(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211166790.1 (22)申请日 2022.09.23 (71)申请人 国网江苏省电力有限公司南京供电 分公司 地址 210019 江苏省南京市 建邺区奥体大 街1号 申请人 国网江苏省电力有限公司 (72)发明人 马洲俊　张勇　谈健　吕梦婕　 周恒俊　王哲　许洪华　马迪　 高海洋　刘琛　 (74)专利代理 机构 南京天翼专利代理有限责任 公司 321 12 专利代理师 奚铭 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01)G06K 9/62(2022.01) G06Q 50/06(2012.01) G06Q 50/26(2012.01) G06F 111/04(2020.01) (54)发明名称 一种基于全生命周期碳成本的综合能源系 统优化仿真方法 (57)摘要 一种基于全生命周期碳成本的综合能源系 统优化仿真方法， 在对综合能源系统进行优化 时， 从全生命周期角度计算评价不同能源供应的 碳排放量， 进而将碳排放 成本考虑到综合能源系 统运行的综合成本当中， 在给定的系统设备容 量、 效率等参数以及能源价格、 碳配额、 碳交易价 格等边界条件下， 以综合成本最低为优化目标， 对综合能源系统的运行策略进行优化， 实现综合 能源系统综合运行成本最低。 通过本发明， 可 以 更好地指导综合能源系统在满足 需求的前提下， 进行生产计划的优化， 降低运行成本， 同时实现 对环境的友好。 权利要求书3页 说明书12页 附图6页 CN 115455719 A 2022.12.09 CN 115455719 A 1.一种基于全生命周期碳成本的综合 能源系统优化仿真方法， 其特征是搭建综合 能源 系统模型， 根据以下步骤进行综合能源系统运行的仿真优化： 1)设置优化目标： 考虑碳交易成本设置综合能源系统优化目标函数， 如下式所示： 其中， Ccapital为综合能源系统投资的年化投资成本， CO&M为综合能源系统在生产运行过 程中设备运维产生的年维护成本， Cfuel为综合能源系统所使用能源的年费用， CCO2为综合能 源系统碳交易的成本； 各成本子项的计算公式如下： Ccapital＝∑techInvtech·Captech/Y                         (2) 其中Inv表示综合能源系 统各设备的单位投资成本， Cap表示各设备的装机容量， 下标 tech表示设备； Y表示项目的计算期， 以上 数据均来自于综合能源系统的边界条件； CO&M＝∑tech(OMtech·qconj,i,j,t)                         (3) 其中OMtech表示各设备的单位运维费用， 来自边界条件； qconj,i,j,t指各设备的转换输出 能量， i指第i种输入能源， j指第j种输出能源， t指第t时刻， conj表示转换为第j种输出能源 输出； 其中Pf,hr表示逐时的能源价格， 表示一次能源输入量， egt表示电能生产设备， f 表示一次能源； 其中， 为t时交易周期内碳交易的价格， Erate为碳源给定的碳排放配额， 来自边界 条件； epro,i,j,t、 etra,i,j,t、 esto,i,j,t分别指能源生产量、 传输量、 储存量； Ca指能源生产所产生 的全生命周期碳 排系数， 计算公式如下式(6)所示： Ca＝Ca1+Ca2+...+Can                             (6) Ca也为综合能源系统的直接或间接碳排放的碳排放系数， Ca1， Ca2，…， Can表示碳源分别 在各碳排放环节中对应的碳 排放系数； 2)对综合能源系统模型设置运行约束条件， 包括系统功率平衡约束、 各类型设备的输 入‑输出耦合约束、 设备 出力限制、 电网联络线功率限制及能量 流动约束； 3)对搭建的综合能源系统模型， 在约束条件下根据优化目标进行求 解， 包括： 步骤1： 采用K ‑means聚类算法对综合能源系统的负荷进行典型周聚类， 全年负荷数据 划分表示 为n类典型的连续7天， 得到n类典型周， 每 类典型周的数量 为Wk； 步骤2： 确定综合能源系统初始运行状态； 步骤3： 确定 输入能源和输出能源种类； 步骤:4： 根据运行约束条件仿真运行综合能源系统， 计算单位时刻t下， p种输入能源， q 种输出能源的能源生产 量epro,i,j,t、 传输量etra,i,j,t和储存量esto,i,j,t， i＝1,2， …， p， j＝1, 2，…， q， t以小时为单位， 根据综合能源系统优化目标函数所包含的成本内容计算第k类典型周的成本Ck， Ck为一权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115455719 A 2周内各种输入能源及输出能源情况的循环迭代量总和： Ck＝∑ijtci,j,t                         (13) ci,j,t为典型周中每小时对应不同输入能源和输出能源的成本数据； 得到全年总成本 C的计算公式： 步骤5： 修改综合能源系统运行状态， 重复步骤2 ‑4再次计算总成本， 以Min  C为优化目 标， 则要求本次循环计算的总成本小于上一次计算结果， 将两次循环的总成本差值定义为 △C， 当△C大于设定的误差， 即两次循环的差值大于预期， 则继续修改运行状态， 重新循环 迭代， 直至小于 设定误差， 即意味着总成本已无法继续优化， 输出此时综合能源系统的运行 参数作为 最优结果， 用于指导综合能源型的运行 策略。 2.根据权利要求1或2所述的一种基于全生命周期碳成本的综合能源系统优化仿真方 法， 其特征是综合能源系统模型求解时， 步骤5修改运行状态重复计算总成本， 循环 次数大 于50， 小于10 00。 3.根据权利要求1或2所述的一种基于全生命周期碳成本的综合能源系统优化仿真方 法， 其特征是基于LCA计算全生命周期碳 排放系数， 包括： 1)、 煤电LCA碳 排放 煤电的LCA碳排放包括煤炭的开采环节、 运输环节和燃煤发电这三个环节， 开采环节的 耗能会产生碳排放， 将开采出 的煤炭运往燃煤发电厂的运输环节， 以及其使用的交通工具 消耗的能源会直接产生碳排放， 燃煤发电环节的碳排放主要来自发电过程中煤燃烧及燃烧 后废弃物处 理带来的直接和间接碳 排放； 2)、 风力和光伏发电LCA碳 排放 风电和光伏设备的LCA碳 排放包括设备的生产建 设环节和出厂运输环 节； 3)、 天然气发电LCA碳 排放 天然气包括油田天然气和煤制 天然气， 油田天然气在开采、 运输和使用环节会产生碳 排放， 煤制的天然气LCA 碳排放需考虑煤炭开采、 运输、 转化为 天然气， 以及之后天然气的运 输和使用环节， 油田天然气和煤制天然气的碳排放系数存在一定的差异， 分别为0.48kg   CO2/kWh和0.54kgCO2/kWh。 而参考现阶段天然气市场所使用的天然气的类型结构， 设定油田 的天然气占30％和 煤制天然气占70％的占比结构， 计算得到天然气的LCA碳排放标准系数 大致为522gCO2/kWh。 4.根据权利要求1或2所述的一种基于全生命周期碳成本的综合能源系统优化仿真方 法， 其特征是综合能源系统模型的运行约束条件中， 能量流动包含能量的生产、 转换、 传输 等环节： 1)能量生产约束 综合能源系统的能量生产设备将一次能源转化为电能， 消耗量总和epro,i,j,t是所有相 应能源技 术的能源消耗 量之和， 如下式所示： 其中egt指全部电能生产设备， i指第i种输入能源， j指第j种输出 能源， t指第t时刻， 单 位为小时， αi,j,t为第i种输入能源、 第j种输出能源在t时刻的运行状态， 指一次能源的权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115455719 A 3