含氫分布式綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化指南-地方標(biāo)準(zhǔn)草案報(bào)批稿

ICS27.010CCSF0437Guidelinesforoperationaloptimizationofdistributedintegratedenergysystems（本草案完成時(shí)間：2024.12.2）在提交反饋意見時(shí)，請(qǐng)將您知道的相關(guān)專利連同支持性文件一并附上。IDB37/TXXXX—XXXX 2規(guī)范性引用文件 3術(shù)語和定義 4總則 35基本內(nèi)容 36數(shù)據(jù)收集 47用能分析 48優(yōu)化方案制定 49實(shí)施和評(píng)價(jià) 6附錄A（資料性）含氫分布式綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化常用數(shù)據(jù)記錄表 7附錄B（資料性）含氫分布式綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化模塊常見目標(biāo)及約束 9 DB37/TXXXX—XXXX本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由山東省能源局提出并組織實(shí)施。本文件由山東省能源標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)歸口。1DB37/TXXXX—XXXX含氫分布式綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化指南本文件提供了含氫分布式綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化在基本內(nèi)容、數(shù)據(jù)收集、用能分析、優(yōu)化方案制定、方案實(shí)施和評(píng)價(jià)等方面的指導(dǎo)。本文件適用于指導(dǎo)含氫分布式綜合能源系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T2484固結(jié)磨具形狀類型、標(biāo)記和標(biāo)志GB/T2587用能設(shè)備能量平衡通則GB/T3484企業(yè)能量平衡通則GB/T8222用電設(shè)備電能平衡通則GB/T24499氫氣、氫能與氫能系統(tǒng)術(shù)語3術(shù)語和定義GB/T24499界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1含氫分布式綜合能源系統(tǒng)hydrogen-containingdistributedintegratedenergysystems以電力、氫氣為重要能源載體，將光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電和生物質(zhì)能發(fā)電等一種或多種作為主要輸入能源，集成應(yīng)用電解水制氫、燃料電池發(fā)電等能量生產(chǎn)、傳輸、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)技術(shù)和設(shè)備，就地向用戶供能的多能聯(lián)產(chǎn)、聯(lián)供系統(tǒng)。注：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示例見圖1。2DB37/TXXXX—XXXX圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示例3.2系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化systemoperationoptimization根據(jù)設(shè)定的一個(gè)(或幾個(gè))目標(biāo)，在滿足系統(tǒng)運(yùn)行限制的情況下，選擇最佳的能源設(shè)備輸入/輸出功率調(diào)節(jié)計(jì)劃的過程。3.3時(shí)間尺度timescale源荷預(yù)測或運(yùn)行優(yōu)化的時(shí)間范圍。注：季節(jié)時(shí)間尺度，時(shí)間范圍一般為季度或月份；日前時(shí)間尺度，時(shí)間范圍一般為天；實(shí)時(shí)時(shí)間尺度，時(shí)間范圍一般為小時(shí)或分鐘。3.4源荷預(yù)測predictionofsourceandload對(duì)光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電和生物質(zhì)能發(fā)電等可再生能源發(fā)電功率以及氫、電、熱、冷等用戶能源負(fù)荷的預(yù)測。注：按照不同時(shí)間尺度一般分為季節(jié)、日前、實(shí)時(shí)源荷預(yù)測。其中，季節(jié)源荷預(yù)測，采用季節(jié)時(shí)間尺度，時(shí)間分辨率一般為1d；日前源荷預(yù)測，采用日前時(shí)間尺度，時(shí)間分辨率一般為1h；實(shí)時(shí)源荷預(yù)測，采用實(shí)時(shí)時(shí)間尺度，時(shí)間分辨率一般為15min或1min。3.5季節(jié)優(yōu)化seasonaloptimization結(jié)合季節(jié)源荷預(yù)測，為實(shí)現(xiàn)設(shè)定的目標(biāo)，在滿足系統(tǒng)運(yùn)行限制和用戶能源需求下，以月份為時(shí)間分辨率制定最佳的儲(chǔ)能設(shè)備儲(chǔ)量狀態(tài)調(diào)節(jié)計(jì)劃。3.6日前優(yōu)化day-aheadoptimization3DB37/TXXXX—XXXX結(jié)合日前源荷預(yù)測，為實(shí)現(xiàn)設(shè)定的目標(biāo)，在滿足系統(tǒng)運(yùn)行限制和用戶能源需求下，以小時(shí)為時(shí)間分辨率制定最佳的能源設(shè)備輸入/輸出功率調(diào)節(jié)計(jì)劃。3.7實(shí)時(shí)優(yōu)化real-timeoptimization結(jié)合實(shí)時(shí)源荷預(yù)測，為實(shí)現(xiàn)設(shè)定的目標(biāo)，在滿足系統(tǒng)運(yùn)行限制和用戶能源需求下，以分鐘為時(shí)間分辨率制定最佳的能源設(shè)備輸入/輸出功率調(diào)整計(jì)劃，在線實(shí)時(shí)修正日前優(yōu)化。4總則4.1經(jīng)濟(jì)原則在滿足多元用戶能源需求的情況下，宜統(tǒng)籌考慮經(jīng)濟(jì)效益和能源利用率，力求以較少的經(jīng)濟(jì)投入實(shí)現(xiàn)較大的能源效益。4.2環(huán)保原則在系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化整個(gè)過程中，尤其是優(yōu)化方案制定環(huán)節(jié)，宜充分考慮環(huán)境保護(hù)、低碳發(fā)展、資源節(jié)約等約束性要求。4.3全局最優(yōu)原則在同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等原則前提下，宜遵循加權(quán)最優(yōu)或多目標(biāo)最優(yōu)，對(duì)能源設(shè)備輸入/輸出功率調(diào)節(jié)計(jì)劃做整體優(yōu)化。5基本內(nèi)容系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化（見圖2）包括以下主要內(nèi)容：a)數(shù)據(jù)收集；b)用能分析；c)優(yōu)化方案制定；d)方案實(shí)施。圖2系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化流程4DB37/TXXXX—XXXX6數(shù)據(jù)收集6.1數(shù)據(jù)收集主要用于用能分析、源荷預(yù)測和運(yùn)行優(yōu)化模塊的構(gòu)建。6.2數(shù)據(jù)收集宜考慮代表性、實(shí)效性和一致性等重要因素。6.3數(shù)據(jù)收集宜包含但不限于以下內(nèi)容：a)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)集成與運(yùn)行流程；b)氣象數(shù)據(jù)，包括溫度、空氣濕度、風(fēng)速、光照、氣壓等，記錄表見附錄A的表A.1；c)可再生能源歷史數(shù)據(jù)，包括光伏、風(fēng)力和生物質(zhì)能等發(fā)電功率，記錄表見表A.2；d)用戶能源負(fù)荷歷史數(shù)據(jù)，包括電負(fù)荷、冷負(fù)荷、熱負(fù)荷、氫負(fù)荷，記錄表見表A.3；e)主要能源設(shè)備參數(shù)數(shù)據(jù)，包括電解水制氫、熱電聯(lián)供、儲(chǔ)能等設(shè)備容量、額定效率、使用壽命等技術(shù)參數(shù)，記錄表見表A.4；f)自產(chǎn)和外購能源的價(jià)格和熱值。6.4部分收集數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，包括但不限于歸一化、標(biāo)準(zhǔn)化。7用能分析7.1概述分析與系統(tǒng)生產(chǎn)和用能相關(guān)的各種因素對(duì)運(yùn)行優(yōu)化的影響，以精準(zhǔn)地制定貼合實(shí)際的優(yōu)化方案。7.2分析內(nèi)容7.2.1根據(jù)數(shù)據(jù)收集結(jié)果，宜根據(jù)GB/T2484繪制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。7.2.2宜對(duì)氫、電、熱、冷等子系統(tǒng)進(jìn)行分析，圍繞氫、電、熱、冷等能源的生產(chǎn)、傳輸、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)等環(huán)節(jié)，以經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性為評(píng)價(jià)指標(biāo)，全面評(píng)估系統(tǒng)能量利用的合理性。7.2.3宜對(duì)能源設(shè)備的能效和運(yùn)行特性進(jìn)行分析。7.2.4對(duì)用戶生活和生產(chǎn)用能行為與能源價(jià)格、氣象、工作日/非工作日等因素間的關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行分析。7.3分析方法7.3.1宜使用數(shù)據(jù)分析工具（如電子表格、數(shù)據(jù)庫和編程語言等）處理、分析和可視化數(shù)據(jù)，提升數(shù)據(jù)利用效率和結(jié)果直觀性。7.3.2宜使用適用于能源系統(tǒng)分析的專業(yè)仿真軟件進(jìn)行運(yùn)行模擬，評(píng)估不同條件下的系統(tǒng)性能，為優(yōu)化決策提供支持。8優(yōu)化方案制定8.1概述綜合考慮系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律和合理性，在滿足設(shè)備可操作性要求下，結(jié)合系統(tǒng)實(shí)際需求，構(gòu)建運(yùn)行優(yōu)化模塊，形成相應(yīng)時(shí)間尺度的優(yōu)化方案。8.2構(gòu)建運(yùn)行優(yōu)化模塊5DB37/TXXXX—XXXX8.2.1模塊包含優(yōu)化目標(biāo)，包含等式約束、不等式約束，常見目標(biāo)及約束可參考但不限于附錄B。8.2.2確認(rèn)優(yōu)化目標(biāo)，宜包括但不限于：a)經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)；b)環(huán)保性目標(biāo)。8.2.3確定優(yōu)化變量，宜包括但不限于：a)電解水制氫輸出功率；b)燃料電池輸出功率；c)儲(chǔ)氫罐的輸入/輸出功率；d)熱電聯(lián)供機(jī)組輸出功率；e)燃?xì)忮仩t輸出功率；f)熱泵輸出功率。8.2.4確立等式約束，宜包括但不限于：a)供需平衡約束；b)能量守恒約束，符合GB/T2587、GB/T3484、GB/T8222的要求。8.2.5確立不等式約束，宜包括但不限于：a)能源轉(zhuǎn)換設(shè)備功率上、下限不等式約束；b)儲(chǔ)能設(shè)備儲(chǔ)量限制不等式約束；c)設(shè)備單位時(shí)間內(nèi)最大減少、增加功率限制不等式約束。8.2.6選擇優(yōu)化方法，宜滿足以下要求：a)根據(jù)用戶負(fù)荷的不同，選擇合適的優(yōu)化時(shí)間尺度。b)優(yōu)化算法根據(jù)實(shí)際需求開發(fā)，包括但不限于進(jìn)化計(jì)算的優(yōu)化算法、基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的優(yōu)化算法。8.2.7執(zhí)行優(yōu)化計(jì)算，輸出優(yōu)化結(jié)果，宜滿足以下要求：a)執(zhí)行優(yōu)化計(jì)算時(shí)，優(yōu)先選擇并行方式；b)輸出的優(yōu)化結(jié)果為滿足約束下目標(biāo)函數(shù)在所有可能的解中取得最優(yōu)值的解。8.3季節(jié)優(yōu)化方案制定8.3.1季節(jié)優(yōu)化宜以季度或月份為時(shí)間尺度。8.3.2使用收集、處理后的可再生能源發(fā)電功率和用戶能源負(fù)荷歷史數(shù)據(jù)，綜合考慮系統(tǒng)運(yùn)行特性和氣象信息等因素，經(jīng)季節(jié)預(yù)測模型計(jì)算得出可再生能源發(fā)電功率和用戶能源負(fù)荷的預(yù)測值。8.3.3利用季節(jié)源荷預(yù)測數(shù)據(jù)，考慮光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電和生物質(zhì)能發(fā)電等可再生能源發(fā)電功率的時(shí)間分布特征，以及儲(chǔ)氫設(shè)備容量和企業(yè)生產(chǎn)規(guī)劃等季節(jié)時(shí)間尺度因素，在系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化模塊的基礎(chǔ)上，形成季節(jié)運(yùn)行優(yōu)化方案。8.3.4季節(jié)運(yùn)行優(yōu)化方案包括在季節(jié)時(shí)間尺度上最佳的儲(chǔ)能設(shè)備儲(chǔ)量狀態(tài)調(diào)節(jié)計(jì)劃。8.4日前優(yōu)化方案制定8.4.1日前優(yōu)化宜以天為時(shí)間尺度。8.4.2除7.3.2所考慮的因素，還宜考慮用戶生活和生產(chǎn)用能行為等因素，經(jīng)日前預(yù)測模型計(jì)算得出可再生能源發(fā)電功率和用戶能源負(fù)荷的預(yù)測值。8.4.3在季節(jié)運(yùn)行優(yōu)化方案的基礎(chǔ)上，利用日前源荷預(yù)測數(shù)據(jù)，考慮能源設(shè)備變工況特性、多能流動(dòng)態(tài)差異性和可再生能源發(fā)電隨機(jī)性，基于系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化模塊，形成日前優(yōu)化運(yùn)行方案。8.4.4日前運(yùn)行優(yōu)化方案包括能源設(shè)備在日前時(shí)間尺度上最佳的運(yùn)行狀態(tài)以及輸入/輸出功率，通過確6DB37/TXXXX—XXXX定各能源設(shè)備在日前時(shí)間尺度上的運(yùn)行狀態(tài)，制定各能源設(shè)備在日前時(shí)間尺度上的輸入/輸出功率調(diào)節(jié)計(jì)劃。8.5實(shí)時(shí)優(yōu)化方案制定8.5.1實(shí)時(shí)優(yōu)化宜以分鐘或小時(shí)為時(shí)間尺度。8.5.2除7.3.2和7.4.2所考慮的因素，還宜考慮能源設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行工況、實(shí)時(shí)氣象預(yù)報(bào)信息等因素，經(jīng)實(shí)時(shí)預(yù)測模型計(jì)算得出可再生能源發(fā)電功率和用戶能源負(fù)荷的預(yù)測值。8.5.3在日前運(yùn)行優(yōu)化方案的基礎(chǔ)上，利用實(shí)時(shí)源荷預(yù)測數(shù)據(jù)，考慮可再生能源發(fā)電功率和用戶能源負(fù)荷的波動(dòng)性，基于系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化模塊，形成實(shí)時(shí)優(yōu)化運(yùn)行方案。8.5.4實(shí)時(shí)運(yùn)行優(yōu)化方案包括能源設(shè)備在實(shí)時(shí)時(shí)間尺度上最佳的運(yùn)行狀態(tài)以及輸入/輸出功率，通過確定各能源設(shè)備在實(shí)時(shí)時(shí)間尺度上的運(yùn)行狀態(tài)，制定各能源設(shè)備在實(shí)時(shí)時(shí)間尺度上的輸入/輸出功率調(diào)整計(jì)劃，在線實(shí)時(shí)修正日前優(yōu)化，如實(shí)時(shí)運(yùn)行優(yōu)化與日前運(yùn)行優(yōu)化偏差過大，則重新制定日前方案。9實(shí)施和評(píng)價(jià)9.1實(shí)施9.1.1優(yōu)化方案實(shí)施前宜進(jìn)行仿真試驗(yàn)、編制具體實(shí)施方案，按照實(shí)施方案規(guī)定的步驟和程序?qū)嵤﹥?yōu)化方案，及時(shí)記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)施方案表見表A.5。9.1.2實(shí)施過程中安全平穩(wěn)生產(chǎn)是至關(guān)重要的，運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理，運(yùn)行異常記錄表見表A.6。9.2評(píng)價(jià)9.2.1優(yōu)化方案實(shí)施后，根據(jù)能源設(shè)備實(shí)際輸入/輸出功率，計(jì)算運(yùn)行經(jīng)濟(jì)成本、環(huán)境懲罰成本等關(guān)鍵指標(biāo)，宜全面評(píng)估優(yōu)化方案的運(yùn)行效果，適時(shí)調(diào)整運(yùn)行優(yōu)化方案，以進(jìn)一步提升系統(tǒng)性能。方案效果記錄見表A.7。9.2.2根據(jù)生產(chǎn)變化持續(xù)開展系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化，有條件的企業(yè)宜建立必要的技術(shù)隊(duì)伍和運(yùn)行優(yōu)化系統(tǒng)，鼓勵(lì)設(shè)置相應(yīng)的崗位、部門，建立完善的考核、激勵(lì)機(jī)制，保證系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化的長期效果。7DB37/TXXXX—XXXX（資料性）含氫分布式綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化常用數(shù)據(jù)記錄表A.1氣象數(shù)據(jù)記錄氣象數(shù)據(jù)記錄見表A.1。表A.1氣象數(shù)據(jù)記錄表℃%示例：2023.1.10:00-103020005.5100 A.2可再生能源發(fā)電功率歷史數(shù)據(jù)記錄表可再生能源發(fā)電功率歷史數(shù)據(jù)記錄見表A.2。表A.2可再生能源發(fā)電功率歷史數(shù)據(jù)記錄表單位為千瓦示例：2023.1.10:001113.020.0084.54-A.3用戶能源負(fù)荷歷史數(shù)據(jù)記錄表用戶能源負(fù)荷歷史數(shù)據(jù)記錄見表A.3。表A.3用戶能源負(fù)荷歷史數(shù)據(jù)記錄表示例：2023.1.10:001125.001887.100.0072.73-A.4能源設(shè)備參數(shù)數(shù)據(jù)記錄表能源設(shè)備參數(shù)數(shù)據(jù)記錄見表A.4。表A.4能源設(shè)備參數(shù)數(shù)據(jù)記錄表示例：1電制冷機(jī)2000η=0.24-1.132+1.237+0.6325.0年2000200-A.5實(shí)施方案記錄表實(shí)施方案記錄見表A.5。8DB37/TXXXX—XXXX表A.5實(shí)施方案記錄表單位為千瓦-示例：2023.1.10:00率-1000.00000.000.001300.001200.00200.000.00250.000.00-A.6運(yùn)行異常記錄表運(yùn)行異常記錄見表A.6。表A.6運(yùn)行異常記錄表示例：2023.1.10:00無無無無-A.7方案效果記錄表方案效果記錄見表A.7。表A.7方案效果記錄表單位為元示例：2023.1.10:003.442.883.282.193.012.073.212.129DB37/TXXXX—XXXX（資料性）含氫分布式綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化模塊常見目標(biāo)及約束B.1優(yōu)化目標(biāo)B.1.1經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)，按照公式（B.1）計(jì)算：式中：LP——系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)成本，單位為元（CNY經(jīng)濟(jì)成本越小，經(jīng)濟(jì)性越好，越接近經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)；λj——第j個(gè)設(shè)備的單位時(shí)間運(yùn)行成本，單位為元/千瓦時(shí)（CNY/kW·hP(t)——t時(shí)刻時(shí)第j個(gè)設(shè)備的運(yùn)行功率，單位為千瓦時(shí)（kWΔt——單位時(shí)間，單位為小時(shí)（h）。B.1.2環(huán)保性目標(biāo)環(huán)保性目標(biāo)，按照公式（B.2）計(jì)算：式中：LE——系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境懲罰成本，單位為元（CNY環(huán)境懲罰成本越小，環(huán)保性越好，越接近環(huán)保性目標(biāo)；Ej——第j個(gè)設(shè)備的單位時(shí)間CO2排放量，單位為千克（kg）；yj——碳排放懲罰成本系數(shù)，單位為元/千克（CNY/kg）。B.1.3組合目標(biāo)組合目標(biāo)與經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性目標(biāo)的關(guān)系，按照公式（B.3）計(jì)算：l0≤α2≤1式中：Obj——組合目標(biāo)，單位為元（CNYDB37/TXXXX—XXXXLP——系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)成本，單位為元（CNYα1——系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)成本權(quán)重系數(shù)；LE——系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境懲罰成本，單位為元（CNYα2——系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境懲罰成本權(quán)重系數(shù)。B.2等式約束B.2.1能量守恒等式約束能量守恒約束，按照公式（B.4）計(jì)算：Pin-P式中：Pin——系統(tǒng)能量輸入，單位為千瓦（kWPout——系統(tǒng)能量輸出，單位為千瓦（kWPB.2.2供需平衡等式約束供需平衡約束，按照公式（B.5）計(jì)算：P=P