能耗传递模型及基于该模型的公共机构能源利用分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种能源优化管理方法。特别是涉及一种能耗传递模型及基于该模型 的公共机构能源利用分析方法
【背景技术】
[0002] 随着全球能源危机的加剧，节能已成为人类社会发展必须面对的问题。我国的能 源情况并不乐观，一方面能源储量不足，人均资源量非常有限；另一方面能源消耗大，能源 利用效率低下。随着我国城市化进程的推进，公共机构的建筑能耗问题已成为我国能耗结 构中的一个重要组成部分。如何有效提升公共机构的能源利用效率，成为备受关注的重要 问题和技术难点。
[0003] 目前在公共机构能源利用效率方面的研宄大致可分为两类。一类是针对公共机构 的某一种或多种能耗最大的负荷（如空调负荷）进行深入分析，挖掘节能技术和手段；另一 类是针对某一种具体的公共机构（如医院、商场）进行节能分析。缺乏从能量输入和能量 利用的整个能量流动过程出发的公共机构能源利用分析。因此，迫切需要对公共机构的能 源利用进行深入研宄，构建涵盖整个能量流动过程的能耗传递模型，并基于该模型提出一 种新的公共机构能源利用分析方法，从而为公共机构的能源利用效率提升和能源优化管理 提供理论基础。
[0004] 综上所述，构建能耗传递模型及基于该模型的公共机构能源利用分析方法，是亟 待解决的实际问题，具有良好的理论价值和应用价值。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够为公共机构能源的全局优化利用提 供支撑，有利于提升公共机构能源优化管理水平的能耗传递模型及基于该模型的公共机构 能源利用分析方法。
[0006] 本发明所采用的技术方案是：一种能耗传递模型，包括，能量输入、能量损耗和能 量消耗三部分，所述的能量输入是向公共机构输入的多种类型的能源E1;所述的能量损耗 是输入的能源在梯级利用时的损耗^，所述的能量消耗是输入的能源在公共机构中各终端 负荷的能量流动E。，其中：
[0007] E1=Ec+El (1)。
[0008] 所述的能量输入包括有电网供电、分布式电源和化石燃料，表示为：
[0009] E1=Ep+ED+EF (2)
[0010] 式中，Ep表不电网输入，E肩不分布式电源输入，E廣不化石燃料能源输入。
[0011] 所述的分布式电源包括有风力发电和光伏发电。
[0012] 所述的能量损耗包括网级损耗、馈线级损耗和配变级损耗，表示为：
_4] 式中，Ejj= 1，2, ???，]!，其中，Ej表示能量在不同层级不同元件的损耗，j表示元 件编号，n表示元件数量，所述的网级损耗包括有线路损耗，所述的馈线级损耗和配变级损 耗均包括线路损耗和变压器损耗。
[0015] 所述的线路损耗是能量输入流经导线时以热能形式散发的功率损失，计算公式见 式如下：
[0017] 式中，AP表示线路损耗，P、Q分别为流经路线的有功功率和无功功率；U为路线 上与P、Q同一点测得的电压；R为线路的电阻，与导线的截面、导线的材料和线路的长度有 关。
[0018] 所述的变压器损耗是指电能流经变压器时以热能形式散发的功率损耗，计算公式 如下：
[0019] APT=PFe+Pcu=P〇+02Pk (6)
[0020] 式中，APt表示变压器损耗，PFe为铁损，Peu为铜损，PC1为空载损耗，PK为额定负载 损耗，e为平均负载系数。
[0021] 所述的能量消耗中的各终端负荷的能量流动E。表示为：
[0023] 式中，Eii= 1，2,…，m，其中，Ei表示能量在各终端负荷的消耗，i表示终端负荷 编号，m表示终端负荷数量。
[0024] 一种基于能耗传递模型的公共机构能源利用分析方法，包括如下步骤：
[0025] 1)能源利用现状分析，包括能量输入分析和能量利用分析，其中，能量输入分析包 括对公共机构各能量来源的输出功率分析，能量利用分析包括对各类公共机构能量消耗的 分析，所述的公共机构包括有：商场、酒店、办公建筑和医院；
[0026] 2)确定能源利用薄弱环节，从能量输入和能量利用两个方面，挖掘出公共机构在 能量输入方面和能量利用方面的薄弱环节；
[0027] 3)提出能源利用效率提升措施，针对能源利用薄弱环节，从能量输入和能量利用 两个方面的薄弱环节，有针对性地提出公共机构的能源利用效率的提升措施。
[0028] 步骤2)中所述的能量输入方面的薄弱环节，包括：向公共机构输入的能量有不稳 定的功率，输入的能量不能被公共机构充分利用，所述的能量利用方面的薄弱环节是指对 各类公共机构中的终端负荷依据能耗占比大小排序，取能耗占比和大于等于70 %的前N项 终端负荷的能量利用为能量利用方面的薄弱环节，其中N是大于等于1的整数。
[0029] 步骤3)中所述的能源利用效率的提升措施，是针对每一个薄弱环节至少提出一 条提升措施。
[0030] 本发明的能耗传递模型及基于该模型的公共机构能源利用分析方法，能够同时从 能源输入和能源利用两个角度出发，对公共机构的利用现状进行分析，从而挖掘出公共机 构能源利用的薄弱环节，进而提出有针对性的公共机构能源利用效率提升措施。本发明能 够为公共机构能源的全局优化利用提供支撑，有利于提升公共机构能源优化管理水平，促 进公共机构的节能减排和可持续发展。
【附图说明】
[0031] 图1是公共机构能耗传递模型；
[0032] 图2是公共机构能源利用分析流程；
[0033] 图3是风机输出功率波形图；
[0034] 图4是光伏输出功率波形图；
[0035] 图5是储能充放电功率波形图。
【具体实施方式】
[0036] 下面结合实施例和附图对本发明的能耗传递模型及基于该模型的公共机构能源 利用分析方法做出详细说明。
[0037] 本发明的能耗传递模型及基于该模型的公共机构能源利用分析方法，首先是建立 公共机构的能耗传递模型。公共机构的能耗传递模型包括能量输入和能量利用，能量利用 又分为能量消耗和能量损耗。公共机构能量输入包括电网供电、分布式电源和化石燃料等 多元能源；能量利用为公共机构内能源通过梯级利用及部分损耗进行的能量流动；能量消 耗为各类公共机构终端负荷所消耗的能量，主要包括照明、空调、供热系统、办公设备、给水 排水系统、电梯等负荷所消耗的能量；能量损耗为能源在梯级利用过程中的损耗，包括网 级、馈线级和配变级的损耗，可分为线路损耗和变压器损耗。
[0038] 如图1所示，本发明的能耗传递模型，包括，能量输入、能量损耗和能量消耗三部 分，所述的能量输入是向公共机构输入的多种类型的能源E1;所述的能量损耗是输入的能 源在梯级利用时的损耗^，所述的能量消耗是输入的能源在公共机构中各终端负荷的能量 流动E。，其中：
[0039] E1=Ec+El (1)。
[0040] 所述的能量输入包括有电网供电、分布式电源和化石燃料等多元能源，表示为：
[0041 ] E1=Ep+ED+EF (2)
[0042] 式中，Ep表不电网输入，E肩不分布式电源输入，E廣不化石燃料能源输入。
[0043] 所述的分布式电源包括有风力发电和光伏发电。
[0044] 所述的能量损耗包括网级损耗、馈线级损耗和配变级损耗，表示为：
[0046] 式中，Ej j=1,2,???，]!，其中，Ej表示能量在不同层级不同元件的损耗，j表示元 件编号，n表示元件数量，所述的网级损耗包括有线路损耗，所述的馈线级损耗和配变级损 耗均包括线路损耗和变压器损耗。
[0047] 所述的线路损耗是能量输入流经导线时以热能形式散发的功率损失，计算公式见 式如下：
[0049]式中，AP表示线路损耗，P、Q分别为流经路线的有功功率和无功功率；U为路线 上与P、Q同一点测得的电压；R为线路的电阻，与导线的截面、导线的材料和线路的长度有 关。
[0050] 所述的变压器损耗是指电能流经变压器时以热能形式散发的功率损耗，计算公式 如下：
[0051] APt =PFe+Pcu=P〇+ 0 2Pk (6)
[0052] 式中，APt表示变压器损耗，PFe为铁损，Peu为铜损，PC1为空载损耗，PK为额定负载 损耗，e为平均负载系数。
[0053] 所述的能量消耗中的各终端负荷的能量流动E。表示为：
[0055] 式中，Eii= 1，2,…，m，其中，Ei表示能量在各终端负荷的消耗，i表示终端负荷 编号，m表示终端负荷数量。
[0056] 本发明的基于能耗传递模型的公共机构能源利用分析方法，包括如下步骤：
[0057] 1)能源利用现状分析，包括能量输入分析和能量利用分析，其中，能量输入分析包 括对公共机构各能量来源的输出功率分析，能量利用分析包括对各类公共机构能量消耗的 分析，所述的公共机构包括有：商场、酒店、办公建筑和医院；
[0058] 如图2所示：
[0059] (1)商场的能耗系统主要由照明系统和空调系统组成。首先，由于商品展示等要 求，商场室内照明及商品照明负荷大，持续时间长，而且某些柜台由于陈列商品的需要，增 强了一些照度极高的其他类型灯具，造成了室内照明强度和功耗密度的增加，同时也增加 了空调负荷。其次，商场人员密集度高，内部发热量大，来自人体的热负荷成为商场空调系 统负荷的一个重要部分；商场建筑的热湿负荷密度大，导致商场空调系统夏季开始运行日 期相对于其他建筑空调需提前，因此其空调系统能耗比重较大。设备散热、人体散热和照明 负荷等造成了商场室内热源较大，因此全年需要空调、通风。
[0060] (2)医院的能耗系统主要由空调系统、照明系统和供热系统组成。首先，医院拥有 大量的医疗设备和众多的病房照明，医院医疗设备规模大，设备使用环境要求高，