确定地理纬度与生物质热电厂原料消耗量关系的方法

摘要

本发明是确定地理纬度与生物质热电厂原料消耗量关系的方法。先确定分析目标和研究区域，建立一元多项式模拟模型，确定研究区域内热能需求水平。根据确定的研究区域内热能需求水平，结合电能需求水平计算能源需求量和热电比。根据不同类型生物质载体的热值及占比，确定生物质载体类型对热值的影响，确定研究区域内生物质载体平均热值；建立生物质热电厂原料消耗模型，确定地理纬度与生物质热电厂原料消耗量的关系。本发明加强对可以更准确地为拟建生物质热电厂的服务区域的确定提供策划建议，相对于传统的生物质热电厂原料消耗量计算，本发明新增加热电比季节波动系数等，使整个计算过程更加贴近现实状况，能够获得较高精度的计算结果。

说明书

技术领域

本发明涉及城市规划技术领域领域，是一种确定地理纬度与生物质热电厂原料消耗量关系的方法。

背景技术

我国现阶段存在大量地区可利用的生物质能潜力与当地能源需求量不匹配的问题，导致大量生物质载体没有得到合理的利用。现阶段，国内城市大量生物质载体存在浪费现象，缺乏在地理纬度上对生物质资源的统一规划。

发明内容

本发明针对国内大量生物质载体没有得到合理利用，缺乏在地理纬度上对生物质资源的统一规划，提供了一种确定地理纬度与生物质热电厂原料消耗量关系的方法，本发明提供了以下技术方案：

一种确定地理纬度与生物质热电厂原料消耗量关系的方法，包括以下步骤：

步骤一：确定分析目标和研究区域，分别根据地理纬度与采暖室外计算温度以及地理纬度与采暖室外平均温度的散点图建立一元多项式模拟模型，分别确定地理纬度与采暖室外计算温度以及地理纬度与采暖室外平均温度的关系；

步骤二：根据民用建筑耗热量和供热面积，确定研究区域内热能需求水平；

步骤三：根据确定的研究区域内热能需求水平，结合电能需求水平计算能源需求量和热电比；

步骤四：根据不同类型生物质载体的热值及占比，确定生物质载体类型对热值的影响，确定研究区域内生物质载体平均热值；

步骤五：建立生物质热电厂原料消耗模型，确定地理纬度与生物质热电厂原料消耗量的关系。

优选地，所述步骤一具体为：

第一步：选择若干个纬度在114°到118°之间，海拔在10m-50m，气候区属为3A城镇，作为分析目标和研究区域；

第二步：确定目标城镇的采暖室外计算温度与采暖室外平均温度；

第三步：分别绘制地理纬度与采暖室外计算温度样本散点图和地理纬度与采暖室外平均温度样本散点图；

第四步：利用EXCEL软件对散点图拟合，利用一元线性回归方程拟合散点图关系，建立地理纬度与计算采暖室外计算温度和地理纬度与采暖室外平均温度的一元多项式模拟模型如下：

其中，T_a为所述研究区域计算采暖室外平均温度，单位为℃；T_wn为采暖室外计算温度，单位为℃；为地理纬度，单位为rad。

优选地，所述步骤二具体为：

第一步：通过如下采暖平均热负荷模型确定采暖平均热负荷：

Q_np＝q_n(T_n-T_a)/(T_n-T_wn)(3)

其中，Q_np为采暖平均热负荷，单位为kW；q_n为采暖设计热负荷，单位为kW；T_n为室内设计温度，单位为℃，T_a为所述研究区域计算采暖室外平均温度，单位为℃；T_wn为采暖室外计算温度，单位为℃；

第二步：通过所述研究区域的建筑的采暖全年耗热量的测算模型确定单个建筑的采暖全年耗热量，所述的研究区域的建筑的采暖全年耗热量的测算模型如下：

其中，为单个建筑的采暖全年耗热量，单位为kJ；Q_np为采暖平均热负荷，单位为kW；N为采暖期天数；

第三步：通过所述研究区域的建筑的生活热水全年耗热量的测算模型确定单个建筑的生活热水全年耗热量，所述的研究区域的建筑的生活热水全年耗热量的测算模型如下：

其中，为单个建筑的生活热水全年耗热量，单位为kJ；Q_sp为采暖期生活热水平均热负荷，单位为kW；Q_spx为非采暖期生活热水平均热负荷；

第四步：根据单个建筑的采暖全年耗热量和生活热水全年耗热量，通过下式确定所述研究区域的热能需求水平：

其中，E_g为所述研究区域的年热能需求，单位为kJ；为单个建筑的采暖全年耗热量，单位为kJ；为单个建筑的生活热水全年耗热量，单位为kJ；F为所需供热面积，单位为m²。

优选地，所述步骤三具体为：

第一步：通过下式确定所述研究区域的年电能需求水平：

其中，E_p为所述研究区域的年电能需求，单位为kW；i为产品编号，n为所述研究区域中产品总数量；b_i为未来某时段的国民生产总值增加值的预测值；g_i为单位耗电量的预测值；

第二步：根据确定的所述研究区域的年热能需求水平E_g和所述研究区域电能需求水平E_p，建立所述研究区域的年能源需求模型如下：

E＝aE_p+bE_g(8)

其中，E为所述研究区域的年能源需求，单位为kWh；a为用电波动系数；b为用热意外损耗系数；

第三步：通过下式确定年平均热电比：

其中，ard为年平均热电比；E_g为所述研究区域的年热能需求，单位为kJ；E_p为所述研究区域的年电能需求，单位为kW。

优选地，所述步骤四具体为：

第一步：确定不同林种面积，秸秆产量、畜禽粪便排放量和城市垃圾资源实物量，根据不同林种面积，秸秆产量、畜禽粪便排放量和城市垃圾资源实物量确定所述研究区域内生物质载体的类型及其在全部生物质载体中所占比例；

第二步：使用热值检测仪对全部生物质载体进行热值检测，确定不同生物质对应的热值；

第三步：建立如下平均热值模型确定所述研究区域生物质载体平均热值：

其中，H为所述研究区域生物质载体平均热值，单位为kJ/kg；j为生物质载体编号；m为研究区域内生物质载体类型总数；H_j为生物质载体类型所对应的热值，单位为kJ/kg；W_j为一种生物质载体在全部生物质载体中所占的比例。

优选地，所述步骤五具体为：

第一步：根据研究区域的年电能需求量E_p和年平均热电比ard，结合热电比季节波动系数，通过如下供热量模型确定供热量与供电量之间的关系：

E_g＝α_kardE_p×3600kJ/(kW·h)(II)

其中，E_g为供热量，单位为kJ；α_k为热电比季节波动系数，k为季度编号；

第二步：通过如下能源需求模型确定所述研究区域的能源需求量：

E＝α_kardE_p×3600kJ/(kW·h)+E_p×3600kJ/(kW·h)(12)

其中，E为能源需求量，单位为kJ；

第三步：根据能源需求量E和所述研究区域生物质载体平均热值H，通过建立如下生物质热电厂原料消耗量模型，计算生物质热电厂原料消耗量：

其中，B为生物质热电厂原料消耗量，单位为kg；σ为热效率；H为所述研究区域生物质载体平均热值，单位为kJ/kg。

本发明具有以下有益效果：

本发明对不同纬度地区的能源需求量进行评估，根据生物质载体的生态潜力及时空分析，建设更合理的生物质资源供应模式。

本发明将生物质能利用与原料需求相结合，加强对生物质资源的整合分析和统一规划，减少资源的浪费，可以更准确地为拟建生物质热电厂的服务区域的确定提供策划建议。

相对于传统的生物质热电厂原料消耗量计算，本发明新增加热电比季节波动系数等，使整个计算过程更加贴近现实状况，能够获得较高精度的计算结果。

附图说明

图1是确定地理纬度与生物质热电厂原料消耗量关系的方法的流程图。

图2是地理纬度与采暖室外计算温度样本散点图。

图3是地理纬度与采暖室外平均温度样本散点图。

图4是采暖室外计算温度与计算采暖室外平均温度图表。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行了详细说明。

具体实施例一：

根据图1所示，本发明提供一种确定地理纬度与生物质热电厂原料消耗量关系的方法，包括以下步骤：

步骤一：确定分析目标和研究区域，分别根据地理纬度与采暖室外计算温度和地理纬度与采暖室外平均温度的散点图建立一元多项式模拟模型，分别确定地理纬度与采暖室外计算温度和地理纬度与采暖室外平均温度的关系；

步骤二：根据民用建筑耗热量和供热面积，确定研究区域内热能需求水平；

步骤三：根据确定的研究区域内热能需求水平，结合电能需求水平计算能源需求量和热电比；

步骤四：根据不同类型生物质载体的热值及占比，确定生物质载体类型对热值的影响，确定研究区域内生物质载体平均热值；

步骤五：建立生物质热电厂原料消耗模型，确定地理纬度与生物质热电厂原料消耗量的关系。

具体实施例二：

一种确定地理纬度与生物质热电厂原料消耗量关系的方法，所述方法包括：

步骤一：根据《民用建筑热工设计规范》确定分析目标，根据地理纬度与采暖室外计算温度、地理纬度与采暖室外平均温度的散点图建立一元多项式模拟模型，然后对散点图进行拟合确定地理纬度与采暖室外计算温度、地理纬度与采暖室外平均温度的关系；

根据《中国城市经纬度表》、《中国城市海拔高度表》选择若干个经度在114°到118°之间、海拔高度10m-50m、气候区属为3A的城镇，作为后续步骤所需分析目标和研究区域；

根据《民用建筑热工设计规范》确定目标城镇的采暖室外计算温度与计算采暖期室外平均温度，绘制如图表4所示。根据获得的目标城镇计算采暖期室外平均温度与计算采暖期室外平均温度，分别绘制纬度与计算采暖期室外计算温度样本散点图如图2所示，纬度与采暖室外平均温度样本散点图如图3所示。

利用EXCEL软件对散点图进行拟合，从纬度与采暖期室外计算温度样本散点图2、纬度与采暖室外平均温度样本散点图3可以看出：散点图呈现向下的变化趋势，因此使用一元线性回归方程拟合其关系。

建立地理纬度与计算采暖室外计算温度和地理纬度与采暖室外平均温度的一元多项式模拟模型如下：

其中，T_a为所述研究区域计算采暖室外平均温度，单位为℃；T_wn为采暖室外计算温度，单位为℃；为地理纬度，单位为rad。

步骤二：依托民用建筑耗热量、供热面积，确定所述研究区域内热能需求水平；

根据获得的纬度与计算采暖期室外计算温度、纬度与采暖室外平均温度的关系，确定采暖平均热负荷，通过如下采暖平均热负荷模型确定采暖平均热负荷：

Q_np＝q_n(T_n-T_a)/(T_n-T_wn)(3)

其中，Q_np为采暖平均热负荷，单位为kW；q_n为采暖设计热负荷，单位为kW；T_n为室内设计温度，单位为℃，T_a为所述研究区域计算采暖室外平均温度，单位为℃；T_wn为采暖室外计算温度，单位为℃；

根据城市设计热力规范，获取单个建筑的采暖全年耗热量，通过所述研究区域的建筑的采暖全年耗热量的测算模型确定单个建筑的采暖全年耗热量，所述的研究区域的建筑的采暖全年耗热量的测算模型如下：

其中，为单个建筑的采暖全年耗热量，单位为kJ；Q_np为采暖平均热负荷，单位为kW；N为采暖期天数；

根据城市设计热力规范，获取单个建筑的生活热水全年耗热量，通过所述研究区域的建筑的生活热水全年耗热量的测算模型确定单个建筑的生活热水全年耗热量，所述的研究区域的建筑的生活热水全年耗热量的测算模型如下：

其中，为单个建筑的生活热水全年耗热量，单位为kJ；Q_sp为采暖期生活热水平均热负荷，单位为kW；Q_spx为非采暖期生活热水平均热负荷；

结合获得的单个建筑的采暖全年耗热量和生活热水全年耗热量，通过下式确定所述研究区域的热能需求水平：

其中，E_g为所述研究区域的年热能需求，单位为kJ；为单个建筑的采暖全年耗热量，单位为kJ；为单个建筑的生活热水全年耗热量，单位为kJ；F为所需供热面积，单位为m²。

步骤三：根据获得的热能需求水平，结合电能需求水平计算能源需求量与年平均热电比；

根据城市历年统计年鉴中的电力消耗水平，获取所述研究区域的电能需求水平，通过下式确定所述研究区域的年电能需求水平：

其中，E_p为所述研究区域的年电能需求，单位为kW；i为产品编号，n为所述研究区域中产品总数量；b_i为未来某时段的国民生产总值增加值的预测值；g_i为单位耗电量的预测值；

根据确定的所述研究区域的年热能需求水平E_g和所述研究区域电能需求水平E_p，建立所述研究区域的年能源需求模型如下：

E＝aE_p+bE_g(8)

其中，E为所述研究区域的年能源需求，单位为kWh；a为用电波动系数；b为用热意外损耗系数；

根据获得的所述研究区域年热能需求，结合获得的电能需求获取年平均热电比：

其中，ard为年平均热电比；E_g为所述研究区域的年热能需求，单位为kJ；E_p为所述研究区域的年电能需求，单位为kW。

步骤四：根据不同类型生物质载体的热值及占比，确定生物质载体类型对热值的影响，进而确定研究区域内生物质载体平均热值；

生物质能源类型多样，主要由森林能源、农作物秸秆、禽畜粪便及生活垃圾构成。根据已有统计数据和资料确定不同林种面积，秸秆产量、畜禽粪便排放量和城市垃圾资源实物量，根据不同林种面积，秸秆产量、畜禽粪便排放量和城市垃圾资源实物量确定所述研究区域内生物质载体的类型及其在全部生物质载体中所占比例；

运用热值检测仪对全部生物质载体进行热值检测，根据获得的不同生物质载体占比和获得的不同生物质载体所对应的热值生成所述研究区域生物质载体的平均热值，所述平均热值模型确定所述研究区域生物质载体平均热值如下所示：

其中，H为所述研究区域生物质载体平均热值，单位为kJ/kg；j为生物质载体编号；m为研究区域内生物质载体类型总数；H_j为生物质载体类型所对应的热值，单位为kJ/kg；W_j为一种生物质载体在全部生物质载体中所占的比例。

步骤五：利用获得的生物质载体平均热值，根据生物质热电厂原料消耗量模型确定地理纬度与生物质热电厂原料消耗量的关系。

根据电能需求量与热电比，结合热电比季节波动系数，确定供热量与供电量之间的关系，通过如下供热量模型确定供热量与供电量之间的关系：

E_g＝α_kardE_p×3600kJ/(kW·h)(11)

其中，E_g为供热量，单位为kJ；α_k为热电比季节波动系数，k为季度编号；

根据确定的供热量，获取所述研究区域的能源需求量，通过如下能源需求模型确定所述研究区域的能源需求量：

E＝α_kardE_p×3600kJ/(kW·h)+E_p×3600kJ/(kW·h)(12)

其中，E为能源需求量，单位为kJ；

根据确定的能源需求量，结合生物质载体平均热值，计算生物质热电厂原料消耗量，所述生物质热电厂原料消耗量的模型为：

其中，B为生物质热电厂原料消耗量，单位为kg；σ为热效率；H为所述研究区域生物质载体平均热值，单位为kJ/kg。

本发明对不同纬度地区的能源需求量进行评估，根据生物质载体的生态潜力及时空分析，建设更合理的生物质资源供应模式。本发明将生物质能利用与原料需求相结合，加强对生物质资源的整合分析和统一规划，减少资源的浪费，可以更准确地为拟建生物质热电厂的服务区域的确定提供策划建议。相对于传统的生物质热电厂原料消耗量计算，本发明新增加热电比季节波动系数等，使整个计算过程更加贴近现实状况，能够获得较高精度的计算结果。

以上所述仅是确定地理纬度与生物质热电厂原料消耗量关系的方法的优选实施方式，确定地理纬度与生物质热电厂原料消耗量关系的方法的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和变化，这些改进和变化也应视为本发明的保护范围。