【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種考慮天然氣壓力能利用的充換電設(shè)施規(guī)劃方法
[0001]本專利技術(shù)涉及
?
電動(dòng)汽車充換電設(shè)施規(guī)劃
，尤其涉及一種考慮天然氣 壓力能利用的充換電設(shè)施規(guī)劃方法。
技術(shù)介紹
[0002]隨著天然氣產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，為滿足逐年攀升的天然氣需求，我國(guó)開始加 大對(duì)天然氣的勘探與開發(fā)，同時(shí)也加快了天然氣管網(wǎng)的建設(shè)。天然氣在通過上 游高壓管道遠(yuǎn)距離運(yùn)輸?shù)较掠屋斉涔芫W(wǎng)的過程中，需要經(jīng)過降壓處理，傳統(tǒng)調(diào) 壓閥調(diào)壓過程浪費(fèi)了大量的壓力能。目前天然氣壓力能的回收利用方式以發(fā)電 為主，且壓差發(fā)電技術(shù)逐步成熟，但是由于壓力能發(fā)電出力具有分散性、隨機(jī) 性和波動(dòng)性等特點(diǎn)，不利于并網(wǎng)，存在消納困難的問題。
[0003]電動(dòng)汽車具有零污染的優(yōu)點(diǎn)，且在消納不確定性分布式資源方面具有獨(dú)特 的優(yōu)勢(shì)。國(guó)家電網(wǎng)公司于2011年提出了“換電為主、插充為輔、集中充電、統(tǒng) 一配送”的發(fā)展模式，這種模式可實(shí)現(xiàn)充電負(fù)荷的集中管理，降低隨機(jī)充電給 電網(wǎng)帶來的波動(dòng)，是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ碾妱?dòng)汽車商業(yè)運(yùn)營(yíng)模式。充換電設(shè)施 的合理規(guī)劃建設(shè)是電動(dòng)汽車發(fā)展的有力保障，由于集中充電站和天然氣調(diào)壓站 具有空間分布一致性的地理特性，可降低電力線路的建設(shè)成本，因此可以考慮 利用電動(dòng)汽車集中充電站就近消納天然氣壓力能，但目前如何在利用天然氣壓 力能的同時(shí)對(duì)電動(dòng)汽車充換電設(shè)施進(jìn)行合理規(guī)劃缺乏相關(guān)的研究。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
[0004]本專利技術(shù)的目的是提供一種考慮天然氣壓力能利用的充換電設(shè)施規(guī)劃方法， 有效地利用天然氣壓力能，提高能源利用率，同時(shí)可促進(jìn)電...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種考慮天然氣壓力能利用的充換電設(shè)施規(guī)劃方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1：建立利用電動(dòng)汽車集中充電站消納天然氣壓力能的新型應(yīng)用場(chǎng)景，包括集中充電站和電池更換站兩類工作站；其中，集中充電站僅承擔(dān)對(duì)大規(guī)模電池進(jìn)行集中充電的任務(wù)，而與電動(dòng)汽車用戶無(wú)直接關(guān)聯(lián)，無(wú)需考慮其與用戶相關(guān)的影響因素；電池更換站是提供更換電池服務(wù)的場(chǎng)所，而不能對(duì)大規(guī)模電池充電，無(wú)需考慮電網(wǎng)接入的問題；天然氣調(diào)壓站壓力能發(fā)出的電能就近消納于集中充電站，為壓力能發(fā)電提供良好的消納場(chǎng)所；針對(duì)存在天然氣調(diào)壓站發(fā)電出力不能滿足與其匹配的集中充電站的電能需求的情況，集中充電站所需的部分電能從電網(wǎng)購(gòu)買；步驟2：基于路網(wǎng)結(jié)構(gòu)建立電動(dòng)汽車充換電需求預(yù)測(cè)模型；步驟3：建立電池更換站選址規(guī)劃數(shù)學(xué)模型，通過約束條件優(yōu)化得到電池更換站的最優(yōu)規(guī)劃數(shù)量及站址分布；步驟4：基于分析法建立天然氣壓力能發(fā)電潛力評(píng)估模型；步驟5：建立考慮天然氣壓力能利用的集中充電站優(yōu)化規(guī)劃數(shù)學(xué)模型，通過約束條件得到集中充電站的最優(yōu)規(guī)劃數(shù)量和站址分布，以及集中充電站、電池更換站以及天然氣調(diào)壓站三者之間的服務(wù)匹配關(guān)系。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮天然氣壓力能利用的充換電設(shè)施規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟2包括：設(shè)某規(guī)劃區(qū)域內(nèi)有路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)k個(gè)，與路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)k直接相連的路段數(shù)有r個(gè)，則在時(shí)間t內(nèi)，流經(jīng)路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)k的總的交通流量可表示為：式中：表示路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)k在時(shí)間t內(nèi)總的交通流量；k(f)表示與路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)k相連的第f個(gè)路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，其中f的取值為1～r，φ
tf
[k,k(f)]表示在時(shí)間t內(nèi)路段x[k,k(f)]的交通流量；在時(shí)間T內(nèi)，經(jīng)過路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)k總的電動(dòng)汽車數(shù)量表示為：式中：q(k,T)為時(shí)間T內(nèi)流經(jīng)路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)k的電動(dòng)汽車總數(shù)量；α為電動(dòng)汽車在交通網(wǎng)絡(luò)中的滲透率；設(shè)電池更換站j服務(wù)范圍內(nèi)包含n
j
個(gè)路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，則在時(shí)間T內(nèi)，電池更換站j服務(wù)范圍內(nèi)的電池需求量表示為：式中：Q(j,T)為時(shí)間T內(nèi)電池更換站j服務(wù)范圍內(nèi)需要更換電池的數(shù)量；β為電動(dòng)汽車用戶的換電概率。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮天然氣壓力能利用的充換電設(shè)施規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟3包括：以折算到規(guī)劃年的綜合成本最小為目標(biāo)函數(shù)，建立電池更換站選址規(guī)劃數(shù)學(xué)優(yōu)化模型：
minφ＝φ1+φ2??????
(4)式中：φ為折算到規(guī)劃年的成本之和；φ1為電池更換站建設(shè)運(yùn)維投資年成本；φ2為電動(dòng)汽車用戶換電年成本；其中：電池更換站建設(shè)運(yùn)維投資年成本為：式中：N為規(guī)劃區(qū)域內(nèi)電池更換站的規(guī)劃數(shù)量；W
j
為電池更換站j的基礎(chǔ)建設(shè)投資成本；l
j
為電池更換站j的自動(dòng)換電裝置數(shù)量；e為自動(dòng)換電裝置的單價(jià)；C
j,om
為電池更換站j的年運(yùn)行維護(hù)成本，按基建投資和自動(dòng)換電裝置投資成本之和的設(shè)定比例取值；r3為貼現(xiàn)率；z4為電池更換站j的運(yùn)行年限；電動(dòng)汽車用戶換電年成本包含電量成本和時(shí)間成本兩部分：φ2＝φ
21
+φ
22
??????????????????????????
(6)式中：φ
21
、φ
22
分別表示用戶換電的電量成本和時(shí)間成本；其中，電量成本φ
21
為：式中：n為電池更換點(diǎn)j服務(wù)范圍內(nèi)包含的路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)；Y
j,k
表示折算后電池更換點(diǎn)j到第k個(gè)路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)所有換電用戶的總距離；表示電動(dòng)汽車用戶行駛單位距離的耗電量；p為單位耗電量的成本；時(shí)間成本φ
22
為：式中：γ表示電動(dòng)汽車用戶在換電行駛途中的平均速度；θ為電動(dòng)汽車用戶出行的時(shí)間成本；電池更換點(diǎn)j到服務(wù)范圍內(nèi)所有路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的總距離為：式中：L
j,k
為電池更換站j到其服務(wù)范圍內(nèi)路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)k的空間直線距離；λ
j,k
為電池更換站j到路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)k的城市道路非直線系數(shù)；q
k
為路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)k需要更換電池的用戶數(shù)量；將式(7)—(9)帶入式(6)中，得到規(guī)劃區(qū)域所有電池更換站服務(wù)范圍內(nèi)，用戶到電池更換站換電的總成本為：非直線系數(shù)是指城市道路兩節(jié)點(diǎn)間的實(shí)際交通距離與空間直線距離之比，其值越小表明兩節(jié)點(diǎn)間的交通越便捷，最小值為1。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮天然氣壓力能利用的充換電設(shè)施規(guī)劃方法，其特征
在于，步驟3中所述約束條件包括：(1)電池更換站到路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)距離約束電池更換站到其服務(wù)范圍內(nèi)的路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)之間的距離不大于一定的數(shù)值，即滿足如下約束：λ
j,k
D
j,k
≤D
max
????????????????????????
(11)式中：D
j,k
表示電池更換站j到路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)k的空間直線距離；D
max
為電池更換站到路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)之間的最大距離；(2)電池更換站站間距離約束電池更換站的站間距離不小于一定的數(shù)值，即滿足如下約束：λ
jk
d
j,k
≥d
min
????????????????????????
(12)式中：λ
jk
為電池更換站j到電池更換站k的城市道路非直線系數(shù)；d
j,k
為電池更換站j到電池更換站k的空間直線距離；d
min
為電池更換站站間的最小距離。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮天然氣壓力能利用的充換電設(shè)施規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟4包括：將天然氣管網(wǎng)看成一個(gè)開口系統(tǒng)，天然氣在從調(diào)壓前的狀態(tài)到調(diào)壓后穩(wěn)定的狀態(tài)過程中，天然氣的比焓為：e
x,h
＝h1?
h2?
T0(s1?
s2)
?????????????????????
(13)式中：e
x,h
表示天然氣的比焓單位為kJ/kg；h1、h2表示天然氣調(diào)壓前和調(diào)壓后的比焓，單位為kJ/kg；T0表示環(huán)境溫度，單位為K；s1、s2表示天然氣調(diào)壓前和調(diào)壓后的比熵，單位為kJ/(kg
·
K)；根據(jù)熱力學(xué)熵的關(guān)系式：式中：Δs表示天然氣調(diào)壓前后的比熵差，單位為kJ/(kg
·
K)；c
p
表示天然氣的比定壓熱容，單位為kJ/(kg
·
K)；T1、T2表示天然氣調(diào)壓前和調(diào)壓后的溫度，單位為K；R
g
表示天然氣的氣體常數(shù)，單位為kJ/(kg
·
K)；P1、P2表示天然氣在調(diào)壓前和調(diào)壓后的絕對(duì)壓力，單位為MPa；將式(14)代入式(13)中可得：將高壓天然氣調(diào)壓過程中的比焓分解為兩部分，即由溫差引起的比溫度e
x,T
和由壓差引起的比壓力e
x,P<...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鄧靚，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：大唐水電科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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