【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及综合能源系统低碳调度，具体涉及一种基于富氧燃烧-光热电站的综合能源系统低碳调度方法。
技术介绍
1、近年来，co2的大量排放引起了一系列环境问题，因此人们开始逐步向绿色清洁、低碳环保的能源时代过渡。
2、碳捕集封存技术是推动火电机组低碳发展的关键技术，但这种技术存在成本高、碳捕集水平不足等缺陷。因此，富氧燃烧技术受到越来越多的关注。目前对富氧燃烧技术的研究主要包括运行特性和经济性因素分析。具体有富氧燃烧流化床锅炉烟气循环动态分析、多级空气压缩机压缩和冷却过程中的能耗计算、以及一些投资运行成本的分析。
3、光热电站作为一种实现“光-热-电”多能转换的新型发电形式，且配有大容量储热系统，具有一定的能量时移特性。目前，大部分研究集中于光热电站与风光新能源发电的协同优化运行方面，为了进一步提高综合能源系统运行的潜力，提高能量利用效率，光热电站开始作为核心机组参与到综合能源系统调度中，并结合p2g设备实现热电多能联供，从而提高综合能源系统的灵活运行能力。
4、上述研究中的光热电站均未考虑与富氧燃烧机组耦合，未能充分挖掘光热电站内部热电解耦的潜力，且没有实现可再生能源的合理利用。因此，为了实现综合能源系统的低碳经济运行，促进风光的消纳能力，研究一种基于富氧燃烧-光热电站的综合能源系统低碳调度方法具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种基于富氧燃烧-光热电站的综合能源系统低碳调度方法，旨在获得最低的系统
2、为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种基于富氧燃烧-光热电站的综合能源系统低碳调度方法，包括以下步骤：
3、步骤1：将富氧燃烧机组和光热电站引入到综合能源系统，分别分析富氧燃烧机组和光热电站的运行特性以及进行建模；
4、步骤2：分析两阶段电转气的运行特性以及对两阶段电转气模型进行数学建模；
5、步骤3：建立富氧燃烧机组-光热电站的协同运行框架，研究二者联合运行的机理，研究综合能源系统内部运行情况；
6、步骤4：构建电、热、气、氢4种能量流的平衡方程和阶梯碳交易模型，建立以碳交易成本、机组运行和购气成本、碳封存成本、运维和弃风成本之和最小为目标函数的低碳经济调度模型，并调用gurobi求解器对设置的不同场景进行求解分析。
7、进一步地，所述步骤1中，分别将富氧燃烧机组和光热电站引入到综合能源系统中，具体包括：
8、1)：构建富氧燃烧机组的数学模型，其能量平衡、供氧平衡、碳排放平衡表示为：
9、
10、式中，分别为t时段富氧燃烧机组总功率、空分制氧装置出力、碳捕集装置出力、富氧燃烧机组净输出功率；分别为t时段消耗的富氧总量、空分制氧装置制取的富氧量、电转气(power to gas,p2g)制取的富氧量；分别为t时段储氧罐的储、放氧量；和分别为t时段总碳排放量和净碳排放量；分别为t时段碳捕集装置捕获的co2量、p2g消耗的co2量、封存的co2量；
11、
12、式中：α为空分制氧装置制造单位氧气所需能耗；β为碳捕集装置捕集单位co2所需能耗；γ为富氧燃烧机组产生单位电能所需氧气量，δ为碳捕集装置的碳捕集水平，e为单位碳排放强度；
13、由上式两式可以推出净输出功率表达式：
14、
15、此外，富氧燃烧机组还需满足如下条件：
16、
17、式中：为t-1时段富氧燃烧机组总功率；分别为机组总出力上、下限；分别为机组爬坡总出力上、下限；
18、同时，空分制氧装置和碳捕集装置也要满足下列约束：
19、
20、式中：为空分制氧装置的出力上限；分别为t-1时段空分制氧装置的出力、空分制氧装置爬坡出力上下限；为碳捕集装置出力上限；分别为t-1时段碳捕集装置的出力、碳捕集装置爬坡出力上下限；为机组净出力上限；分别为t-1时段机组净出力、机组爬坡净出力上下限；分别为富氧燃烧机组耗氧上限、空分制氧装置制氧上限；
21、2)：构建光热电站的数学模型，光热电站包括镜场、发电机以及储热系统；光热电站的输入功率由光场通过太阳光辐射转化的热功率表示；光场收集的热功率为：
22、
23、式中：λgr表示镜场的光-热能量转化效率；smf表示镜场总面积；dt表示t时段太阳光辐射强度；
24、t时段镜场向储热系统提供的热量为：
25、
26、式中：为t时段镜场向发电机提供的热量；为t时段光热电站损失的热量；
27、t时段光热电站出力为：
28、
29、式中：λrd为热电转化效率，为t时段储热系统向发电机提供的热量；分别为光热电站出力上、下限；分别为t-1时段光热电站的出力、光热电站出力爬坡上、下限；
30、光热电站内部储热系统应满足如下等式约束：
31、
32、式中：hsst、hsst-1分别为t时段、t-1时段储热系统热量，λloss为储热系统自损失系数；λch、λdis分别为储、放热效率；分别为t时段储、放热功率；为t时段储热系统向热负荷提供的热量；为t时段热回收器向储热系统提供的热量；另外，储热系统还需满足以下约束：
33、
34、式中：分别为储热系统最大储、放热功率；t为储热系统最大运行小时数；hssmin、hsst分别为储热系统的最小热量、t时段储热系统的热量；hss1、hss24分别为初始时刻和结束时刻的热量。
35、进一步地，所述步骤2中，构建两阶段p2g模型，其运行机理如下：p2g过程分为两个阶段，第一阶段为电制氢过程，在电解槽中通电电解产生氢气和氧气，第二阶段为氢气甲烷化过程，利用生成的氢气在甲烷反应器中与co2反应生成ch4，供应给气负荷和燃气机组；两阶段电转气模型如下：
36、
37、式中：分别为t时段电解槽输入的电功率、电解槽输入电功率的上下限；分别为时段生成的h2和ch4的体积；ηp2h、分别为电制氢和甲烷化的转换效率；分别为h2和ch4的热值；
38、同温同压条件下，气体体积之比等于物质的量之比，故生成氧气的体积otp2g为：
39、
40、同理可得甲烷化过程需要的co2的质量为：
41、
42、式中：为co2密度，取1.964kg/m3。
43、进一步地，所述步骤3中，研究富氧燃烧机组与光热电站的联合运行机理：当富氧燃烧机组单独运行时，分别为富氧燃烧机组电功率净出力的上、下限；其电功率净出力范围为当引入csp电站后，其电功率净出力的范围由1，2两点增加至3，4两点，即电功率净出力范围增加为增加的电出力区间为进一步消纳风电提供了更多的上网容量，提高了系统的灵活性。
44、进一步地，所述步骤3中，在富氧燃烧机组-本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于富氧燃烧-光热电站的综合能源系统低碳调度方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述基于富氧燃烧-光热电站的综合能源系统低碳调度方法，其特征在于：所述步骤1中，分别将富氧燃烧机组和光热电站引入到综合能源系统中，具体包括：
3.根据权利要求1所述基于富氧燃烧-光热电站的综合能源系统低碳调度方法，其特征在于：所述步骤2中，构建两阶段P2G模型，其运行机理如下：P2G过程分为两个阶段，第一阶段为电制氢过程，在电解槽中通电电解产生氢气和氧气，第二阶段为氢气甲烷化过程，利用生成的氢气在甲烷反应器中与CO2反应生成CH4，供应给气负荷和燃气机组；两阶段电转气模型如下：
4.根据权利要求1所述基于富氧燃烧-光热电站的综合能源系统低碳调度方法，其特征在于：所述步骤3中，研究富氧燃烧机组与光热电站的联合运行机理：当富氧燃烧机组单独运行时，分别为富氧燃烧机组电功率净出力的上、下限；其电功率净出力范围为当引入CSP电站后，其电功率净出力的范围由1，2两点增加至3，4两点，即电功率净出力范围增加为增加的电出力区间为进一步消纳风电提供了更多的上网
5.根据权利要求1所述基于富氧燃烧-光热电站的综合能源系统低碳调度方法，其特征在于：所述步骤3中，在富氧燃烧机组-光热电站联合运行模式下，富氧燃烧机组、光热电站、燃气机组与负荷共同参与调度，光热电站可以缓解热电联产机组的电热耦合程度，提升系统的调度灵活性，富氧燃烧机组利用电制氢反应中产生的氧气作为补充，从而缓解空分制氧装置的运行压力；另外，碳捕集设备可将捕集的部分CO2提供给甲烷反应器生成CH4，既产生了大量清洁能源，又可以避免CO2在封存运输过程中发生泄露污染环境。
6.根据权利要求1所述基于富氧燃烧-光热电站的综合能源系统低碳调度方法，其特征在于：所述步骤4中，电、热、气、氢4种能量流的平衡方程如下：
7.根据权利要求1所述基于富氧燃烧-光热电站的综合能源系统低碳调度方法，其特征在于：所述步骤4中，阶梯碳交易模型包括：
8.根据权利要求1所述基于富氧燃烧-光热电站的综合能源系统低碳调度方法，其特征在于：所述步骤4中，以碳交易成本、机组运行和购气成本、碳封存成本、运维和弃风成本之和最小为目标函数的低碳经济调度模型如下：
...【技术特征摘要】
1.一种基于富氧燃烧-光热电站的综合能源系统低碳调度方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述基于富氧燃烧-光热电站的综合能源系统低碳调度方法，其特征在于：所述步骤1中，分别将富氧燃烧机组和光热电站引入到综合能源系统中，具体包括：
3.根据权利要求1所述基于富氧燃烧-光热电站的综合能源系统低碳调度方法，其特征在于：所述步骤2中，构建两阶段p2g模型，其运行机理如下：p2g过程分为两个阶段，第一阶段为电制氢过程，在电解槽中通电电解产生氢气和氧气，第二阶段为氢气甲烷化过程，利用生成的氢气在甲烷反应器中与co2反应生成ch4，供应给气负荷和燃气机组；两阶段电转气模型如下：
4.根据权利要求1所述基于富氧燃烧-光热电站的综合能源系统低碳调度方法，其特征在于：所述步骤3中，研究富氧燃烧机组与光热电站的联合运行机理：当富氧燃烧机组单独运行时，分别为富氧燃烧机组电功率净出力的上、下限；其电功率净出力范围为当引入csp电站后，其电功率净出力的范围由1，2两点增加至3，4两点，即电功率净出力范围增加为增加的电出力区间为进一步消纳风电提供了更多的上网容量，提...
【专利技术属性】
技术研发人员：张玉文，过慈伟，舒征宇，王喜召，饶迪，喻祥，尹星宇，贾可凡，邵浩然，李再港，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：
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