Page 12 - 中国仿真学会通讯

２） 储热罐模型。

储热设备的典型物理模型［１１］ 可表示为

ＱＨＳ（ ｔ） ＝ （１ － μＬｏｓｓ ） ＱＨＳ（ ｔ０ ） ＋ Ｑ （ｃｈ Δｔ） η ｃｈ － ＱＨｄｉＳｓ（ Δｔ） （ １９）
ＨＳ ηｄｉｓ
ＨＳ
ＨＳ

式中： ＱＨＳ（ ｔ） 表示 ｔ 时刻储热罐的储热量； μＬｏｓｓ表示储热罐散热损失率； ＱＨＳ（ ｔ０） 表示初始 ｔ０ 时刻

储热罐的储热量； Ｑ ｃｈ （ Δｔ ） 表示 ｔ０ 至 ｔ 时刻之间储热罐的充热量； η ｃｈ 表 示 储 热 罐 的 充 热 效 率；
ＨＳ ＨＳ

Ｑ （ｄｉｓ Δｔ） 表示 ｔ０ 至 ｔ 时刻之间储热罐的放热量； η ｄｉｓ 表示储热罐的放热效率。 同时， 储热罐的经济
ＨＳ
ＨＳ

性模型［２１］ 可概括为

Ｃ ＨＳ ＝ Ｃｉｎｖ ＋ Ｃｉｎｓ ＋ Ｃｏｐｅ ＋ Ｃｃｈ （ ２０）
ＨＳ ＨＳ ＨＳ ＨＳ

ＢＨＳ ＝ Ｑｄｉｓ ｐ 或 Ｑ ｄｉｓ ｐＧ （ ２１）
ＨＳ ＨＳ

ΔＥＥＨ Ｅ ΔＶ Ｈ
Ｇ

式中： Ｃ ＨＳ 表示储热罐的成本项， 包含储热罐的初始投资成本 Ｃ ｉｎｖ 、 安装成本 Ｃ ｉｎｓ 、 运维成本 Ｃｏｐｅ
ＨＳ ＨＳ ＨＳ

以及储热时的热力成本 Ｃ ｃｈ ； Ｂ ＨＳ 表示储热罐的收益项， 主要来自于储热放热而减少的电力 ／ 天然
ＨＳ

气消耗； Ｑ ｄｉｓ 表示储热罐的放热量； ΔＥＨＥ 表示电制热设备每供应单位热量消耗的电量； ｐＥ 表示电
ＨＳ

力价格； ΔＶＨＧ 表示气制热设备每供应单位热量消耗的天然气量； ｐＧ 表示天然气价格。

２ １ ３ 天然气设备单元建模

综合能源系统中的独立型天热气设备单元主要包括天然气管网、 储气罐等［２２－２３］ ， 此类设备

只生产、 传输、 存储天然气。

１） 天然气管网模型。

天然气管网的输送能力物理模型［２４］ 可表示为

Ｍｄ ＝ ６７ ８６ éê Ｐ ２ － ＣＢ Ｐ ２ ùú Ｚａｖｅ ｄ５ （ ２２）
ｓ ｅ λＬＲＴ

êë Ｚ ２ Ｚ ２ ûú
ｓ ｅ

ｑｄ， ０ ＝ ３ ５２３ êé Ｐ ２ － ＣＢ Ｐ２ｅ úù Ｚａｖｅ ｄ５ （ ２３）
ｓ Ｚ２ｅ úû λＬρ０ Ｔ

êë Ｚ ２
ｓ

式中： Ｍｄ 表示天然气的质量流量； ｑｄ，０， 表示天然气在 １０１ ３２５ｋＰａ， ２７３ １５Ｋ 时的体积流量； Ｐｓ

表示天然气在管道起点的绝对压力额定值； Ｚｓ 表示天然气在管道起点的压缩因子； ＣＢ 表示天然

气的势能因子函数； Ｐｅ 表示天然气在管道终点的绝对压力额定值； Ｚｅ 表示天然气在管道终点的

压缩因子； Ｚａｖｅ表示天然气的平均压缩因子， 为 Ｚｓ 和 Ｚｅ 的平均值； ｄ 表示管道的内径； λ 表示

管道沿程阻力系数； Ｌ 表示管道长度； Ｒ 表示天然气气体常数； Ｔ 表示天然气温度； ρ０ 表示天然

气在 １０１ ３２５ｋＰａ， ２７３ １５Ｋ 时的密度。 气体压缩因子可表示为

１ ＝１ ＋ ５ ２７４ｐ１０１ ７８２ Δ （ ２４）
Ｚ Ｔ３ ８２５

式中： Ｚ 表示气体压缩因子； ｐ 表示天然气压力； Δ 表示天然气的相对密度。 天然气的势能因子

函数可表示为

ＣＢ ＝ １ ＋ ２ｇｈ （ ２５）
Ｚａｖｅ ＲＴ

式中： ｇ 表示重力加速度； ｈ 表示管道起点与终点的高度差。 管道的沿程阻力系数计算表达式为

１ ＝－ ２ １ｇ æＫ ＋ ２ ５１ ö （ ２６）
λ èç３ ７ｄ ÷

Ｒｅ λ ø

式中： Ｋ 表示管道内表面的当量绝对粗糙度； Ｒｅ 表示雷诺数。

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