能源系统健康管控与智能运维

本书以能源流转的产、储、配、用全过程为视角，以保障新一代综合能源系统高效可靠服役为目标，梳理了适应绿色发展新需求的相关技术，以能源系统全生命周期管控和运维为切入点，将人工智能和信息技术与能源的生产、设计、运维环节深度融合，针对不同能源应用场景介绍了评价诊断、动态预测、协同优化、健康管控技术的实施过程和降本增效的典型案例。

目录
前言
第1章 能源产业和技术现状 1
1.1 能源革命 1
1.2 国外能源政策和产业发展 2
1.2.1 欧盟颁布的能源政策 2
1.2.2 北欧地区的节能减排税收政策 2
1.2.3 德国的《可再生能源法》 3
1.2.4 英国电力脱碳措施 4
1.2.5 日本发展低碳经济的历史进程 4
1.3 中国能源生产和消费现状 4
1.4 能源领域的创新技术发展现状 7
1.4.1 能源统计和能效评价方法 7
1.4.2 能源管理监控系统 8
1.4.3 节能服务创新技术 9
1.4.4 新型储能装置 10
1.4.5 分布式能源系统 11
1.5 新一代能源系统的瓶颈问题 11
参考文献 14
第2章 能源系统的评价方法 15
2.1 能源系统评价诊断技术瓶颈 15
2.2 多指标综合评价方法对比 16
2.2.1 定量评价方法 16
2.2.2 定性评价方法 17
2.2.3 定量与定性结合的评价方法 18
2.3 模糊评价方法 18
2.4 层次分析法 20
2.5 VIKOR折中评价方法 22
2.6 基于决策树的运行能效评价 24
2.7 评价指标体系的构建原则 25
2.7.1 评价指标的筛选原则 26
2.7.2 评价指标的筛选方法 26
2.7.3 评价方法构建 27
2.7.4 评价方法的比较 28
参考文献 29
第3章 能源方案评价 30
3.1 集中供热系统的主要形式 30
3.2 集中供热系统的能耗特点 32
3.3 集中供热模式的评价指标 34
3.3.1 技术经济评价指标 34
3.3.2 社会效益评价指标 36
3.4 城市集中供热系统的方案评价 37
3.4.1 工程概况 37
3.4.2 能耗模拟分析 38
3.4.3 供热方案经济性比较 39
3.4.4 供热方案的综合评价 41
3.5 污水源热泵系统的方案评价 45
3.5.1 能源改造项目概况 45
3.5.2 供暖方案的模糊评价指标体系 46
3.5.3 基于拟优一致判断矩阵的改进层次分析法 48
3.5.4 污水源热泵供暖方案的定量评价 49
3.6 污水源热泵系统取水方式的评价 52
3.6.1 常见取水方式及特点 53
3.6.2 基于VIKOR算法的取水方式评价方法 55
3.6.3 基于VIKOR算法的取水方式评价 58
3.6.4 评价结果的验证 67
参考文献 70
第4章 建筑能源系统全过程综合评价 71
4.1 建筑能源系统全过程综合评价的必要性 72
4.2 能源改造方案评价与诊断 73
4.3 水源热泵系统运行能效评价 77
4.3.1 运行能效评价指标的选择 77
4.3.2 地下水流量对系统运行能效的影响 78
4.3.3 换热温差对系统运行能效的影响 78
4.3.4 水源热泵机组COP对系统运行能效的影响 79
4.4 建筑用能基准评价 81
4.5 机房设备群的可靠性评价 84
4.5.1 基于BSS算法的可靠性评价 85
4.5.2 水源热泵机组的健康能效评价 87
4.6 能源系统后评价 90
4.6.1 后评价指标体系 91
4.6.2 权重指标的计算 96
4.6.3 熵技术修正权重 102
4.6.4 指标体系权重计算结果 104
参考文献 106
第5章 用能和产能的动态负荷预测 107
5.1 智能预测技术发展现状 108
5.2 空调系统新风负荷预测 109
5.2.1 建筑概况 109
5.2.2 基于AHP的新风负荷影响因素分析 110
5.2.3 Elman神经网络 111
5.2.4 基于Elman神经网络的动态预测 113
5.2.5 基于遗传算法优化的Elman预测模型 116
5.2.6 新风负荷预测结果分析 119
5.3 空调负荷预测 123
5.3.1 能耗监测系统设计 123
5.3.2 基于BP神经网络的能耗预测模型 127
5.4 短期用电负荷预测 133
5.4.1 支持向量机预测方法 133
5.4.2 样本数据的预处理 134
5.4.3 电力负荷预测结果 136
5.5 风电功率的动态预测 137
5.5.1 风电功率预测技术现状 137
5.5.2 风电功率预测 138
参考文献 142
第6章 能源管理系统的节能优化和控制策略 143
6.1 基于物联网的建筑能耗监测系统 144
6.1.1 建筑能耗监测系统设计 144
6.1.2 物联网平台和数据库 146
6.1.3 能耗监测数据的处理 149
6.2 建筑能源系统运行能效评价 150
6.2.1 运行能效评价结果 150
6.2.2 空调系统的节能诊断 153
6.2.3 能效检测结果分析 157
6.3 基于动态负荷预测的负荷率优化 158
6.3.1 冷水机组能耗模型 158
6.3.2 多台冷水机组运行的目标函数 159
6.3.3 基于粒子群优化算法的负荷率分配优化 160
6.4 中央空调系统的协同优化 165
6.4.1 中央空调系统的能耗模型 165
6.4.2 基于粒子群优化算法的运行参数优化 168
6.5 能源系统的节能控制 172
6.5.1 Simulink仿真平台 172
6.5.2 冷却水系统能耗仿真 174
6.5.3 空调箱的自适应模糊PID控制 175
6.6 热泵机房的控制策略 181
6.7 夜间通风节能策略 184
6.7.1 能效诊断分析 185
6.7.2 夜间通风控制策略 185
参考文献 186
第7章 风电热泵储能系统的协同优化 187
7.1 多能互补能源系统的发展趋势 187
7.1.1 新一代绿色电力系统 187
7.1.2 风电储能技术的国内外现状 188
7.2 项目概况和供需侧能耗预测 190
7.2.1 需求侧的建筑能耗预测 192
7.2.2 供应侧风力发电功率预测 193
7.3 风电热泵储能系统的供暖运行模式 197
7.4 风电热泵混合储能系统的数值模型 201
7.4.1 水源热泵数学模型 201
7.4.2 蓄电池数学模型 202
7.4.3 固体蓄热机组 203
7.4.4 运行成本计算模型 205
7.5 基于粒子群优化算法的系统容量配置优化 206
7.5.1 系统的可靠性指标评价 206
7.5.2 混合储能系统容量配置优化模型 208
7.5.3 电储能系统优化方案与分析 210
7.5.4 混合储能系统的配置优化 213
7.6 风电热泵储能系统的优化运行 218
7.6.1 混合储能系统仿真模型的建立 219
7.6.2 热泵蓄热系统的运行能效分析 220
参考文献 224
第8章 复合材料部件缺陷转捩和损伤识别 226
8.1 能源装备健康监测面临的问题 226
8.2 原生缺陷演化过程的温度-应力关联分析 229
8.2.1 含缺陷流变性材料破坏理论 229
8.2.2 气泡缺陷演变的温度场分析 230
8.2.3 缺陷演变的临界温度跃变 231
8.2.4 微裂纹萌生的温度-应力关系 232
8.2.5 缺陷萌生微裂纹的试验研究 234
8.3 原生缺陷演化的转捩机理 241
8.3.1 GFRP层合板疲劳过程的应力特征 241
8.3.2 纤维受力基本方程 243
8.3.3 基体受力基本方程 244
8.3.4 正交各向异性复合层板的基本方程 244
8.3.5 原生缺陷层间开裂的平面应力计算 246
8.4 原生缺陷转捩的能量耗散模型 247
8.4.1 疲劳损伤的能量释放理论 247
8.4.2 试验方法和结果 248
8.4.3 红外热像试验结果与分析 251
8.4.4 内储能计算结果与分析 252
8.5 风力机叶片缺陷转捩的内储能判据 254
8.5.1 缺陷演化过程的能量耗散密度计算模型 255
8.5.2 疲劳试验过程 258
8.6 GFRP复合材料的损伤模式识别 264
8.6.1 AE信号采集系统和特征分析 264
8.6.2 AE信号的k均值聚类算法 266
8.6.3 材料分层缺陷的模式识别 269
参考文献 271
第9章 风力机叶片健康监测与智能运维 273
9.1 风电运维产业现状和发展动态 273
9.1.1 风电运维产业现状 273
9.1.2 风力机叶片健康监测发展动态 275
9.1.3 风力机叶片智能运维管理的发展动态 277
9.2 风力机叶片在线监测系统 278
9.2.1 风力机状态监测系统设计思路 278
9.2.2 叶片主梁裂纹的AE信号采集 280
9.2.3 基于AVMD-WVD的主梁损伤识别 281
9.3 基于红外热像的风力机叶片健康监测 287
9.3.1 风力机叶片无损检测技术 287
9.3.2 红外热像的图像增强算法 287
9.3.3 基于BP神经网络的缺陷类型自动识别 290
9.3.4 基于三维热传导模型的缺陷深度检测 293
9.3.5 风力机叶片缺陷检测和健康预测 297
9.4 随机载荷下风力机叶片主梁寿命预测 299
9.4.1 主梁褶皱缺陷的物理描述 299
9.4.2 疲劳损伤指数的定义 301
9.4.3 损伤累积模型 302
9.4.4 GFRP层合板寿命快速预测方法 303
9.4.5 试验结果和分析 305
9.4.6 随机载荷作用下的叶片主梁寿命预测 310
9.5 风力机叶片的修复方案和策略 315
9.5.1 叶片复合材料修复方法 316
9.5.2 阶梯形搭接挖补修复的仿真模型 318
9.5.3 主梁阶梯形挖补的修复方案分析 320
参考文献 323