, and the optimal allocation is obtained. Finally, based on the thermodynamic law and exergy analysis theory, an evaluation method for integrated energy system planning scheme with energy, exergy and exergoeconomic as indicators is proposed.The result shows that the proposed system model, and the planning and evaluation method are reasonable.

KEY WORDS: integrated energy system, multi-objective programming, optimal operation, exergy analysis

目 录

第一章 绪论 1

1.1 课题研究背景 1

1.2 课题国内外研究现状 1

1.2.1 国外研究现状 1

1.2.2 国内研究现状 2

1.3 论文研究内容及意义 4

1.4 论文组织结构 5

第二章 典型综合能源系统建模 6

2.1 引言 6

2.2 综合能源典型设备单元及其建模 6

2.2.1 光伏发电数学模型 6

2.2.2 风力发电数学模型 7

2.2.3 制冷机数学模型 8

2.2.4 燃气轮机数学模型 8

2.3 综合能源系统母线式结构建模与母线平衡方程 8

2.4 本章小结 10

第三章 考虑经济性与环保性的综合能源系统多目标规划方法 11

3.1 引言 11

3.2 多目标规划方法 11

3.2.1 目标函数 11

3.2.2 约束条件 12

3.2.3 模型求解 13

3.3 算例分析 14

3.4 本章小结 19

第四章 基于㶲分析理论的综合能源系统规划方案评估方法 20

4.1 能和㶲 20

4.1.1 三种不同“质”的能 20

4.1.2 㶲 20

4.1.3 综合能源系统的输入输出能流和㶲流 20

4.2 规划方案能效评价指标 22

4.2.1 㶲效率 22

4.2.2 㶲经济成本 22

4.3 基于㶲分析的算例系统规划方案评估 23

4.4 考虑光伏的燃气轮机热电联产装置㶲分析 30

4.4.1 装置建模及原理 30

4.4.2 装置㶲效率分析 30

4.4.3 装置㶲经济成本分析 31

4.5 本章小结 32

第五章 总结与展望 33

5.1 总结 33

5.2 展望 34

参考文献 35

致 谢 37

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

人类社会的生存和发展离不开能源，随着现代经济社会的发展，人类对于能源的需求量逐年攀升，但煤炭、石油等传统的化石能源资源正在消耗殆尽，同时，化石燃料的燃烧也带来了日益严峻的环境污染问题。如何提高能源利用效率、减少环境污染、实现能源可持续发展已成为当今亟待解决的问题^[1]。

各类能源之间存在不同程度的耦合性，近年来，可再生能源技术和信息技术的发展进一步加强了这种耦合，以物联网为代表的新型互联网技术促进了能量流和信息流的双向互动，能源体系的变革在可再生能源技术与信息技术深度融合的基础上逐渐拉开序幕^[2-3]。基于此背景，美国经济学家Jeremy Rifkin在其著作《第三次工业革命》中首次提出了“能源互联网”(Energy Internet)的概念。

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