高校宿舍集中热水系统能源柔性特征分析及运行优化

作     者：饶志勤 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈淑琴

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0813[工学-建筑学] 

主      题：能源柔性 高校宿舍 集中热水系统 模型预测控制 

摘      要：可再生能源的大规模应用是实现建筑领域碳达峰和碳中和目标的重要途径,而能源柔性是保障供需两侧协同调度、实现供需平衡的基础。高校校园的能源柔性对智慧电网优化调度具有重要影响,其中集中热水系统是校园需求侧能源柔性的重要来源。揭示集中热水系统能源柔性特征及影响因素对校园能源系统优化设计及运行、及智慧电网运行管理具有重要意义。而集中热水系统由于建模以及运行规则的复杂性,给研究带来了极大挑战。此外,随着人工智能控制方法的不断发展,为利用能源柔性对集中热水系统进行运行优化提供了很好的方向。为此基于杭州某高校集中热水系统2019年全年运行实时监测数据,分析了学生宿舍全年的用水、用电特征以及热水系统的运行特征。在掌握热水系统运行特征的基础上,建立了集中热水系统的黑箱模型,量化分析了高校宿舍热水系统的能源柔性特征。从全年来看,春冬学期激活能源柔性的收益最高。而每日的凌晨6点,激活能源柔性的收益是最高的。建立了集中热水系统的白箱模型,利用相关性和敏感性分析确定了集中热水系能源柔性的关键影响因素。针对关键影响因素,模拟计算了冬夏学期典型月每日低谷电价时段需求响应作用下能量柔性、时间柔性和效率柔性指标,分析了影响能源柔性的内在原因。用水量、水箱容积和热泵制热量都是能源柔性的关键影响因素。用水量时段分布的不同对能源柔性存在相反的影响。水箱容积和热泵制热量增大对能源柔性的影响都是有利的。基于集中热水系统能源柔性影响因素分析结论,提出了一种基于规则控制的控制策略,并建立了集中热水系统的模型预测控制(MPC)模型,控制目标为运行成本节约。在多种情景下进行了模拟,并分析了其运行成本。基于规则的控制策略和MPC都有不错成本优化效果,相比于无需求响应工况,运行成本节约了10～30%,且MPC在温度控制效果上优于基于规则控制策略。