【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于能源综合利用，具体的为一种变温影响下生物质能发电系统跨周期滚动优化运行方法。
技术介绍
1、据测算，到2030年我国生物质发电总装机容量将达到52gw，每年所能提供的清洁电力超过3300亿千瓦时。乡村生物质能丰沛的资源禀赋使其消纳利用具有巨大的发展潜力和提升空间。其中，利用畜牧业粪污、秸秆等生物质物料进行厌氧消化产生沼气是实现生物质能产业化发电并网的重要途径。乡村地区生物质物料在一定的水分、温度和厌氧条件下，通过微生物的分解代谢，历经厌氧消化水力停留周期(hrt)，最终形成可以被利用的沼气。沼气的产量受物料、温度、环境变化等多重复杂因素共同影响，往往需要外界供能来提升厌氧消化反应速率。我国畜牧业大多位于北部地区，大量乡村生物质在北方寒冷季节因低温难以稳定产沼，需要进行可靠增温以提高反应效率。但现有增温模式对增温引起的能量消耗缺乏精确计算，暂未建立精准量化其发电产出与增温能耗的数学模型，未充分考虑跨多个hrt环境变化与不确定因素的复杂影响。如何通过增温助产方法实现发电总量与能耗间的差值最大，使全周期输出发电量最大化，是当前乡村生物质能发电系统提质增效亟需解决的问题。
2、厌氧消化反应是乡村生物质产沼的核心环节，该过程的精准建模对于提升厌氧消化产沼效率具有重要意义。已有研究表明，在对生物质厌氧消化过程进行建模时，需充分考虑生物质物料性质、消化温度、hrt等因素的影响。现有模型中考虑了厌氧消化反应物料的化学性质和温度等重要因素，却没有综合考虑消化罐体所受太阳辐射增温、热传导、发电余热等多种热量变化因素。尚未建
3、在构建乡村生物质能发电系统模型时，温度是厌氧消化反应的核心自变量，温度适宜则微生物繁殖旺盛，产沼效果好。已有研究表明，采用沼气热电联产和热泵增温保持发酵温度有效可行，使用沼气发电机组余热来加热厌氧反应器也能有效提高温度与产沼量。现有研究采用的增温措施主要分为两类：其一是使用热电联产及余热回收增温；其二是引入外部热源辅助增温。然而目前对供热能耗与助增产量并没有进行定量分析。如何采用沼气发电余热回收设备与外部热源设备协同增温，实现增发电量与消耗能量的差值最大还需进一步探究。
4、由于厌氧消化设备受乡村环境温度、太阳辐射波动等不确定因素影响，如何在乡村生物质能发电系统优化运行中考虑并适应上述不确定性，是待解决的重要问题。现有研究使用随机优化、两阶段鲁棒优化、滚动优化等方式来应对不确定性。虽然国内外学者针对不确定性的优化方法展开了深入研究，但乡村生物质发电系统运行时间跨度长，对设备出力进行决策时不仅要考虑现有状态，也要考虑跨周期运行下环境温度、太阳辐射量等不确定性，利用预测数据的更新不断对剩余时刻进行滚动优化，生成不确定性下的跨周期乡村生物质能发电系统滚动优化运行方案。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种变温影响下生物质能发电系统跨周期滚动优化运行方法，使生物质发电系统在全周期运行中适应环境变化与不确定性，增加沼气产量，实现沼气发电量输出最大化，提高系统运行的经济性和能源利用效率。
2、为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种变温影响下生物质能发电系统跨周期滚动优化运行方法，包括如下步骤：
4、步骤一：导入数据：包括厌氧消化参数、消化罐结构参数以及全年各调度时刻的历史典型太阳辐射和空气温度数据；
5、步骤二：创建生物质能产沼及发电综合优化模型，对厌氧消化过程进行模拟；
6、步骤三：以厌氧消化水力停留周期为滚动调度周期，以最大净产沼为目标，建立滚动优化模型；m＝1；
7、步骤四：将滚动优化模型经过线性处理转化为milp问题，求解决策预测域内的设备运行状态，保留控制域的求解结果；
8、步骤五：判断m的值是否等于一年内运行的总周期数m：若是，则滚动结束；若否，则执行步骤六；
9、步骤六：记录当前时刻的厌氧消化温度与设备工作状态，将厌氧消化温度作为下一个滚动调度周期的初始厌氧消化温度，将电锅炉的爬坡约束与下一轮调度串联；更新预测域的待决策点数目及下一个控制域的环境数据；m＝m+1，执行步骤四。
10、进一步，所述生物质能产沼及发电综合优化模型包括生物质能产沼模型、生物质能发电及增温助产模型和生物质能产沼及发电能量约束。
11、进一步，所述生物质能产沼模型包括生物质物料预处理模型、厌氧消化产沼模型和沼气净化与贮存模型；
12、(1)生物质物料预处理模型为：
13、
14、式中：为t时刻物料预处理消耗热量；cbio为物料的比热容；ttmas为物料进入消化罐的温度；为厌氧消化温度；mbio为每日进料量；ηh为进出料换热效率；
15、(2)厌氧消化产沼模型为：
16、
17、
18、
19、式中：为微生物生长速率；为单位体积的物料在时刻的产沼量；为t时刻的初生沼气产量；bh为所用物料经充分发酵所得甲烷总产量；cvs为物料挥发性固体浓度；vad为发酵罐容积；zhrt为水力停留周期，指一批物料从进入消化罐至完全排出消化罐历经时长；kd、φ1和φ2为微生物发酵参数；
20、(3)沼气净化与贮存模型中：
21、净化处理模型为：
22、
23、式中：为t时刻成熟沼气总产量；ηp为净化提纯转换率；
24、储气柜进出气模型为：
25、
26、式中，分别为储气柜t时刻的进气量、输出量；为t时刻储气柜内沼气量；分别表示储气柜进气、出气时转换效率；
27、沼气流向约束为：
28、
29、
30、储气柜进出气流速约束为：
31、
32、式中：为储气量上下限；为最大传输沼气量；表示发电所利用沼气量。
33、进一步，所述生物质能发电及增温助产模型包括沼气发电及余热回收模型和温助产环节模型；
34、(1)沼气发电及余热回收模型为：
35、
36、
37、式中：为发电所利用沼气量，ptbg为沼气发电功率；为沼气发电用沼气量上下限；lhv为沼气低热值；ηbg为发电机电热转换比；
38、
39、式中：hthr为余热回收功率；ηr为余热回收热效率；
40、(2)温助产环节模型为：
41、
42、
43、式中：ηeb为电热转换效率；为启停变量；pteb为电锅炉耗电功率；为电锅炉功率上下限；为电锅炉热功率。
44、进一步，所述生物质能产沼及发电能量约束包括消化罐传热学约束、太阳辐射热量约束和能量平衡及稳定性约束。
45、进一步，所述消化罐传热学约束中：
46、消化罐各部分热阻为：
47、
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【技术保护点】
1.一种变温影响下生物质能发电系统跨周期滚动优化运行方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的变温影响下生物质能发电系统跨周期滚动优化运行方法，其特征在于：所述生物质能产沼及发电综合优化模型包括生物质能产沼模型、生物质能发电及增温助产模型和生物质能产沼及发电能量约束。
3.根据权利要求2所述的变温影响下生物质能发电系统跨周期滚动优化运行方法，其特征在于：所述生物质能产沼模型包括生物质物料预处理模型、厌氧消化产沼模型和沼气净化与贮存模型；
4.根据权利要求2所述的变温影响下生物质能发电系统跨周期滚动优化运行方法，其特征在于：所述生物质能发电及增温助产模型包括沼气发电及余热回收模型和温助产环节模型；
5.根据权利要求2所述的变温影响下生物质能发电系统跨周期滚动优化运行方法，其特征在于：所述生物质能产沼及发电能量约束包括消化罐传热学约束、太阳辐射热量约束和能量平衡及稳定性约束。
6.根据权利要求5所述的变温影响下生物质能发电系统跨周期滚动优化运行方法，其特征在于：所述消化罐传热学约束中：
7.根据权
8.根据权利要求5所述的变温影响下生物质能发电系统跨周期滚动优化运行方法，其特征在于：所述能量平衡及稳定性约束中：
9.根据权利要求1所述的变温影响下生物质能发电系统跨周期滚动优化运行方法，其特征在于：厌氧消化温度为：
10.根据权利要求1-9任一项所述的变温影响下生物质能发电系统跨周期滚动优化运行方法，其特征在于：滚动优化模型为：
...【技术特征摘要】
1.一种变温影响下生物质能发电系统跨周期滚动优化运行方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的变温影响下生物质能发电系统跨周期滚动优化运行方法，其特征在于：所述生物质能产沼及发电综合优化模型包括生物质能产沼模型、生物质能发电及增温助产模型和生物质能产沼及发电能量约束。
3.根据权利要求2所述的变温影响下生物质能发电系统跨周期滚动优化运行方法，其特征在于：所述生物质能产沼模型包括生物质物料预处理模型、厌氧消化产沼模型和沼气净化与贮存模型；
4.根据权利要求2所述的变温影响下生物质能发电系统跨周期滚动优化运行方法，其特征在于：所述生物质能发电及增温助产模型包括沼气发电及余热回收模型和温助产环节模型；
5.根据权利要求2所述的变温影响下生物质能发电系统跨周期滚动优化运...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁睿，黄宏旭，袁乐童，顾晨，王琛，梁凯泽，李嘉翔，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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