能耗傳遞模型及基于該模型的公共機(jī)構(gòu)能源利用分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種能源優(yōu)化管理方法。特別是涉及一種能耗傳遞模型及基于該模型 的公共機(jī)構(gòu)能源利用分析方法
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著全球能源危機(jī)的加劇，節(jié)能已成為人類社會(huì)發(fā)展必須面對(duì)的問(wèn)題。我國(guó)的能 源情況并不樂(lè)觀，一方面能源儲(chǔ)量不足，人均資源量非常有限；另一方面能源消耗大，能源 利用效率低下。隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的推進(jìn)，公共機(jī)構(gòu)的建筑能耗問(wèn)題已成為我國(guó)能耗結(jié) 構(gòu)中的一個(gè)重要組成部分。如何有效提升公共機(jī)構(gòu)的能源利用效率，成為備受關(guān)注的重要 問(wèn)題和技術(shù)難點(diǎn)。
[0003] 目前在公共機(jī)構(gòu)能源利用效率方面的研宄大致可分為兩類。一類是針對(duì)公共機(jī)構(gòu) 的某一種或多種能耗最大的負(fù)荷（如空調(diào)負(fù)荷）進(jìn)行深入分析，挖掘節(jié)能技術(shù)和手段；另一 類是針對(duì)某一種具體的公共機(jī)構(gòu)（如醫(yī)院、商場(chǎng)）進(jìn)行節(jié)能分析。缺乏從能量輸入和能量 利用的整個(gè)能量流動(dòng)過(guò)程出發(fā)的公共機(jī)構(gòu)能源利用分析。因此，迫切需要對(duì)公共機(jī)構(gòu)的能 源利用進(jìn)行深入研宄，構(gòu)建涵蓋整個(gè)能量流動(dòng)過(guò)程的能耗傳遞模型，并基于該模型提出一 種新的公共機(jī)構(gòu)能源利用分析方法，從而為公共機(jī)構(gòu)的能源利用效率提升和能源優(yōu)化管理 提供理論基礎(chǔ)。
[0004] 綜上所述，構(gòu)建能耗傳遞模型及基于該模型的公共機(jī)構(gòu)能源利用分析方法，是亟 待解決的實(shí)際問(wèn)題，具有良好的理論價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種能夠?yàn)楣矙C(jī)構(gòu)能源的全局優(yōu)化利用提 供支撐，有利于提升公共機(jī)構(gòu)能源優(yōu)化管理水平的能耗傳遞模型及基于該模型的公共機(jī)構(gòu) 能源利用分析方法。
[0006] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種能耗傳遞模型，包括，能量輸入、能量損耗和能 量消耗三部分，所述的能量輸入是向公共機(jī)構(gòu)輸入的多種類型的能源E1;所述的能量損耗 是輸入的能源在梯級(jí)利用時(shí)的損耗^，所述的能量消耗是輸入的能源在公共機(jī)構(gòu)中各終端 負(fù)荷的能量流動(dòng)E。，其中：
[0007] E1=Ec+El (1)。
[0008] 所述的能量輸入包括有電網(wǎng)供電、分布式電源和化石燃料，表示為：
[0009] E1=Ep+ED+EF (2)
[0010] 式中，Ep表不電網(wǎng)輸入，E肩不分布式電源輸入，E廣不化石燃料能源輸入。
[0011] 所述的分布式電源包括有風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電。
[0012] 所述的能量損耗包括網(wǎng)級(jí)損耗、饋線級(jí)損耗和配變級(jí)損耗，表示為：
_4] 式中，Ejj= 1，2, ???，]!，其中，Ej表示能量在不同層級(jí)不同元件的損耗，j表示元 件編號(hào)，n表示元件數(shù)量，所述的網(wǎng)級(jí)損耗包括有線路損耗，所述的饋線級(jí)損耗和配變級(jí)損 耗均包括線路損耗和變壓器損耗。
[0015] 所述的線路損耗是能量輸入流經(jīng)導(dǎo)線時(shí)以熱能形式散發(fā)的功率損失，計(jì)算公式見(jiàn) 式如下：
[0017] 式中，AP表示線路損耗，P、Q分別為流經(jīng)路線的有功功率和無(wú)功功率；U為路線 上與P、Q同一點(diǎn)測(cè)得的電壓；R為線路的電阻，與導(dǎo)線的截面、導(dǎo)線的材料和線路的長(zhǎng)度有 關(guān)。
[0018] 所述的變壓器損耗是指電能流經(jīng)變壓器時(shí)以熱能形式散發(fā)的功率損耗，計(jì)算公式 如下：
[0019] APT=PFe+Pcu=P〇+02Pk (6)
[0020] 式中，APt表示變壓器損耗，PFe為鐵損，Peu為銅損，PC1為空載損耗，PK為額定負(fù)載 損耗，e為平均負(fù)載系數(shù)。
[0021] 所述的能量消耗中的各終端負(fù)荷的能量流動(dòng)E。表示為：
[0023] 式中，Eii= 1，2,…，m，其中，Ei表示能量在各終端負(fù)荷的消耗，i表示終端負(fù)荷 編號(hào)，m表示終端負(fù)荷數(shù)量。
[0024] 一種基于能耗傳遞模型的公共機(jī)構(gòu)能源利用分析方法，包括如下步驟：
[0025] 1)能源利用現(xiàn)狀分析，包括能量輸入分析和能量利用分析，其中，能量輸入分析包 括對(duì)公共機(jī)構(gòu)各能量來(lái)源的輸出功率分析，能量利用分析包括對(duì)各類公共機(jī)構(gòu)能量消耗的 分析，所述的公共機(jī)構(gòu)包括有：商場(chǎng)、酒店、辦公建筑和醫(yī)院；
[0026] 2)確定能源利用薄弱環(huán)節(jié)，從能量輸入和能量利用兩個(gè)方面，挖掘出公共機(jī)構(gòu)在 能量輸入方面和能量利用方面的薄弱環(huán)節(jié)；
[0027] 3)提出能源利用效率提升措施，針對(duì)能源利用薄弱環(huán)節(jié)，從能量輸入和能量利用 兩個(gè)方面的薄弱環(huán)節(jié)，有針對(duì)性地提出公共機(jī)構(gòu)的能源利用效率的提升措施。
[0028] 步驟2)中所述的能量輸入方面的薄弱環(huán)節(jié)，包括：向公共機(jī)構(gòu)輸入的能量有不穩(wěn) 定的功率，輸入的能量不能被公共機(jī)構(gòu)充分利用，所述的能量利用方面的薄弱環(huán)節(jié)是指對(duì) 各類公共機(jī)構(gòu)中的終端負(fù)荷依據(jù)能耗占比大小排序，取能耗占比和大于等于70 %的前N項(xiàng) 終端負(fù)荷的能量利用為能量利用方面的薄弱環(huán)節(jié)，其中N是大于等于1的整數(shù)。
[0029] 步驟3)中所述的能源利用效率的提升措施，是針對(duì)每一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)至少提出一 條提升措施。
[0030] 本發(fā)明的能耗傳遞模型及基于該模型的公共機(jī)構(gòu)能源利用分析方法，能夠同時(shí)從 能源輸入和能源利用兩個(gè)角度出發(fā)，對(duì)公共機(jī)構(gòu)的利用現(xiàn)狀進(jìn)行分析，從而挖掘出公共機(jī) 構(gòu)能源利用的薄弱環(huán)節(jié)，進(jìn)而提出有針對(duì)性的公共機(jī)構(gòu)能源利用效率提升措施。本發(fā)明能 夠?yàn)楣矙C(jī)構(gòu)能源的全局優(yōu)化利用提供支撐，有利于提升公共機(jī)構(gòu)能源優(yōu)化管理水平，促 進(jìn)公共機(jī)構(gòu)的節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展。
【附圖說(shuō)明】
[0031] 圖1是公共機(jī)構(gòu)能耗傳遞模型；
[0032] 圖2是公共機(jī)構(gòu)能源利用分析流程；
[0033] 圖3是風(fēng)機(jī)輸出功率波形圖；
[0034] 圖4是光伏輸出功率波形圖；
[0035] 圖5是儲(chǔ)能充放電功率波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的能耗傳遞模型及基于該模型的公共機(jī)構(gòu)能源 利用分析方法做出詳細(xì)說(shuō)明。
[0037] 本發(fā)明的能耗傳遞模型及基于該模型的公共機(jī)構(gòu)能源利用分析方法，首先是建立 公共機(jī)構(gòu)的能耗傳遞模型。公共機(jī)構(gòu)的能耗傳遞模型包括能量輸入和能量利用，能量利用 又分為能量消耗和能量損耗。公共機(jī)構(gòu)能量輸入包括電網(wǎng)供電、分布式電源和化石燃料等 多元能源；能量利用為公共機(jī)構(gòu)內(nèi)能源通過(guò)梯級(jí)利用及部分損耗進(jìn)行的能量流動(dòng)；能量消 耗為各類公共機(jī)構(gòu)終端負(fù)荷所消耗的能量，主要包括照明、空調(diào)、供熱系統(tǒng)、辦公設(shè)備、給水 排水系統(tǒng)、電梯等負(fù)荷所消耗的能量；能量損耗為能源在梯級(jí)利用過(guò)程中的損耗，包括網(wǎng) 級(jí)、饋線級(jí)和配變級(jí)的損耗，可分為線路損耗和變壓器損耗。
[0038] 如圖1所示，本發(fā)明的能耗傳遞模型，包括，能量輸入、能量損耗和能量消耗三部 分，所述的能量輸入是向公共機(jī)構(gòu)輸入的多種類型的能源E1;所述的能量損耗是輸入的能 源在梯級(jí)利用時(shí)的損耗^，所述的能量消耗是輸入的能源在公共機(jī)構(gòu)中各終端負(fù)荷的能量 流動(dòng)E。，其中：
[0039] E1=Ec+El (1)。
[0040] 所述的能量輸入包括有電網(wǎng)供電、分布式電源和化石燃料等多元能源，表示為：
[0041 ] E1=Ep+ED+EF (2)
[0042] 式中，Ep表不電網(wǎng)輸入，E肩不分布式電源輸入，E廣不化石燃料能源輸入。
[0043] 所述的分布式電源包括有風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電。
[0044] 所述的能量損耗包括網(wǎng)級(jí)損耗、饋線級(jí)損耗和配變級(jí)損耗，表示為：
[0046] 式中，Ej j=1,2,???，]!，其中，Ej表示能量在不同層級(jí)不同元件的損耗，j表示元 件編號(hào)，n表示元件數(shù)量，所述的網(wǎng)級(jí)損耗包括有線路損耗，所述的饋線級(jí)損耗和配變級(jí)損 耗均包括線路損耗和變壓器損耗。
[0047] 所述的線路損耗是能量輸入流經(jīng)導(dǎo)線時(shí)以熱能形式散發(fā)的功率損失，計(jì)算公式見(jiàn) 式如下：
[0049]式中，AP表示線路損耗，P、Q分別為流經(jīng)路線的有功功率和無(wú)功功率；U為路線 上與P、Q同一點(diǎn)測(cè)得的電壓；R為線路的電阻，與導(dǎo)線的截面、導(dǎo)線的材料和線路的長(zhǎng)度有 關(guān)。
[0050] 所述的變壓器損耗是指電能流經(jīng)變壓器時(shí)以熱能形式散發(fā)的功率損耗，計(jì)算公式 如下：
[0051] APt =PFe+Pcu=P〇+ 0 2Pk (6)
[0052] 式中，APt表示變壓器損耗，PFe為鐵損，Peu為銅損，PC1為空載損耗，PK為額定負(fù)載 損耗，e為平均負(fù)載系數(shù)。
[0053] 所述的能量消耗中的各終端負(fù)荷的能量流動(dòng)E。表示為：
[0055] 式中，Eii= 1，2,…，m，其中，Ei表示能量在各終端負(fù)荷的消耗，i表示終端負(fù)荷 編號(hào)，m表示終端負(fù)荷數(shù)量。
[0056] 本發(fā)明的基于能耗傳遞模型的公共機(jī)構(gòu)能源利用分析方法，包括如下步驟：
[0057] 1)能源利用現(xiàn)狀分析，包括能量輸入分析和能量利用分析，其中，能量輸入分析包 括對(duì)公共機(jī)構(gòu)各能量來(lái)源的輸出功率分析，能量利用分析包括對(duì)各類公共機(jī)構(gòu)能量消耗的 分析，所述的公共機(jī)構(gòu)包括有：商場(chǎng)、酒店、辦公建筑和醫(yī)院；
[0058] 如圖2所示：
[0059] (1)商場(chǎng)的能耗系統(tǒng)主要由照明系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)組成。首先，由于商品展示等要 求，商場(chǎng)室內(nèi)照明及商品照明負(fù)荷大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，而且某些柜臺(tái)由于陳列商品的需要，增 強(qiáng)了一些照度極高的其他類型燈具，造成了室內(nèi)照明強(qiáng)度和功耗密度的增加，同時(shí)也增加 了空調(diào)負(fù)荷。其次，商場(chǎng)人員密集度高，內(nèi)部發(fā)熱量大，來(lái)自人體的熱負(fù)荷成為商場(chǎng)空調(diào)系 統(tǒng)負(fù)荷的一個(gè)重要部分；商場(chǎng)建筑的熱濕負(fù)荷密度大，導(dǎo)致商場(chǎng)空調(diào)系統(tǒng)夏季開(kāi)始運(yùn)行日 期相對(duì)于其他建筑空調(diào)需提前，因此其空調(diào)系統(tǒng)能耗比重較大。設(shè)備散熱、人體散熱和照明 負(fù)荷等造成了商場(chǎng)室內(nèi)熱源較大，因此全年需要空調(diào)、通風(fēng)。
[0060] (2)醫(yī)院的能耗系統(tǒng)主要由空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和供熱系統(tǒng)組成。首先，醫(yī)院擁有 大量的醫(yī)療設(shè)備和眾多的病房照明，醫(yī)院醫(yī)療設(shè)備規(guī)模大，設(shè)備使用環(huán)境要求高，