【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于能源运用领域，特别涉及一种考虑碳转移处理和混合余能利用的碳中和能源系统的低碳优化方法。
技术介绍
1、负荷需求和新能源出力的错峰也导致碳中和能源系统(cnes)未能充分利用新能源，同时，cnes的多能量耦合利用也还未得到充分挖掘。在综合能源系统(ies)中加入了储能系统和储热罐(tst)来回收余电和余热，zhao等人在ies中加入了电转气设备(p2g)，能够将多余的电能经过p2g甲烷化实现余电回收。将余热供给碳捕捉设备能够实现对余热的利用。通过配置储电和储热设备，可以进一步利用ies的余电和余热。然而，上述的余电和余热处理方式都比较单一，电池储能、p2g储能和电制氢储能都有各自的优点，tst也受容量的约束，单一的余电和余热处理方式会导致ies在储能时需要配置更大的容量，增加投资成本，如果能够将余能经过多层储存，一部分存储至储能设备，另一部分与碳捕捉系统(ccs)进行耦合，被ccs进行再次利用的话，那么不仅能降低能源的浪费和ccs的运行成本，也能够降低能量储能系统(ess)和tst的配置容量。综上，多种储电和储热混合搭配有助于系统发挥各自储能设备的优势，降低储能设备的投资成本和碳捕捉成本。
2、除此之外，目前大多数碳中和技术往往需要消耗大量的能源来捕获co2，从而导致了能源成本的增加或发电设备效率的下降，在火电厂中配置碳捕捉设备让发电厂整体效率下降约13％。碳捕捉技术需要大量能源，而cnes在运行过程通常会产生大量浪费的能量。将系统的余热输送给碳捕捉系统(ccs)，不仅能降低了碳捕捉的能源成本，还能缓解因
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种考虑碳转移处理和混合余能利用的碳中和能源系统的低碳优化方法。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种考虑碳转移处理和混合余能利用的碳中和能源系统的低碳优化方法，包括如下步骤：
3、步骤1，建立碳中和能源系统的数学模型；
4、步骤2，在步骤1的碳中和能源系统中加入混合余能利用系统；
5、步骤3，对步骤2的系统加入碳转移处理策略；
6、步骤4，给出改进型碳中和能源系统的目标函数。
7、进一步的，所述步骤1具体包括：
8、传统的碳中和能源系统cnes包括ies和碳捕捉系统；提出的改进型碳中和能源系统icnes对其需求侧负荷、余能利用、碳捕捉系统ccs以及运行和配置方式进行了改进；icnes主要由四个子系统组成，分别为：区域(1)的cnes，区域(2)的混合余电利用系统reus，区域(3)的余热利用系统rhus，区域(4)的碳转移处理系统ctps；
9、在区域(1)中的cnes中，为了满足建筑电需求，新能源发电设备风力机组wt和光伏pv优先供电，之后由电能产生单元pgu补充供电，当pgu运行在最大功率仍然不足以满足电能需求时，系统从电网购电；为了满足建筑热需求，新能源发电设备太阳能集热器st优先供热，其次由pgu的热回收装置hr供热，最后由辅助锅炉ab补充不足热能；制冷设备分别为电动制冷机ec和吸收式制冷机ac，提供的热量最后经过换热器he提供给建筑；碳捕捉所需的能量来自ab。
10、进一步的，所述步骤2具体包括：
11、混合余能利用系统heeus根据能量的差异分为reus和rhus，reus将余电进行多层利用，rhus对余热进行双层利用；
12、1)混合余电利用系统reus
13、首先，和传统的单层电储能不同，reus将能量储能系统ess作为第一层的储能；然后，多余的电能eex超过ess的容量时，将ess储存不了的电能输送给p2g，p2g将eex用于电解水，之后对电解水的产物h2进行甲烷化产生ch4，ch4作为天然气的主要成分，被输送到天然气管道，实现储能的效果；最后，当p2g的容量没办法完全吸收eex时，多余的电能被电锅炉eb转化为热量，这部分热量用于ccs，降低碳捕捉所需热量，实现电转热的储能效果，reus的数学模型如下所示：
14、
15、式中：ei表示设备i的输出功率，epv、ewt、epgu、eec、e分别表示光伏、风力、燃气轮机、电制冷机和电需求功率。和表示ess的充放电功率，ep2g表示第二层p2g储能，eeb表示第三层电转热式储能，ewaste表示最终浪费的电能；ess的充放电模型如下所示：
16、
17、式中：eess(t+1)和eess(t)分别表示在(t+1)和t时刻ess储存的电能，和分别表示在t时刻ess的充电和放电功率，和分别表示ess的充电和放电效率，这两个值都等于0.9，同时电池的充放电还服从以下约束：
18、
19、式中：ness表示ess的额定容量，socmin和socmax分别表示ess的最小和最大荷电状态，其分别等于0.10和0.95；
20、第二层余电利用为p2g，p2g的数学模型如下所示：
21、fp2g＝ep2g×ηp2g,f
22、式中：ηp2g,f表示p2g的天然气转化率，其等于65％；fp2g和ep2g分别表示p2g的天然气能量和电能。同时，p2g在甲烷化过程放出热能qp2g的热能计算如下：
23、qp2g＝ep2g×ηp2g,h
24、式中：ηp2g,h表示p2g的热效率，其等于11.88％，考虑到p2g的运行需要co2，而对ccs提供热量则可以捕捉co2，因此将这部分热量和ccs进行耦合能够提高p2g的表现，p2g余热供给ccs所捕捉的co2折算如下：
25、
26、
27、式中：ηp2g,ccs为p2g的碳捕捉效率，λccs表示ccs的热损失系数，其等于0.269mwh/t，表示p2g甲烷化过程中co2的消耗率，其等于11.2％；
28、第三层余电利用为eb，eb的数学模型如下所示：
29、qeb＝eeb×ηeb
30、式中：qeb表示eb产生的热量，ηeb表示eb的热转换效率，其等于0.9；2)余热利用系统rhus
31、首先，rhus将多余的热量qex储存到tst，实现第一层的储热；然后，当qex的热量大于tst可储存热量，这部分热量被输送到ccs用于碳捕捉，通过降低碳捕捉热量实现间接热储存，称这种余热利用策略为余热-碳捕捉模式rh-ccs；其中rhus的数学模型表示如下：
32、
33、式中：qst、qr、qab分别表示st、hr、ab产生的热量、qrh-ccs和qw本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种考虑碳转移处理和混合余能利用的碳中和能源系统的低碳优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种考虑碳转移处理和混合余能利用的碳中和能源系统的低碳优化方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：
3.根据权利要求2所述的一种考虑碳转移处理和混合余能利用的碳中和能源系统的低碳优化方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：
4.根据权利要求3所述的一种考虑碳转移处理和混合余能利用的碳中和能源系统的低碳优化方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：
5.根据权利要求4所述的一种考虑碳转移处理和混合余能利用的碳中和能源系统的低碳优化方法，其特征在于，所述步骤4具体包括：
【技术特征摘要】
1.一种考虑碳转移处理和混合余能利用的碳中和能源系统的低碳优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种考虑碳转移处理和混合余能利用的碳中和能源系统的低碳优化方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：
3.根据权利要求2所述的一种考虑碳转移处理和混合余能利用的碳中和能源系统的...
【专利技术属性】
技术研发人员：张钟炼，杨晓辉，汤丑焱，李墨轩，王晓鹏，梅凌昊，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：
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