一种面向全产业链的低碳化综合能源系统灵活建模方法技术方案

本发明专利技术公开了一种面向全产业链的低碳化综合能源系统灵活建模方法，属于综合能源系统技术领域。具体包括以下内容，首先，对综合能源系统在不同层面(输网、配网和用户)上的关键技术和可用的灵活性资源进行了综述；然后，对源

【技术实现步骤摘要】
一种面向全产业链的低碳化综合能源系统灵活建模方法


[0001]本专利技术属于综合能源系统
，具体讲，涉及一种面向全产业链的低碳化综合能源系统灵活建模方法。

技术介绍

[0002]随着温室气体的日益增加，在传统产业中进行低碳革命已成为一种世界性的意识。为了应对这一趋势，许多发达国家和组织都发布了他们的节能计划，碳排放峰值和中和也是当前全世界都共同努力实现达到的目标。
[0003]为此，能源工业，特别是综合能源系统(IES)因其在减少碳排放方面的进步而受到越来越多的关注。一般来说，二氧化碳的消耗技术包括两大类，即主动和被动方式。IESs中的主动方式通过整合集中式/分布式可再生能源，在源侧/负荷侧作为替代能源进行处理。此外，利用碳捕集、利用和储存(CCUS)等碳回收技术改造能源工厂也被认为是另一种主动的方式。CCUS是一项很有前途的CO2净化和再利用技术，已被国际组织标准化，并应用于CO2驱油领域。对于被动式方式，它表现为一种联合策略，以更高的能源效率运营和规划IES。在此过程中，共同优化源
‑
网
‑
荷
‑
储等柔性资源，如多储能、需求侧管理(DSM)、拓扑重构等。然而，上述研究都面临着两个问题：
①
低碳化并没有被明确地规定到IESs的整个产业链上。只有部分环节，即发电厂和住宅管理，实行低碳化版本；其他(网络、存储设备等)没有被建模来直接减少碳排放。
②
一些碳循环技术，如CO2驱油和有机朗肯循环(ORC)，在低碳化环境中尚未得到很好的讨论。因此，有必要对全产业链低碳进行整体的优化建模，鉴于此，本专利技术提出一种面向全产业链的低碳化综合能源系统灵活建模方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提出一种面向全产业链的低碳化综合能源系统灵活建模方法，通过对IESs中主要的灵活性资源进行重塑，引入了CO2驱油和ORC等新技术，并对其进行建模，以进一步实现低碳化。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0006]一种面向全产业链的低碳化综合能源系统灵活建模方法，包括如下步骤：
[0007]S1、对综合能源系统在不同层面上的关键技术和可用的灵活性资源进行综述；
[0008]S2、基于S1中所述内容，在综合能源系统中提出“全碳链”的概念，对源、网、荷、储中的灵活性资源进行改造重塑；
[0009]S3、基于S2中重构后的综合能源系统，将输网级层面和配网级层面的低碳模型结合起来，构建一个双层运行模型。
[0010]优选地，所述综合能源系统在不同层面上的关键技术包括有：可再生能源消费、多能流、多能量存储、拓扑扩展、分布式优化、能源市场、DSM和电动汽车管理；所述综合能源系统中可用的灵活性资源分为源、网、荷、储四组。
[0011]优选地，S2中所述源重塑具体包括以下内容：
[0012]1)可再生能源重塑：在能源替代方面，通过火电厂的替代功率来计算可再生能源消耗的碳汇，具体计算公式为：
[0013][0014][0015]式(1)和式(2)为可再生能源的统一模型，式中，表示可再生能源碳汇；表示煤耗曲线反函数；ω
Co
表示未采用任何碳回收技术的单位煤的CO2排放量；表示可再生能源机组的设置；能源机组的设置；和分别为单位n的输出功率、等式约束和不等式约束；其中，用风能光伏、水电站、生物质能、氢能或热泵的发电量来表示；
[0016]2)含有碳捕集技术的热电厂重塑：将碳捕集技术引入热电厂以捕获和回收CO2，通过最小化碳排放以实现对热电厂的重塑，具体公式表示为：
[0017][0018][0019]式中：表示热电厂的碳排放量；为热电厂/CCUS装置的集合；和分别是{输出功率，消耗功率}，{热电厂n，碳捕集装置n}的等式约束和不等式约束；为碳捕集装置n的捕获效率；
[0020]3)含有碳捕集技术的天然气井重塑：碳捕集技术在天然气井中的应用具体指CO2驱油，对CO2驱油进行重新建模以提高天然气井中储存的碳，具体公式表示为：
[0021][0022]式(5)描述了考虑CO2扩散的渗流过程，式中，表示储碳浓度；D0和ξ分别为液态CO2流动的速度、扩散系数和粘度；μ是一个比例常数；表示CO2流动的距离；
[0023]假设则式(5)可变换为：
[0024][0025]在式(6)中，由于是时变的，因此放弃解整合其他解决方案，获得低碳版天然气井，如下：
[0026][0027][0028]式中：表示天然气井组；和分别为n气井的速度、等式约束和不等式约束；
[0029]4)含有有机朗肯循环的热电联供机组重塑：所述有机朗肯循环实现将废热转化为
电能，其由蒸发器、发电机、水轮机、冷凝器和水泵组成，具体工作原理为：在蒸发器中利用余热蒸发工液，然后通过旋转发电机和水轮机来发电；之后，气态工作流体被冷凝器和水泵进行循环利用；在此过程中，工质的温度T和比熵S保持循环变化，基于上述内容构建稳态模型：
[0030][0031]式中，η
ORC
和分别为ORC的转化效率和消耗的余热；η
HC
为传热效率；h1、h2和h4分别为节点1、2、4的比焓(kJ/kg)；p3和p4分别为节点3、4的压力(MPa)；{P
tTb
，η
Tb
}和{P
tWB
，η
WB
}分别表示水轮机和水泵的{输出/消耗功率、效率}；
[0032]根据式(9)，将具有有机朗肯循环的热电联供机组进行重构：
[0033][0034][0035]式中：表示热电联产机组中的碳排放量；表示一套CHP机组/ORC系统；表示单位天然气排放的CO2(t/m3)；表示机组n的输出功率；和分别是{CHP机组n，ORC系统n}的转换效率、等式约束和不等式约束；
[0036]5)电转气站重塑：电转气技术化学步骤处理表示为：
[0037][0038]根据式(12)，将电转气站低碳化模型表示为：
[0039][0040][0041]式中：和分别为P2G站的碳汇和集合；和σ
Co
分别为单位H2和煤的发热量；表示电解电源，为0
‑
1变量，当P2G为可再生能源供电时，1变量，当P2G为可再生能源供电时，表示CH4的密度；表示P2G站n消耗的CO2；和分别为P2G站n的输出功率、效率、等式约束和不等式约束；式(13)中，用于评价H2的等效节煤量。
[0042]优选地，S2中所述网重塑具体包括以下内容：
[0043]对中和能源系统的拓扑结构在不同的运行和规划时间尺度上进行优化，将能量损失从非碳化建筑成本中分离出来，并使用以下模型重新计算：
[0044][0045][0046][0047]式中：表示展开拓扑的碳排放量；γ表示碳捕集发展的折现率；d
E
是一个阶段内的当量天数；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向全产业链的低碳化综合能源系统灵活建模方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、对综合能源系统在不同层面上的关键技术和可用的灵活性资源进行综述；S2、基于S1中所述内容，在综合能源系统中提出“全碳链”的概念，对源、网、荷、储中的灵活性资源进行改造重塑；S3、基于S2中重构后的综合能源系统，将输网级层面和配网级层面的低碳模型结合起来，构建一个双层运行模型。2.根据权利要求1所述的一种面向全产业链的低碳化综合能源系统灵活建模方法，其特征在于，所述综合能源系统在不同层面上的关键技术包括有：可再生能源消费、多能流、多能量存储、拓扑扩展、分布式优化、能源市场、DSM和电动汽车管理；所述综合能源系统中可用的灵活性资源分为源、网、荷、储四组。3.根据权利要求1所述的一种面向全产业链的低碳化综合能源系统灵活建模方法，其特征在于，S2中所述源重塑具体包括以下内容：1)可再生能源重塑：在能源替代方面，通过火电厂的替代功率来计算可再生能源消耗的碳汇，具体计算公式为：的碳汇，具体计算公式为：式(1)和式(2)为可再生能源的统一模型，式中，表示可再生能源碳汇；表示煤耗曲线反函数；ω
Co
表示未采用任何碳回收技术的单位煤的CO2排放量；表示可再生能源机组的设置；机组的设置；和分别为单位n的输出功率、等式约束和不等式约束；其中，用风能光伏、水电站、生物质能、氢能或热泵的发电量来表示；2)含有碳捕集技术的热电厂重塑：将碳捕集技术引入热电厂以捕获和回收CO2，通过最小化碳排放以实现对热电厂的重塑，具体公式表示为：小化碳排放以实现对热电厂的重塑，具体公式表示为：式中：表示热电厂的碳排放量；为热电厂/CCUS装置的集合；和分别是{输出功率，消耗功率}，{热电厂n，碳捕集装置n}的等式约束和不等式约束；为碳捕集装置n的捕获效率；3)含有碳捕集技术的天然气井重塑：碳捕集技术在天然气井中的应用具体指CO2驱油，对CO2驱油进行重新建模以提高天然气井中储存的碳，具体公式表示为：式(5)描述了考虑CO2扩散的渗流过程，式中，表示储碳浓度；D0和ξ分别为液态CO2流动的速度、扩散系数和粘度；μ是一个比例常数；表示CO2流动的距离；假设则式(5)可变换为：
在式(6)中，由于是时变的，因此放弃解整合其他解决方案，获得低碳版天然气井，如下：天然气井，如下：式中：表示天然气井组；和分别为n气井的速度、等式约束和不等式约束；4)含有有机朗肯循环的热电联供机组重塑：所述有机朗肯循环实现将废热转化为电能，其由蒸发器、发电机、水轮机、冷凝器和水泵组成，具体工作原理为：在蒸发器中利用余热蒸发工液，然后通过旋转发电机和水轮机来发电；之后，气态工作流体被冷凝器和水泵进行循环利用；在此过程中，工质的温度T和比熵S保持循环变化，基于上述内容构建稳态模型：式中，η
ORC
和分别为ORC的转化效率和消耗的余热；η
HC
为传热效率；h1、h2和h4分别为节点1、2、4的比焓(kJ/kg)；p3和p4分别为节点3、4的压力(MPa)；{P
tTb
，η
Tb
}和{P
tWB
，η
WB
}分别表示水轮机和水泵的{输出/消耗功率、效率}；根据式(9)，将具有有机朗肯循环的热电联供机组进行重构：根据式(9)，将具有有机朗肯循环的热电联供机组进行重构：式中：表示热电联产机组中的碳排放量；表示一套CHP机组/ORC系统；表示单位天然气排放的CO2(t/m3)；表示机组n的输出功率；表示机组n的输出功率；和分别是{CHP机组n，ORC系统n}的转换效率、等式约束和不等式约束；5)电转气站重塑：电转气技术化学步骤处理表示为：根据式(12)，将电转气站低碳化模型表示为：根据式(12)，将电转气站低碳化模型表示为：式中：和分别为P2G站的碳汇和集合；和分别为单位H2和煤的发热量；表示电解电源，为0...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨文涛，范睿智，靳奥晨，程敏，周政雷，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：