试析与建筑一体化的综合能源系统优化模型应用研究

李洪涛 石程广

摘 要：综合能源系统能够促进清洁能源的发展，并且可以提高能源利用效率。与传统能源单极利用形式相比，综合能源系统能够综合电力、冷、热、天然气等多种形式能源，开展多级利用过程。利用多能互补方式可以提高能源综合利用效率。但是综合能源系统在应用过程中应用系统间耦合比较紧密，流动变化情况相对复杂的问题。如果没有对综合能源系统进行有优化，可能会导致综合能源系统运行存在较大问题。因此，要加强综合能源系统优化研究工作，利用综合能源系统优化模型，为大型建筑综合能源系统调控以及运行优化提供有效指导。

关键词：建筑一体化;综合能源系统;优化模型

一、 综合能源系统概述

综合能源系统在应用过程中，将电力电子控制技术与高级通信采集技术充分结合，其灵活性与韧性都比较强。综合能源系统主要包括跨区级综合能源系统、区域级综合能源系统以及园区级综合能源系统。天然气、電力、冷、热等能源是构成综合能源系统的基本要素。主要组成如图1所示。

综合能源系统可以将电、冷、热、气等多种能源进行耦合，并利用梯级利用方式提高能源的综合利用效率。这是能源领域的主要发展趋势之一。在综合能源系统运行过程中，可以促进多种能源相互融合是其系统运行的主要标志。这就对系统运行优化提出了新的要求。而在大型公共建筑节能降耗进程不断推进的过程中，综合能源系统的应用也越来越广泛。一般情况下，建筑能源消耗是以暖通空调系统为主，暖通空调系统的运行模式以及控制模式会影响系统优化效果。目前，大多数研究都是对能源供应系统进行优化，同时考虑用户能源需求特性以及热网传输特性，对协同供给侧、传输侧以及需求侧的优化研究相对较少。因此，需要在现有研究的基础上对构建能源网络体系进行研究，发挥综合能源系统的积极作用。这样才能够提升大型公共建筑综合能源利用效率。

二、 综合能源系统模型

在大型公共建筑建设中对电、冷以及热负荷都有需求，利用综合能源系统能够满足大型公共建筑的这些需求。在综合能源系统运行中，电网主要满足电力需求。在电力供应过程中，燃气三联供电机组在发电时可以利用溴化锂机组回收烟气，并利用回收的烟气实现供热与制冷需求。冬季供热来源主要是以市政热源为主，在供热系统中，需要配置多个燃气锅炉作为补充设施。供冷系统在运行过程中可以使三联供机组、基载机组、双工况机组并联合，同时与冰蓄冷装置串联运行，从而实现供冷需求。但是需要注意，虽然冰蓄冷、三联供等设备在实现电力消峰填谷的同时，可以提高能源的综合利用率。但是该系统的运行方式比较复杂，在制冷工况下，综合能源系统可能会出现基载机组单独供冷、冰蓄冷单独供冷、三联供与冰蓄冷同时供冷等运行模式。现阶段，系统运行是以设备开关顺序控制为主，用的是单一策略。例如三联供机组优先、冰蓄冷融冰优先、按比例分配等，会影响系统的运行效率，导致系统运行优化存在问题。因此，需要对综合能源系统进行优化调整，提高综合能源系统运行效率。

三、 综合能源系统优化策略

（一）多时段优化

在建筑一体化中对综合能源系统进行优化的方法已经从传统单一手段发展到目前的滚动优化模型。在构建综合能源系统调度成本模型时，需要利用混沌粒子群算法求解，要综合考虑电热联合系统中分布式能源的持续特征，才能对调度时段内各个可控分布式电源的最优处理，同时可以对运行成本进行准确计算。此外，还要分析储热消纳风电的基本机制，可以在调度模型内添加储热运行约束。这些优化都只考虑了日前单一手段的优化调度。在实际运行中可能会导致其与实际情况存在偏差而出现违反约束的问题。可以以模型预测控制方法为基础建立多时间尺度、冷热电协同优化模型，同时利用实时调度能够有效消除可再生能源处理中存在的波动性问题。在多时段优化控制时，可以提高控制精准性，但是会增加计算量，这会导致系统运行不能满足实时性要求。特别在实时滚动阶段对算法的要求比较高。因此，需要特定场景下优化数学模型，提高算法效率，达到实时性控制要求。

（二）不确定性优化

在综合能源系统运行过程中存在很多不确定因素。这些不确定因素主要包括可再生能源存在不确定性、负荷预测存在误差、量测信息存在误差等。这些不确定因素都会对综合能源系统的运行效果产生影响。在对现有综合能源系统进行优化设计时，可以利用随机优化、区间优化以及鲁棒优化等方法提高综合能源系统的优化效果。以区间法和可能度方法可以描述风电不确定性，同时考虑电气转化，获取的结论可以为调度员对不确定性进行处理提供参考。对鲁棒优化和随机优化进行结合应用时，可以根据电转气设备进行精细化建模，从而获取准确的调度结果，提高调度运行的可靠性。

（三）分布式优化

在综合能源系统运行过程中，需要面对多个平级能源系统，这时可以利用分布式算法对各系统间的运行进行协同，从而提高调度优化的灵活性。在分布式优化控制过程中，可以将联合优化模型进行分解，使其成为电力系统机组组合子问题以及天然气网络运行子问题。这时电力运营商以及天然气运营商都可以交换对偶乘子信息，保证满足耦合约束条件。同时还可以利用交叉乘子迭代算法。采用解耦电气能量流实现协同控制。在综合能源系统分布式优化控制过程中，需要对多能系统规划、智能调控以及协同控制等关键技术进行归纳和应用，才能提高综合能源系统的协同运行效果。

参考文献：

[1]周玲.基于南方（桂南）地区的太阳能光伏光热建筑一体化研究[D].南宁：广西大学，2019.

[2]赵乐.基于BIM技术的光伏建筑一体化模型应用研究[J].铁路技术创新，2017（1）.

[3]张晓明，刘瑞囡.BIM技术在光伏建筑一体化中的应用探究[J].河南建材，2019（4）：24-25.

作者简介：李洪涛，石程广，国网河北综合能源服务有限公司。