一种考虑CSP电站耦合AA-CAES电站的系统优化调度方法技术方案

本发明专利技术属于储能系统优化调度领域，具体涉及一种考虑CSP电站耦合AA‑CAES电站的系统优化调度方法，包括：构建CSP电站与AA‑CAES电站的耦合系统，该耦合系统的能流关系为：CSP电站和AA‑CAES电站中的蓄能系统耦合打通，每个电站的热量产出单元所产出的热量为两个电站的热量消耗单元共用；工作模式为：各热量产出单元启动时将能量储存在共用的蓄能系统中，各热量消耗单元启动时从蓄能系统获取热量；根据能流关系和工作模式，建立含所述耦合系统的电力系统优化运行模型，用于电力系统的日前优化调度。本发明专利技术提出CSP电站耦合AA‑CAES电站，每个电站的热量产出单元所产出的热量为两个电站的热量消耗单元共用，避免储热装置的重复投资，增加系统内部热量调度的灵活性，实现热量互济。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑CSP电站耦合AA-CAES电站的系统优化调度方法
本专利技术属于储能系统优化调度领域，更具体地，涉及一种考虑CSP电站耦合AA-CAES电站的系统优化调度方法。
技术介绍
大力发展清洁能源，减少对化石燃料的使用，已经成为世界各国的重要共识。风能和太阳能受到了社会各界越来越广泛的关注。但由于风电和光伏具有波动性和间歇性等强不确定特性，其可预测性和可调节能力较差，其大规模并网给电力系统的安全稳定运行带来了巨大的冲击与挑战。因此，如何安全高效地实现风光资源的规模化消纳，成为了近年来研究的热点问题之一。大规模储能技术是促进清洁能源大规模消纳的重要手段和关键技术。在众多储能技术中，压缩空气储能(CompressedAirEnergyStorage，CAES)作为除抽水蓄能外另一种已具备商业化运行经验的大规模物理储能技术，被公认为是未来储能技术发展的重要发展方向之一。先进绝热压缩空气储能(AdvancedAdiabaticCompressedAirEnergyStorage，AA-CAES)技术通过压缩热的回收再利用，有效克服了传统燃气轮机补燃式CAES电站发电过程依赖化石燃料的弊端，实现了运行全过程的无污染和零排放。现有关于AA-CAES系统优化调度的研究中，大多仅考虑AA-CAES电站单独参与电力系统优化调度，忽略了AA-CAES电站灵活的外部拓展热源能力，制约了AA-CAES电站热量调度的灵活性，当AA-CAES电站出现气、热不匹配问题时会造成部分能量的浪费，一定程度上影响了AA-CAES系统的运行经济性。
技术实现思路
本专利技术提供一种考虑CSP电站耦合AA-CAES电站的系统优化调度方法，用以解决现有AA-CAES电站内部热量调度灵活性受限的问题，通过AA-CAES电站与CSP电站的耦合运行有效实现了耦合系统内部的热量互济，提高了耦合系统的运行经济性。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种考虑CSP电站耦合AA-CAES电站的系统优化调度方法，包括：构建CSP电站和AA-CAES电站的耦合系统，该耦合系统的能流关系为：CSP电站和AA-CAES电站中的蓄能系统耦合打通，每个电站的热量产出单元所产出的热量为两个电站的热量消耗单元共用；工作模式为：各热量产出单元启动时将能量储存在共用的蓄能系统中，各热量消耗单元启动时从所述蓄能系统获取热量；根据所述能流关系和所述工作模式，建立包含所述耦合系统的电力系统优化运行模型，用于电力系统的日前优化调度。本专利技术的有益效果是：本专利技术提出CSP电站和AA-CAES电站的耦合系统，将CSP电站和AA-CAES电站中的蓄能系统耦合打通，即CSP电站和AA-CAES电站共用蓄能系统，每个电站的热量产出单元所产出的热量为两个电站的热量消耗单元共用。一方面可以避免储热装置基本部件的重复投资，另一方面增加耦合系统内部热量调度的灵活性，使得CSP电站的产热/释热单元与AA-CAES电站的产热/释热单元可以实现热量互济，保证热量的充分利用，有效解决了AA-CAES电站内部热量调度灵活性受限的问题，并改善了系统运行的经济性。上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步，所述耦合系统包括：CSP电站中的聚光集热子系统和光热发电子系统，以及AA-CAES电站中的压缩储能子系统和膨胀释能子系统；其中，四个子系统中的蓄能系统耦合在一起，所述能流关系具体为：所述聚光集热子系统和所述压缩储能子系统均为热量产出单元，前者用于将太阳能转化为热能，后者用于将电力系统中的盈余电能转化为热能和高压气体；所述光热发电子系统和所述膨胀释能子系统均为热量消耗单元，前者用于吸收所述聚光集热子系统和所述压缩储能子系统所产生的热能来驱动汽轮机发电，后者用于利用所述聚光集热子系统和所述压缩储能子系统所产生的热能和高压气体来驱动发电机发电。进一步，所述工作模式具体为：当电力系统处于用电低谷期且光照资源丰富时，聚光集热子系统和/或压缩储能子系统启动，吸收太阳能和盈余的电能，并将其存储在共用的蓄能系统中；当电力系统处于用电高峰期或者出现供电缺额时，光热发电子系统和/或膨胀释能子系统启动，吸收所述蓄能系统中存储的热能和气体势能，并将其转化为电能为系统提供支撑；其中所述蓄能系统不同时进行储热和放热。进一步，根据实际需要，所述热量产出单元所产生的能量不经过储蓄直接用于与所述热量消耗单元进行能量交换。本专利技术的进一步有益效果是：当CSP电站与AA-CAES电站各自独立运行时，CSP电站中聚光集热子系统中产生的热量仅能供给光热发电子系统或者存储在蓄能系统中，同理AA-CAES电站压缩储能子系统产生的热能仅能存储在蓄能系统中进而供给膨胀释能子系统，系统内部热量流动较为单一。而当CSP电站与AA-CAES电站耦合运行之后，系统的运行灵活性被大大提高：聚光集热子系统与压缩储能子系统作为产热单元和储能单元，其产生的热量和能量可以存储在共用的蓄能系统中或者直接供给光热发电子系统和膨胀释能子系统来进行发电。进一步，所述耦合系统的优化运行模型是以电力系统综合成本最低为目标，制定日前火电机组、AA-CAES电站和CSP电站的启停计划与调度出力计划，其中，所述优化运行模型的目标函数表示为：minCtotal＝CTh,e+CTh,r+CCAES+CCSP+CWc；式中，CTh,e为常规机组的运行成本，CTh,r为常规机组的旋转备用成本，CCAES为压缩空气储能电站的运维成本，CCSP为光热电站运行成本，CWc为弃风惩罚成本。进一步，所述优化运行模型的约束条件包括：系统功率平衡约束，系统备用约束，常规机组运行约束，常规机组备用约束，AA-CAES电站运行约束，AA-CAES电站备用约束，CSP电站运行约束，以及CSP电站备用约束。进一步，所述AA-CAES电站运行约束包括：压缩工况约束，膨胀过程约束，储气室约束，储热装置约束，以及运行工况约束；但不包括AA-CAES电站的爬坡约束、启停约束和工况转化约束。本专利技术的进一步有益效果是：AA-CAES电站相较于常规火电机组及传统CAES电站的一大优势是：AA-CAES电站内部不含有燃料燃烧过程，其动态响应特性相较于常规火电机组有了明显的提高，故在建立规划约束模型时可以忽略AA-CAES电站的爬坡约束、启停约束和工况转化约束，这在一定程度上简化了约束模型。进一步，在日前调度中忽略CSP电站内容能量交换的动态过程，所述CSP电站运行约束包括：聚光集热模块运行约束、储热模块运行约束和发电系统运行约束。本专利技术的进一步有益效果是：考虑到调度问题所关心的时间间隔尺度远远大于CSP电站内部动态过程的时间常数，因此在日前调度模型中可以忽略CSP电站内容能量交换的动态过程。进一步，CSP电站耦合AA-CAES电站而会共用储热装置，充分发挥光热电站聚光集热模块的补热作用以及AA-CAES电站的热电联产优势，故将AA-CAES电站的储热装置约束与光热电站中的储热装置约束共同表示为：<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑CSP电站耦合AA-CAES电站的系统优化调度方法，其特征在于，包括：/n构建CSP电站和AA-CAES电站的耦合系统，该耦合系统的能流关系为：CSP电站和AA-CAES电站中的蓄能系统耦合打通，每个电站的热量产出单元所产出的热量为两个电站的热量消耗单元共用；工作模式为：各热量产出单元启动时将能量储存在共用的蓄能系统中，各热量消耗单元启动时从所述蓄能系统获取热量；/n根据所述能流关系和所述工作模式，建立包含所述耦合系统的电力系统优化运行模型，用于电力系统的日前优化调度。/n

【技术特征摘要】
1.一种考虑CSP电站耦合AA-CAES电站的系统优化调度方法，其特征在于，包括：
构建CSP电站和AA-CAES电站的耦合系统，该耦合系统的能流关系为：CSP电站和AA-CAES电站中的蓄能系统耦合打通，每个电站的热量产出单元所产出的热量为两个电站的热量消耗单元共用；工作模式为：各热量产出单元启动时将能量储存在共用的蓄能系统中，各热量消耗单元启动时从所述蓄能系统获取热量；
根据所述能流关系和所述工作模式，建立包含所述耦合系统的电力系统优化运行模型，用于电力系统的日前优化调度。


2.根据权利要求1所述的一种考虑CSP电站耦合AA-CAES电站的系统优化调度方法，其特征在于，所述耦合系统包括：CSP电站中的聚光集热子系统和光热发电子系统，以及AA-CAES电站中的压缩储能子系统和膨胀释能子系统；其中，四个子系统中的蓄能系统耦合在一起，所述能流关系具体为：
所述聚光集热子系统和所述压缩储能子系统均为热量产出单元，前者用于将太阳能转化为热能，后者用于将电力系统中的盈余电能转化为热能和高压气体；所述光热发电子系统和所述膨胀释能子系统均为热量消耗单元，前者用于吸收所述聚光集热子系统和所述压缩储能子系统所产生的热能来驱动汽轮机发电，后者利用所述聚光集热子系统和所述压缩储能子系统所产生的热能和高压气体来驱动膨胀机工作带动发电机发电。


3.根据权利要求2所述的一种考虑CSP电站耦合AA-CAES电站的系统优化调度方法，其特征在于，所述工作模式具体为：
当电力系统处于用电低谷期且光照资源丰富时，聚光集热子系统和/或压缩储能子系统启动，吸收太阳能和盈余的电能，并将其存储在蓄能系统中；当电力系统处于用电高峰期或者出现供电缺额时，光热发电子系统和/或膨胀释能子系统启动，吸收蓄能系统中存储的热能和气体势能，并将其转化为电能为系统提供支撑；其中蓄能系统不同时进行储热和放热。


4.根据权利要求3所述的一种考虑CSP电站耦合AA-CAES电站的系统优化调度方法，其特征在于，根据实际需要，所述热量产出单元所产生的能量不经过储蓄直接用于与所述热量消耗单元进行能量交换。


5.根据权利要求1至4任一项所述的一种考虑CSP电站耦合AA-CAES电站的系统优化调度方法，其特征在于，含所述耦合系统的电力系统优化运行模型是以电力系统综合成本最低为目标，制定日前火电机组、AA-CAES电站和CSP电站的启停计划与调度出力计划，其中，所述优化运行模型的目标函数表示为：minCtotal＝CTh,e+CTh,r+CCAES+CCSP+CWc；式中，CTh,e为常规机组的运行成本，CTh,r为常规机组的旋转备用成本，CCA...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗世洪，张松岩，尹斌鑫，王廷涛，姚福星，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42