本发明公开了一种多级利用的冷热电供能系统及其系统容量配置优化方法，燃气轮机、燃气锅炉燃烧天然气，供能给发电装置供给系统电负荷、热负荷，光伏光热一体化装置利用太阳能供给系统的电负荷，集热板通过管道利用太阳能发电余热供给热负荷；燃气轮机产生的余热进入余热回收锅炉供给系统热负荷，燃气轮机的缸套水通过换热器供给系统热负荷，电锅炉供给系统热负荷；废热型溴化锂吸收式冷水机组利用燃气轮机产生的烟气供给系统冷负荷，蒸汽双效型溴化锂吸收式冷水机组利用余热锅炉作为热源供给系统冷负荷，电制冷机组供给系统冷负荷。本发明能够对烟气和过程余热充分利用，并且利用改进后蚁狮算法优化系统容量，解决清洁能源供能的不稳定性和间歇性问题。
1.一种多级利用的冷热电供能系统，其特征在于，包括燃气轮机(1)、燃气锅炉(2)、电制冷机(3)、废热型溴化锂吸收式冷水机组(4)、蒸汽双效型溴化锂吸收式冷水机组(5)、余热回收锅炉(6)、电锅炉(9)、换热器(12)以及烟气冷凝换热器(13)；
所述燃气轮机(1)的烟气输出端与所述废热型溴化锂吸收式冷水机组(4)连接，所述废热型溴化锂吸收式冷水机组(4)的烟气输出端为系统提供冷负荷；所述废热型溴化锂吸收式冷水机组(4)与所述烟气冷凝换热器(13)连接，所述烟气冷凝换热器(13)为废热型溴化锂吸收式冷水机组(4)提供低位发生器热源水；
所述燃气轮机(1)与余热回收锅炉(6)、换热器(12)连接，所述余热回收锅炉(6)、换热器(12)输出端以及燃气锅炉(2)输出端为系统提供热负荷；所述余热回收锅炉(6)输出端还与蒸汽双效型溴化锂吸收式冷水机组(5)连接，所述蒸汽双效型溴化锂吸收式冷水机组(5)输出端为系统提供冷负荷；
所述燃气轮机(1)、燃气锅炉(2)燃烧天然气提供系统动能和热负荷；所述燃气轮机(1)与所述电制冷机(3)、电锅炉(9)相连，所述电制冷机(3)输出端为系统提供冷负荷，所述电锅炉(9)输出端为系统提供热负荷，所述燃气轮机(1)的动能输出端连接有发电装置，所述发电装置的输出端为系统提供电负荷。
2.根据权利要求1所述的多级利用的冷热电供能系统，其特征在于，所述系统还包括光伏光热一体化装置(7)和镍氢电池(8)，所述镍氢电池(8)与所述光伏光热一体化装置(7)的电能输出端、燃气轮机(1)连接的发电装置输出端连接，存储满足用户电负荷需求后剩余的系统电负荷；所述光伏光热一体化装置(7)的电能输出端还与电制冷机(3)、电锅炉(9)相连。
3.根据权利要求2所述的多级利用的冷热电供能系统，其特征在于，所述光伏光热一体化装置(7)由集热板和光伏板组成，所述集热板收集太阳能发电余热，通过管道为系统提供热负荷；所述光伏板利用太阳能进行发电。
4.根据权利要求2或3所述的多级利用的冷热电供能系统，其特征在于，所述系统还包括合金类相变储热设备(10)和相变蓄冷装置(11)，所述合金类相变储热设备(10)分别与燃气锅炉(2)输出端、换热器(12)输出端、余热回收锅炉(6)输出端、光伏光热一体化装置(7)发电余热输出端以及电锅炉(9)输出端相连，存储满足用户热负荷需求后剩余的系统热负荷；所述相变蓄冷装置(11)分别与废热型溴化锂吸收式冷水机组(4)输出端、蒸汽双效型溴化锂吸收式冷水机组(5)输出端以及电制冷机(3)输出端相连，存储满足用户冷负荷需求后剩余的系统冷负荷。
5.根据权利要求4所述的多级利用的冷热电供能系统，其特征在于，对于所述热负荷提供，所述余热回收锅炉(6)的优先级大于燃气锅炉(2)；对于所述冷负荷由废热型溴化锂吸收式冷水机组(4)和蒸汽双效型溴化锂吸收式冷水机组(5)和电制冷机(3)提供，所述废热型溴化锂吸收式冷水机组(4)、蒸汽双效型溴化锂吸收式冷水机组(5)利用余热制冷优先级大于所述电制冷机(3)。
6.一种基于权利要求5所述的多级利用的冷热电供能系统的系统容量配置优化方法，其特征在于，所述冷热电供能系统是先进行容量配置再选择系统，主要包括如下步骤：步骤一：数据初始化，确定蚂蚁和蚁狮的数量以及变量维数，各设备的容量定义为x1，x2，x3，…，在可行域内随机初始化它们的位置，并计算相应的适应度值；
步骤二：确定精英蚁狮，选择初始化后蚁狮种群中适应度最大的作为精英蚁狮；
步骤三：通过轮盘赌策略选择某只蚂蚁具体被哪只蚁狮捕食，每只蚂蚁只能被一只蚁狮捕食，而适应度越高的蚁狮捕获蚂蚁的概率越大，并使该蚂蚁在蚁狮及精英蚁狮附近随机游走，最后取平均值作为蚂蚁的位置；
步骤四：每次迭代后重新计算蚂蚁和蚁狮适应度值，根据蚂蚁的位置和适应度值更新蚁狮位置，适应度最大的位置为新精英蚁狮的位置；
步骤五：判断是否到达最大迭代次数，若到达则输出至系统模型作为系统的输入，否则重复步骤三；
步骤六：系统仿真检测出力参数是否满足条件，若满足则输出各设备的容量配置值，否则重复步骤三。
7.根据权利要求6所述的多级利用的冷热电供能系统的系统容量配置优化方法，其特征在于，所述步骤三中蚂蚁受蚁狮“引导”逐渐靠近蚁狮，搜索阶段，边界逐渐缩小，利用连续收缩边界，其具体为：t t t t
其中，c和d为所有变量迭代t次最小值和最大值；ψ和ω为调节因子；t为迭代次数；T为最大迭代次数。
8.根据权利要求6所述的多级利用的冷热电供能系统的系统容量配置优化方法，其特征在于，所述步骤三中更新蚂蚁位置时增加权重系数，其具体为：其中， 为第t次迭代时第i个高适应值蚂蚁； 为第t次迭代时的蚁狮； 为第t次迭代时的精英蚁狮；μ1和μ2为引力调整系数。
一种多级利用的冷热电供能系统及其系统容量配置优化方法
技术领域
[0001] 本发明涉及多能源利用技术领域，具体涉及一种多级利用的冷热电供能系统及其系统容量配置优化方法。
背景技术
[0002] 中国是最大的能源消耗国，中国对于煤炭的消耗巨大，在所有能源消耗中占据绝对地位，但是大规模的煤炭消耗与国家的经济发展政策是相违背的，在尽量降低环境影响的前提发展经济就必须提高能源利用率或是选择更为清洁的能源，太阳能和潮汐能等清洁能源的利用是研究的重点。冷热电联产系统具有能量多级利用，损耗小，经济效益高，环境效益高等优点，并且可以直接安装在用户侧满足负荷需求，有效的将清洁能源与传统化石能源结合独立的输出冷、热、电负荷，是解决目前能源问题的最好选择。
[0003] 现有的分布式能源系统主要包含以下几种：
[0004] 以天然气为燃料的CCHP，以燃气内燃机作为动力装置，同时还包括余热直燃机组和散热水箱，以直燃机组利用余热进行制热和制冷，以燃气内燃机提供的动力供给发电机提供电负荷。
[0005] 耦合光伏发电的CCHP，以太阳能发电作为这个系统电负荷提供，以固体氧化物燃料电池作为蓄电装置，通过制氢系统以气体为热源结合烟气热水换热装置和吸收式制冷机提供热负荷和冷负荷。
[0006] 上述两种方案存在共同的问题是能源利用率不高，第一种方案以内燃机为动力装置，余热回收复杂，能源利用率低，并且设备较重体积较大，对于具有高灵活性的CCHP系统相违背。第一种方案仅以直燃机组供热供冷，且以余热为热源，供给量偏低，由于没有储热蓄冷设备，冷热负荷容易出现缺乏状况。第二种方案耦合光伏，但是太阳能发电的过程中会产生大量的热能，可以提供热负荷，该方案没有合理利用，同样的该系统没有储能设备，由于光伏发电的间歇性，容易出现冷热电负荷无法满足用户端需求的情况。
[0007] 因此需要一种冷热电联产系统，既能够提高能源利用率，又能解决清洁能源间歇性问题，从而总体上提高冷热电联产系统经济效益和环境效益。
发明内容
[0008] 发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种多级利用的冷热电供能系统及其系统容量配置优化方法，能够对烟气和过程余热充分利用，并且利用改进后蚁狮算法优化系统容量，解决清洁能源供能的不稳定性和间歇性问题。
[0009] 技术方案：本发明提供了一种多级利用的冷热电供能系统，包括燃气轮机、燃气锅炉、电制冷机、废热型溴化锂吸收式冷水机、蒸汽双效型溴化锂吸收式冷水机组、余热回收锅炉、电锅炉、换热器以及烟气冷凝换热器；
[0010] 所述燃气轮机的烟气输出端与所述废热型溴化锂吸收式冷水机组连接，所述废热型溴化锂吸收式冷水机组的烟气输出端为系统提供冷负荷；所述废热型溴化锂吸收式冷水机组与所述烟气冷凝换热器连接，所述烟气冷凝换热器为废热型溴化锂吸收式冷水机组提供低位发生器热源水；
[0011] 所述燃气轮机与余热回收锅炉、换热器连接，所述余热回收锅炉、换热器输出端以及燃气锅炉输出端为系统提供热负荷；所述余热回收锅炉输出端还与蒸汽双效型溴化锂吸收式冷水机组连接，所述蒸汽双效型溴化锂吸收式冷水机组输出端为系统提供冷负荷；
[0012] 所述燃气轮机、燃气锅炉燃烧天然气提供系统动能和热负荷；所述燃气轮机与所述电制冷机、电锅炉相连，所述电制冷机输出端为系统提供冷负荷，所述电锅炉输出端为系统提供热负荷，所述燃气轮机的动能输出端连接有发电装置，所述发电装置的输出端为系统提供电负荷。
[0013] 进一步地，所述系统还包括光伏光热一体化装置和镍氢电池，所述镍氢电池与所述光伏光热一体化装置的电能输出端、燃气轮机连接的发电装置输出端连接，存储满足用户电负荷需求后剩余的系统电负荷；所述光伏光热一体化装置的电能输出端还与电制冷机、电锅炉相连。
[0014] 进一步地，所述光伏光热一体化装置由集热板和光伏板组成，所述集热板收集太阳能发电余热，通过管道为系统提供热负荷；所述光伏板利用太阳能进行发电。
[0015] 进一步地，所述系统还包括合金类相变储热设备和相变蓄冷装置，所述合金类相变储热设备分别与燃气锅炉输出端、换热器输出端、余热回收锅炉输出端、光伏光热一体化装置发电余热输出端以及电锅炉输出端相连，存储满足用户热负荷需求后剩余的系统热负荷；所述相变蓄冷装置分别与废热型溴化锂吸收式冷水机组输出端、蒸汽双效型溴化锂吸收式冷水机组输出端以及电制冷机输出端相连，存储满足用户冷负荷需求后剩余的系统冷负荷。
[0016] 进一步地，对于所述热负荷提供，所述余热回收锅炉的优先级大于燃气锅炉；对于所述冷负荷由废热型溴化锂吸收式冷水机组和蒸汽双效型溴化锂吸收式冷水机组和电制冷机提供，所述废热型溴化锂吸收式冷水机组、蒸汽双效型溴化锂吸收式冷水机组利用余热制冷优先级大于所述电制冷机。
[0017] 本发明还公开一种基于上述多级利用的冷热电供能系统的系统容量配置优化方法，所述冷热电供能系统是先进行容量配置再选择系统，主要包括如下步骤：
[0018] 步骤一：数据初始化，确定蚂蚁和蚁狮的数量以及变量维数，各设备的容量定义为x1，x2，x3，…，在可行域内随机初始化它们的位置，并计算相应的适应度值；
[0019] 步骤二：确定精英蚁狮，选择初始化后蚁狮种群中适应度最好的作为精英蚁狮；
[0020] 步骤三：通过轮盘赌策略选择某只蚂蚁具体被哪只蚁狮捕食，每只蚂蚁只能被一只蚁狮捕食，而适应度越高的蚁狮捕获蚂蚁的概率越大，并使该蚂蚁在蚁狮及精英蚁狮附近随机游走，最后取平均值作为蚂蚁的位置；
[0021] 步骤四：每次迭代后重新计算蚂蚁和蚁狮适应度值，根据蚂蚁的位置和适应度值更新蚁狮位置，适应度最好的位置为新精英蚁狮的位置；
[0022] 步骤五：判断是否到达最大迭代次数，若到达则输出至系统模型作为系统的输入，否则重复步骤三；
[0023] 步骤六：系统仿真检测出力等参数是否满足条件，若满足则输出各设备的容量配置值，否则重复步骤三。
[0024] 优选地，所述步骤三中蚂蚁受蚁狮“引导”逐渐靠近蚁狮，搜索阶段，边界逐渐缩小，利用连续收缩边界，其具体为：
[0025] ct＝ct/I；dt＝dt/I；
[0026] 其中，ct和dt为所有变量迭代t次最小值和最大值；ψ和ω为调节因子；t为迭代次数；T为最大迭代次数。
[0027] 优选地，所述步骤三中更新蚂蚁位置时增加权重系数，其具体为：
[0028]
[0029]
[0030]
[0031] 其中， 为第t次迭代时第i个高适应值蚂蚁； 为第t次迭代时的蚁狮；为第t次迭代时的精英蚁狮；μ1和μ2为引力调整系数。
[0032] 有益效果：
[0033] 1、与传统的冷热电联产系统相比，本发明采用蒸汽双效型溴化锂机组对于余热回收锅炉吸收的系统余热重复利用，给系统提供热负荷，对于燃气轮机的缸套水也采用换热器给系统提供热负荷，做到系统余热的多级重复利用。
[0034] 2、与传统的冷热电联产系统相比，本发明采用废热型溴化锂吸收式冷水机组与蒸汽冷凝换热器结合对燃气轮机的烟气多级重复利用，最后以可排放标准排放。
[0035] 3、与传统的耦合光伏的冷热电联产系统相比，本发明采用光伏光热一体化装置，对太阳能发电产生的热回收利用，供给热负荷，提高这个系统的能源利用率。
[0036] 4、与传统的冷热电联产系统相比，本发明采用储能设备对系统的冷热电三种负荷进行存储，使系统能够持续性的供给冷热电负荷。
[0037] 5、本发明还利用改进后的蚁狮算法对系统的容量配置进行优化，使得该系统能够应用于不同场景，应对不同的现场需求，并且根据优化算法优化后的系统容量，可以大大提高系统能源利用率，而且可以降低综合成本。
附图说明
[0038] 图1为本发明的结构示意图；
[0039] 图2为本发明的算法流程图；
[0040] 图3为本发明的能源利用率对比图；
[0041] 图4为本发明的供电效率对比图；
[0042] 图5为本发明的综合成本对比图。
[0043] 其中，1‑燃气轮机，2‑燃气锅炉，3‑电制冷机，4‑废热型溴化锂吸收式冷水机组，5‑蒸汽双效型溴化锂吸收式冷水机组，6‑余热回收锅炉，7‑光伏光热一体化装置，8‑镍氢电池，9‑电锅炉，10‑合金类相变储热设备，11‑相变蓄冷装置，12‑换热器，13‑烟气冷凝换热器。
具体实施方式
[0044] 下面结合附图对本发明作进一步描述。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发明的保护范围。
[0045] 本发明公开了一种多级利用的冷热电供能系统，包括燃气轮机1、燃气锅炉2、电制冷机3、废热型溴化锂吸收式冷水机4、蒸汽双效型溴化锂吸收式冷水机组5、余热回收锅炉6、电锅炉9、换热器12以及烟气冷凝换热器13。还包括光伏光热一体化装置7、镍氢电池8、合金类相变储热设备10和相变蓄冷装置11。
[0046] 燃气轮机1的烟气输出端与废热型溴化锂吸收式冷水机组4连接，废热型溴化锂吸收式冷水机组4的烟气输出端为系统提供冷负荷；废热型溴化锂吸收式冷水机组4与烟气冷凝换热器13连接，烟气冷凝换热器13为废热型溴化锂吸收式冷水机组4提供低位发生器热源水。燃气轮机1燃烧天然气供能产出烟气，进入废热型溴化锂吸收式冷水机组4，对烟气第一次利用，作为废热型溴化锂吸收式冷水机组4热源制冷，排出的烟气进入烟气冷凝换热器13进行第二次利用，通过烟气冷凝换热器13为废热型溴化锂吸收式冷水机组4提供低位发生器热源水，最后排放达到排放标准的烟气，形成一个烟气多级回收利用循环，实现能源高效利用。
[0047] 燃气轮机1与余热回收锅炉6、换热器12连接，燃气轮机1的缸套水通过换热器12供给系统热负荷，余热回收锅炉6、换热器12输出端以及燃气锅炉2输出端为系统提供热负荷。余热回收锅炉6输出端还与蒸汽双效型溴化锂吸收式冷水机组5连接，蒸汽双效型溴化锂吸收式冷水机组5输出端为系统提供冷负荷。
[0048] 燃气轮机1、燃气锅炉2燃烧天然气提供系统动能和热负荷；燃气轮机1与电制冷机3、电锅炉9相连，电制冷机3输出端为系统提供冷负荷，电锅炉9输出端为系统提供热负荷，燃气轮机1的动能输出端连接有发电装置，发电装置的输出端为系统提供电负荷。
[0049] 镍氢电池8与光伏光热一体化装置7的电能输出端、燃气轮机1连接的发电装置输出端连接，存储满足用户电负荷需求后剩余的系统电负荷；光伏光热一体化装置7的电能输出端还与电制冷机3、电锅炉9相连。
[0050] 本发明中提及的光伏光热一体化装置7由集热板和光伏板组成，集热板收集太阳能发电余热，通过管道为系统提供热负荷；光伏板利用太阳能进行发电。
[0051] 合金类相变储热设备10分别与燃气锅炉2输出端、换热器12输出端、余热回收锅炉6输出端、光伏光热一体化装置7发电余热输出端以及电锅炉9输出端相连，存储满足用户热负荷需求后剩余的系统热负荷；相变蓄冷装置11分别与废热型溴化锂吸收式冷水机组4输出端、蒸汽双效型溴化锂吸收式冷水机组5输出端以及电制冷机3输出端相连，存储满足用户冷负荷需求后剩余的系统冷负荷。
[0052] 余热回收锅炉6回收燃气轮机1燃烧天然气供能后产生的余热，为蒸汽双效型溴化锂吸收式冷水机组5供能制冷，同时将多余热负荷供给合金类相变储热设备10，换热器12利用燃气轮机1产出的缸套水产热供给给合金类相变储热装置10供给系统热负荷，形成一个余热多级利用的过程，实现能源高效利用。
[0053] 本发明在使用时，热负荷由燃气锅炉2和余热回收锅炉6等锅炉共同提供，余热回收锅炉6的优先级大于燃气锅炉2；冷负荷由废热型溴化锂吸收式冷水机组4和蒸汽双效型溴化锂吸收式冷水机组5和电制冷机3提供，废热型溴化锂吸收式冷水机组4和蒸汽双效型溴化锂吸收式冷水机组5利用余热制冷优先级大于电制冷机3，电制冷机3的电力来自于燃气轮机1和光伏光热一体化装置7发电；电负荷由燃气轮机1发电，光伏光热一体化装置7发电共同提供。
[0054] 本发明还公开了一种基于上述多级利用的冷热电供能系统的系统容量配置优化方法，现如今的能源系统是先进行容量配置再选择系统，一个系统的能源利用率、供电效率以及成本等均与系统容量配置有关，如何设置一个最优的系统容量，达到最高的能源利用率、供电效率以及最低的成本，本发明利用改进后蚁狮算法优化系统容量，具体如下：
[0055] 步骤一：数据初始化，确定蚂蚁和蚁狮的数量以及变量维数，各设备的容量定义为x1，x2，x3，…，在可行域内随机初始化它们的位置，并计算相应的适应度值。
[0056] 步骤二：确定精英蚁狮，选择初始化后蚁狮种群中适应度最好的作为精英蚁狮。
[0057] 步骤三：通过轮盘赌策略选择某只蚂蚁具体被哪只蚁狮捕食，每只蚂蚁只能被一只蚁狮捕食，而适应度越高的蚁狮捕获蚂蚁的概率越大，并使该蚂蚁在蚁狮及精英蚁狮附近随机游走，最后取平均值作为蚂蚁的位置。
[0058] 蚂蚁受蚁狮“引导”逐渐靠近蚁狮，搜索阶段，边界逐渐缩小，利用连续收缩边界，其具体为：t t t t
[0059] c＝c/I；d＝d/I；
[0060] 其中，ct和dt为所有变量迭代t次最小值和最大值；ψ和ω为调节因子；t为迭代次数；T为最大迭代次数。
[0061] 更新蚂蚁位置时增加权重系数，其具体为：
[0062]
[0063]
[0064]
[0065] 其中， 为第t次迭代时第i个高适应值蚂蚁； 为第t次迭代时的蚁狮；为第t次迭代时的精英蚁狮；μ1和μ2为引力调整系数。
[0066] 步骤四：每次迭代后重新计算蚂蚁和蚁狮适应度值，根据蚂蚁的位置和适应度值更新蚁狮位置，适应度最好的位置为新精英蚁狮的位置。
[0067] 步骤五：判断是否到达最大迭代次数，若到达则输出至系统模型作为系统的输入，否则重复步骤三。
[0068] 步骤六：系统仿真检测出力等参数是否满足条件，若满足则输出各设备的容量配置值，否则重复步骤三。
[0069] 对于上述改进后蚁狮算法优化系统容量的方法，其仿真结果参见附图3至附图5，通过附图3所示，与传统的火力发电系统、传统冷热电三联供系统相比，本发明利用优化后的系统容量，多级利用的冷热电供能系统的能源利用率有明显提高，可达到百分之八十几。通过附图4，与传统的火力发电系统、传统冷热电三联供系统相比，本发明多级利用的冷热电供能系统的供电效率得到大大的提高。通过附图5，本发明利用改进ALO算法后，综合成本降低。
[0070] 上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
