基于NSGA-Ⅱ多目标遗传算法小型分布式能源系统设计优化

摘要

小型分布式能源系统是指容量在50kW以下，就地提供冷、热、电和热水负荷。由于减少了能量输送环节的损失，小型分布式能源系统可高效为小规模用户提供负荷需求。但由于供能设备多，且负荷波动大，需要对系统部件进行优化设计。因此本文开展基于NSGA-II多目标遗传算法小型分布式能源系统设计优化的研究。
　　本文以大连市某小型居民建筑为对象，按照确定的围护结构，采用DeST软件，得到该建筑的冷、热、电及生活热水负荷分别为15.2kW、16.5kW、14.2kW及1.9kW。通过确定建筑在工作日、周末的逐时内、外热扰，计算了建筑夏、冬季典型日逐时负荷。
　　根据计算对象的气候特点和负荷特征，在分析比较常见的分布式能源系统的基础上，提出了一种太阳能和天然气混合供能的小型分布式能源系统。并对系统中碟式太阳能斯特林热发电模块、VM循环热泵、蓄能装置及换热器进行了建模。
　　在给定热源温度、循环平均压力、冷热腔容积比和转速范围下，应用NSGA-II遗传算法，对VM循环热泵进行了多目标优化。当热源温度973.84K，循环平均压力7.06×108Pa，冷热腔容积比26.72和408.98rpm转速时，系统具有COP和?效率ηe的综合最佳。此时?效率为0.215，COP为3.17。该工况的灵敏度分析表明：热源温度对目标函数的影响比重较高，冷热腔容积比与转速作用相对较小，循环平均压力引起的变动最小。因此在实际运行中，应首先保证热源温度恒定。
　　以年总费用和年CO2、NO2排放量为目标函数，以负荷间的能流平衡、设备的性能为约束，得到了系统设备容量配置的Pareto最优解集。其中年总排放量最小为方案1，年总费用最小为方案3。通过TOPSIS优选法得到方案2为最优方案，此时系统的容量配置为：碟式太阳能斯特林发电系统容量为14.2kW，VM循环热泵为23kW，储电设备为10.5kWh，蓄热水箱9.89kWh。
　　最后与传统分供系统对比，本文得到的构建系统最优方案解集具有运行节能和环保优势。方案1、2和3的年运行费用分别节约50.59%、51.60%、52.13%，且污染物排放均明显小于分供系统。

目录

声明

第1章 绪论

1.1本课题研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本课题研究内容

第2章 用户逐时负荷模拟及负荷特征分析

2.1 逐时动态负荷模拟研究

2.2 建筑气候分区

2.3 分布式能源系统逐时动态负荷模拟计算

2.4 建筑物冷热电负荷模拟

2.5 分布式能源系统负荷动态特征分析

2.6 本章小结

第3章 分布式能源系统构建及关键设备建模

3.1 分布式能源系统构造方案

3.2 系统关键部件介绍

3.3 本章小结

第4章 分布式能源系统配置及调度优化

4.1 多目标优化设计方法

4.2 VM循环热泵多目标优化

4.3 本文构建系统多目标优化

4.4 系统特性评价分析

4.5 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间参加的科研工作

攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果

致谢