基于二次能源等值化的能源转换系统能效检测方法及系统

技术领域

本发明涉及综合能效检测技术领域，更具体地，涉及基于二次能源等值化的能源转换系统能效检测方法及系统。

背景技术

随着经济社会的发展和技术水平提升，用户侧能源需求的越来越多样化，用户侧的分布式清洁能源、热泵、三联供等能源转换设备不断普及，实现电、热、冷、气等多种能源的多元化综合供应是能源行业的主要发展方向。能源转换系统是多种能源综合供应系统中最核心的部分，能源转换过程的能效水平是影响整体能效的重要环节。

传统转换效率计算是按照输出能源总量与输入能源总量的比值计算，不同能源采用当量值折合的方法进行折合，然而不同原理的能源转换系统的转换效率设计值差异较大，且不同品味二次能源按照当量值折合计算转换效率存在一定的不合理性。因此，有必要建立一种面向能源转换系统的综合能效检测的方法及系统，从设计层面及运行层面定量分析系统综合能效水平，推动能源综合供应系统能效提升，实现全社会节能减排。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供基于二次能源等值化的能源转换系统能效检测方法及系统，采集能源转换系统的能源输入量和能源输出量，基于二次能源等值折算建立能源转换系统的综合能效检测模型，反映能源转换系统不同运行工况下的真实能效，实现系统设计与系统运行的能效控制解耦，为后续开展能效优化提供基础数据。

本发明采用如下的技术方案。

基于二次能源等值化的能源转换系统能效检测方法的步骤如下：

步骤1，在采样周期内，采集能源转换系统的一次能源输入量、二次能源输入量和二次能源输出量；

步骤2，根据所采集的一次能源输入量、二次能源输入量和二次能源输出量，计算能源转换系统的名义转换效率；

步骤3，对所采集的二次能源输出量进行等值化处理为一次能源消耗量，对所采集的一次能源输入量中的清洁能源发电量进行等值化处理为传统能源发电量；

步骤4，计算系统运行转换效率和系统设计转换效率，并对当前采样周期下的能源转换系统的综合能效进行检测。

优选地，在步骤1中，

一次能源输入量包括：清洁能源发电量、传统能源发电量；

二次能源输入量包括：外部输入供电量、外部输入供热量和外部输入供冷量；

二次能源输出量包括：向外输出供电量、向外输出供热量和向外输出供冷量。

优选地，在步骤2中，名义转换效率满足如下关系式：

式中，

U

U

U

二次能源输入量等值化后的一次能源消耗量，满足如下关系式：

U

式中，

c

c

c

E

Q

Q

外部输入供热量对应一次能源消耗量的等值化系数，满足如下关系式：

式中，

U

E

Q

外部输入供冷量对应一次能源消耗量的等值化系数，满足如下关系式：

式中，

U

E

Q

优选地，步骤3包括：

步骤3.1，对所采集的二次能源输出量进行等值化处理，即将二次能源输出量折算为一次能源消耗量，满足如下关系式：

U

式中，

c

c

c

E

Q

Q

步骤3.2，对所采集的一次能源输入量进行等值化处理，即将一次能源输入量中的清洁能源发电量等值折算为传统能源发电量，满足如下关系式：

U

式中，

E

在步骤3.1中，

单个以电为能源的供热系统，向外输出供热量对应一次能源消耗量的等值化系数满足如下关系式：

式中，

EER

单个以电为能源的供热系统，向外输出供冷量对应一次能源消耗量的等值化系数满足如下关系式：

式中，

EER

在步骤3.1中，

单个以常规能源驱动的供热系统，向外输出供热量对应一次能源消耗量的等值化系数满足如下关系式：

式中，

α

η

单个以常规能源驱动的供冷系统，向外输出供冷量对应一次能源消耗量的等值化系数满足如下关系式：

式中，

α

η

在步骤3.1中，

多个供热设备构成供热系统，向外输出供热量对应一次能源消耗量的等值化系数满足如下关系式：

式中，

多个供冷设备构成供冷系统，向外输出供冷量对应一次能源消耗量的等值化系数满足如下关系式：

式中，

优选地，步骤4包括：

步骤4.1，按如下关系式计算系统运行转换效率：

式中，

U

U

U

U

步骤4.2，按如下关系式计算系统设计转换效率：

式中，

η

步骤4.3，基于系统运行转换效率和系统设计转换效率，对当前采样周期下的能源转换系统的综合能效进行检测，综合能效计算如下：

基于二次能源等值化的能源转换系统能效检测系统包括能源数据采集模块、能源数据处理模块、综合能效检测模块；

能源数据采集模块，用于采集能源转换系统的一次能源输入量、二次能源输入量和二次能源输出量；

能源数据处理模块，用于对所采集的一次能源输入量、二次能源输入量和二次能源输出量进行等值化处理；

综合能效检测模块，根据采集的数据和等值化处理后的数据计算系统运行转换效率和系统设计转换效率，并给出能源转换系统的综合能效检测结果。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比：

1、基于二次能源等值化处理获得系统运行转换效率指标，实现了对系统真实运行工况能效的定量计算，解决了系统原理及设备的不同而导致得系统实际效率的绝对大小无法比较、名义转换效率可能大于100％的问题。

2、系统综合能效体现在运行环节的能效和设计环节的能效，本发明提出的运行转换效率和设计转换效率指标，实现运行环节和设计环节的能效控制解耦，为进一步开展系统能效优化提供了基础。

附图说明

图1为本发明的基于二次能源等值化的能源转换系统能效检测方法的流程框架图；

图2为本发明的基于二次能源等值化的能源转换系统能效检测方法适用的能源转换系统的通用能流图；

图3为本发明的基于二次能源等值化的能源转换系统能效检测系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。

如图1，基于二次能源等值化的能源转换系统能效检测方法的步骤如下：

步骤1，在采样周期内，采集能源转换系统的一次能源输入量、二次能源输入量和二次能源输出量。

具体地，

在步骤1中，

一次能源输入量包括：清洁能源发电量、传统能源发电量；

二次能源输入量包括：外部输入供电量、外部输入供热量和外部输入供冷量；

二次能源输出量包括：向外输出供电量、向外输出供热量和向外输出供冷量。

根据图2所示的能源转换系统的通用能流图，在本优选实施例中以某地区的能源转换系统为研究对象，该能源转换系统包括：一次能源输入量、二次能源输入量以及二次能源输出量。

一次能源输入量包括天然气供气量、清洁能源发电量；二次能源输入量为外部输入供电量；二次能源输出量包括：向外输出供热量和向外输出供冷量，其中，向往输出供热的设备包括地源热泵和燃气锅炉，向外输出供冷的设备是地源热泵。该能源转换系统的能源输入量的具体数据分别见表2和表3。

表2采样周期内能源转换系统能源输入量数据

表3统计期内系统能源输出量数据

在实际应用时，需要将表2和表3中的能源量统一折算成标准煤当量。

步骤2，根据所采集的一次能源输入量、二次能源输入量和二次能源输出量，计算能源转换系统的名义转换效率。

具体地，

在步骤2中，名义转换效率满足如下关系式：

式中，

U

U

U

具体地，

二次能源输入量等值化后的一次能源消耗量，满足如下关系式：

U

式中，

c

c

c

E

Q

Q

具体地，

外部输入供热量的一次能源消耗量的等值化系数满足如下关系式：

式中，

U

E

Q

具体地，

外部输入供冷量的一次能源消耗量的等值化系数满足如下关系式：

式中，

U

E

Q

本优选实施例，将一次能源输入量U

因此，能源转换系统的名义转换效率为：

步骤3，对所采集的二次能源输出量进行等值化处理为一次能源消耗量，对所采集的一次能源输入量中的清洁能源发电量进行等值化处理为传统能源发电量。

具体地，

步骤3包括：

步骤3.1，对所采集的二次能源输出量进行等值化处理，即将二次能源输出量折算为一次能源消耗量，满足如下关系式：

U

式中，

c

c

c

E

Q

Q

具体地，

在步骤3.1中，

单个以电为能源的供热系统，向外输出供热量对应一次能源消耗量的等值化系数满足如下关系式：

式中，

EER

本优选实施例中，向外输出供热包括地源热泵和燃气锅炉，因此，以地源热泵作为供热系统的第一台供热设备时，其向外输出供热量对应一次能源消耗量的等值化系数

单个以电为能源的供热系统，向外输出供冷量对应一次能源消耗量的等值化系数满足如下关系式：

式中，

EER

本优选实施例中，向外输出供冷包括地源热泵，因此，其向外输出供冷量对应一次能源消耗量的等值化系数c

具体地，

在步骤3.1中，

单个以常规能源驱动的供热系统，向外输出供热量对应一次能源消耗量的等值化系数满足如下关系式：

式中，

α

η

本优选实施例中，向外输出供热包括地源热泵和燃气锅炉，因此，以燃气锅炉作为供热系统的第二台供热设备时，其向外输出供热量对应一次能源消耗量的等值化系数

单个以常规能源驱动的供冷系统，向外输出供冷量对应一次能源消耗量的等值化系数满足如下关系式：

式中，

α

η

具体地，

在步骤3.1中，

多个供热设备构成供热系统，向外输出供热量对应一次能源消耗量的等值化系数满足如下关系式：

式中，

本优选实施例，能源转换系统中的供热系统包括地源热泵和燃气锅炉，因此，向外输出供热量的一次能源消耗量的等值化系数c

多个供冷设备构成供冷系统，向外输出供冷量对应一次能源消耗量的等值化系数满足如下关系式：

式中，

本优选实施例，对所采集的二次能源输出量进行等值化处理，即将向外输出供冷量和向外输出供热量一起折算成标准煤当量U

步骤3.2，对所采集的一次能源输入量进行等值化处理，即将一次能源输入量中的清洁能源发电量等值折算为传统能源发电量，满足如下关系式：

U

式中，

E

本优选实施例，清洁能源发电量等值折算为传统能源发电量U

步骤4，计算系统运行转换效率和系统设计转换效率，并对当前采样周期下的能源转换系统的综合能效进行检测。

具体地，

步骤4包括：

步骤4.1，按如下关系式计算系统运行转换效率：

式中，

U

U

U

U

本优选实施例，系统运行转换效率η

步骤4.2，按如下关系式计算系统设计转换效率：

式中，

η

本优选实施例，系统设计转换效率η

步骤4.3，基于系统运行转换效率和系统设计转换效率，对当前采样周期下的能源转换系统的综合能效进行检测，综合能效计算如下：

本优选实施例，系统综合能效η为125％。

分析计算结果，该系统设计转换效率达到了1.84＞1，系统整体设计能效较高，主要得益于清洁能源发电和地源热泵的应用；系统运行转换效率仅为66％，系统实际运行有约44％的优化提升空间；系统综合能效为125％，得益于清洁能源和地源热泵的应用，综合能效高于100％，能效水平较好。

如图3所示，基于二次能源等值化的能源转换系统能效检测系统包括：能源数据采集模块、能源数据处理模块、综合能效检测模块；

能源数据采集模块，用于采集能源转换系统的一次能源输入量、二次能源输入量和二次能源输出量；

能源数据处理模块，用于对所采集的一次能源输入量、二次能源输入量和二次能源输出量进行等值化处理；

综合能效检测模块，根据采集的数据和等值化处理后的数据计算系统运行转换效率和系统设计转换效率，并给出能源转换系统的综合能效检测结果。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比：

1、基于二次能源等值化处理获得系统运行转换效率指标，实现了对系统真实运行工况能效的定量计算，解决了系统原理及设备的不同而导致得系统实际效率的绝对大小无法比较、名义转换效率可能大于100％的问题。

2、系统综合能效体现在运行环节的能效和设计环节的能效，本发明提出的运行转换效率和设计转换效率指标，实现运行环节和设计环节的能效控制解耦，为进一步开展系统能效优化提供了基础。

本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。