一种风-氢-煤耦合系统的低碳效益评估方法技术方案

本发明专利技术属于能源低碳效益评估领域，具体公开了一种风

【技术实现步骤摘要】
一种风
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氢
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煤耦合系统的低碳效益评估方法


[0001]本专利技术属于能源低碳效益评估领域，具体地说是一种风
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氢
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煤耦合系统的低碳效益评估方法。

技术介绍

[0002]随着能源问题与气候变化问题日益凸出，实现低碳发展、减少化石能源的过度消耗逐渐成为人类社会的共同目标。传统能源系统规划局限于电、气、热(冷)等单一能源形式系统的内部，无法充分发挥它们之间的互补优势和协同效益，特别是对于风煤富集区域，存在可再生能源消纳与煤炭清洁利用的问题。要兼顾风能的就地消纳和风煤富集区域资源的优化配置，就必须走煤化工和电力融合发展的路径，以电解水制氢为桥梁，将煤炭和风能资源相连接。
[0003]在区域风电技术扩散及预测方面,RAO K U和KISHORE V V N在2009年发表的《Wind power technology diffusion analysis in selected states of India》，DAVIES SW和DIAZ
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风
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氢
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煤耦合系统的低碳效益评估方法，其特征在于，包括依次进行的以下步骤：S1、基于风
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氢
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煤耦合系统中的历史风电装机数据，构建风电技术扩散模型，预测规划水平年的风电装机容量；S2、利用步骤S1预测的规划水平年的风电装机容量，模拟得到风
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氢
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煤耦合系统的生产规模；S3、识别风
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氢
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煤耦合系统的生产规模下的碳排放源，核算CO2排放量，构建风
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氢
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煤耦合系统低碳效益评估模型，计算风
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氢
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煤耦合系统的净收益和低碳效益，分析风
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氢
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煤耦合系统低碳效益的影响因素。2.根据权利要求1所述的一种风
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氢
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煤耦合系统的低碳效益评估方法，其特征在于，风
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氢
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煤耦合系统包括风力发电子系统、火力发电子系统、电解水子系统、压缩存储子系统、富氢燃气轮机和煤化工制甲醇子系统，风
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氢
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煤耦合系统的运营模式为：风力发电子系统输出总能量的f
wf
倍用于电解水子系统制氢，剩余的能量用于并网消纳；电解水子系统制得的氢气总量的f
jc
倍用于煤化工制甲醇子系统中煤化工生产，剩余氢气用作富氢燃气轮机的燃料，电解水子系统制得的氧气全部用于煤化工制甲醇子系统中煤化工生产。3.根据权利要求2所述的一种风
‑
氢
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煤耦合系统的低碳效益评估方法，其特征在于，步骤S1中构建风电技术扩散模型，预测规划水平年的风电装机容量，具体为：采用对广义Bass模型添加冲击函数的方式，构建风电技术扩散模型，风电技术扩散模型的表达式为：公式中，P
W,t
为第t年风电的装机容量；p和q分别为风电技术的创新系数和模仿系数；m为区域风电装机潜力；e为自然常数；x(τ)为冲击函数，其为可积函数，用来表征外部因素对风电装机容量的影响，0≤τ≤t，当x(t)＞1时，外部因素为积极影响，x(t)＜1时，为消极影响，当x(t)＝1时，模型为标准巴斯模型，不计及外部因素对风电装机容量的影响。4.根据权利要求3所述的一种风
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氢
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煤耦合系统的低碳效益评估方法，其特征在于，x(t)包括指数冲击和矩形冲击，指数冲击是指在某一时间产生冲击，影响随时间推移减弱，矩形冲击是指在某一时间段产生冲击，其影响强度不随时间推移而改变；x(t)表达式为：公式中，a1为指数冲击的起始时间，b1为指数冲击的衰减速度，c1为指数冲击的冲击强度；e为自然常数；a2为矩形冲击的起始时间，b2为矩形冲击的结束时间，c2为矩形冲击的冲击强度；I为区间函数，在t≥a1时函数为1，在a2≤t≤b2时函数为1。5.根据权利要求4所述的一种风
‑
氢
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煤耦合系统的低碳效益评估方法，其特征在于，外部因素包括低碳政策力度、区域经济发展水平以及电力行业低碳技术突破；通过低碳政策力度、区域经济发展水平以及电力行业低碳技术突破对风电发展影响时间长度和影响强度的分析，为风电发展设置三种不同的低碳情景，分别为第一低碳情景、第二低碳情景和第三
低碳情景，定义三种低碳情景下的冲击函数，对冲击函数中指数冲击的起始时间、指数冲击的衰减速度、指数冲击的冲击强度、矩形冲击的起始时间、矩形冲击的结束时间和矩形冲击的冲击强度进行参数赋值；第一低碳情景的低碳政策为延续现有的低碳政策，区域经济发展水平为按照现阶段经济增速核算，低碳技术突破为无突破；利用区域历史风电装机容量数据对风电技术扩散模型内部参数进行估计，并对未来风电扩散路径不加干预，即不添加任何冲击函数令x(t)＝1；第二低碳情景的低碳政策为实行绿色电力证书交易制度，利用矩阵冲击表征其对风电发展的影响过程；区域经济发展水平处于上行通道，利用指数冲击表征其对风电发展的影响；低碳技术突破为储能技术处于示范阶段，不考虑低碳技术突破；第三低碳情景的低碳政策为在实行绿色电力证书交易制度的基础上，政府提供金融支持，金融支持的变量作为矩形冲击影响风电发展；区域经济发展水平用指数冲击表征；低碳技术突破为各类储能技术规模化应用，对风电技术扩散有积极作用，但作用强度会随时间推移减弱，利用指数冲击表征其对风电发展的影响。6.根据权利要求2所述的一种风
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氢
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煤耦合系统的低碳效益评估方法，其特征在于，步骤S2中通过各个子系统的耦合关系约束模拟得到风
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氢
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煤耦合系统的生产规模，风
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氢
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煤耦合系统的生产规模满足能量转换约束；各个子系统的耦合关系约束包括电解水制氢速率约束、富氢燃气轮机稳定运行约束和煤化工制甲醇子系统稳定运行约束；通过电解水制氢速率约束计算得到电解槽规模，通过富氢燃气轮机稳定运行约束计算得到富氢燃气轮机规模，通过煤化工制甲醇子系统稳定运行约束计算得到煤化工制甲醇子系统规模；
①
电解水制氢速率约束风力发电子系统输出总能量的f
wf
倍用于电解水子系统制氢，电解水子系统中电解槽制氢氢速率与制氢功率可表示为P
EL
＝P
W
f
wf
公式中，为电解水子系统的制氢速率；η
F
为法拉第效率；P
EL
为电解水子系统制氢功率；F为法拉第常数；V
m
表示氢气的气体摩尔体积；Ω
el
为串联电解小室个数；U
el
为单个电解小室电压；P
W
为风力发电子系统规划容量；f
wf
为风力发电子系统输出总能量用于电解水子系统制氢的比例；
②
富氢燃气轮机稳定运行约束电解水子系统制得的氢气总量的f
jc
倍用于煤化工制甲醇子系统中煤化工生产，剩余氢气用作富氢燃气轮机的燃料，富氢燃气轮机规划容量P
G
表达式为公式中，为电解水子系统的制氢速率；μ为单位电量消耗的氢气量，T
EL
为电解槽年运行小时数；T
G
为富氢燃气轮机的年运行小时数；f
jc
为电解水子系统制得的氢气总量用于煤化工制甲醇子系统中煤化工生产的比例；
公式中，f
syn
为用作富氢燃气轮机燃料的合成气中天然气与氢气的比例，g为富氢燃气轮机单位电量消耗的天然气量；
③
煤化工制甲醇子系统稳定运行约束电解水子系统制得的氢气总量的f
jc
倍用于煤化工制甲醇子系统中煤化工生产，煤化工制甲醇子系统的稳定运行约束表达式为公式中，P
M
为煤化工制甲醇子系统年产量；为电解水子系统的制氢速率；η
M
为煤化工制甲醇子系统效率，T
M
为煤化工制甲醇子系统的年运行小时数；V
m
表示氢气的气体摩尔体积；f
jc
为电解水子系统制得的氢气总量用于煤化工制甲醇子系统中煤化工生产的比例。7.根据权利要求2所述的一种风
‑
氢
‑
煤耦合系统的低碳效益评估方法，其特征在于，步骤S3中风
‑
氢
‑
煤耦合系统低碳效益评估模型的表达式为F1＝I
grid
+I
M
+I
CT
‑
C
total
公式中，F1为风
‑
氢
‑
煤耦合系统规划年净收益；I
grid
为风
‑
氢
‑
煤耦合系统并网总收益；I
M
为风
‑
氢
‑
煤耦合系统出售甲醇收益；I
CT
为风
‑
氢
‑
煤...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭建华，张爱军，李丹丹，邢华栋，慕腾，刘会强，闫桂红，郭裕，雷轲，达尔汗，任斌，赵越，图力古日，姜景耀，
申请(专利权)人：内蒙古电力集团有限责任公司内蒙古电力科学研究院分公司，
类型：发明
国别省市：