CN114386684A - 一种膨胀发电***储气罐出力预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种膨胀发电***储气罐出力预测方法,它包括:确定储气罐最低做功压力;采集实时储气罐空气压力、储气罐空气温度、储气罐空气湿度、末级膨胀机出口空气压力、末级膨胀机出口空气温度、级膨胀机出口空气湿度、储气罐空气密度ρ和膨胀机进气质量流量;根据ASHRAE多项式维里方程计算hg和he;根据当前膨胀机进气质量流量和焓降计算储气罐当前做功功率;计算出可发电压缩空气质量容量;根据储气罐可发电压缩空气质量容量计算储气罐剩余发电电量;根据储气罐可发电压缩空气质量容量计算储气罐剩余发电时间;解决了无法开展储气罐压缩空气做功发电节能评估、优化控制、发电预测、问题查找等相关技术的定量分析问题。
Description
技术领域
本发明属于压缩空气储能技术领域,尤其涉及一种膨胀发电***储气罐出力预测方法。
背景技术
随着电力事业的迅速发展,在传统能源的基础上大规模的新能源并入电网,而新能源发电的间隙性和波动性需要配备大量储能进行平抑,保证新能源的消纳。压缩空气储能有着容量大、污染小、寿命长等特点,是最具有发展空间的储能类型之一。
压缩空气储能***包含储能耗电***和释能发电***,储能耗电***在用电的低谷利用压缩机把空气加压到较高的压力,经过冷却后存储到储气罐,释能发电***在用电高峰把储气罐中的空气加热到一定温度后,送入空气膨胀机带动发电机向电网提供电能。现有技术是按照传统发电机组的方法,在膨胀发电运行中通过监控***测量监视储气罐的压力值和当前发电功率值,而忽视了压缩空气储能发电能力受限于储气罐有限的储气能量,不同于传统发电形式只要煤、水等一次能源持续供给,就能持续发电。压缩空气储能发电当储气罐压力下降至一定值后就无法发电。
压缩空气储能***发电能量由两部分构成:储气罐压缩空气发电能量和蓄热罐热量发电能量,现有技术只能监测当前总的发电功率值,未对储气罐做功部分的发电功率、剩余发电电量、剩余发电时间进行测量、计算、监测,无法开展储气罐做功发电节能评估、优化控制、发电预测、问题查找等相关技术问题中的定量分析。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:提供一种膨胀发电***储气罐出力预测方法,以解决只能监测当前总的发电功率值,未对储气罐做功部分的发电功率、剩余发电电量、剩余发电时间进行测量、计算、监测,无法开展储气罐做功发电节能评估、优化控制及发电预测等技术问题。本发明的技术方案是:
一种膨胀发电***储气罐出力预测方法,它包括:
步骤1、确定储气罐最低做功压力Pl;
步骤2、采集实时储气罐空气压力Pg、储气罐空气温度Tg、储气罐空气湿度dg、末级膨胀机出口空气压力Pe、末级膨胀机出口空气温度Te、级膨胀机出口空气湿度de、储气罐空气密度ρ和膨胀机进气质量流量Qn;
步骤3、根据ASHRAE多项式维里方程计算hg;
步骤4、根据ASHRAE多项式维里方程计算he;
步骤5、根据当前膨胀机进气质量流量和焓降计算储气罐当前做功功率;
步骤6、根据储气罐当前压力和最低发电压力之差计算出可发电压缩空气质量容量;
步骤7、根据储气罐可发电压缩空气质量容量计算储气罐剩余发电电量Apu;
步骤8、根据储气罐可发电压缩空气质量容量计算储气罐剩余发电时间。
储气罐最低做功压力Pl的确定方法为:将膨胀机进气调门全开,膨胀发电机发电功率为最低发电功率Wl时的储气罐压力为储气罐最低做功压力。
储气罐空气温度测量测量方法为:如储气罐为1个,则空气温度测量不少于3个点,分别为覆盖储气罐的底部、中部和上部,最终取数学平均值进行计算;如储气罐为大于一个,则每个储气罐都设置有空气温度测量点,最终取数学平均值作为储气罐空气温度;采用接触式PT100热电阻温度传感器作为测量元件。
储气罐空气压力、空气湿度和空气密度测量方法为:如储气罐为1个,则测量点在储气罐管道出口处;如储气罐为一个以上,则每个储气罐都设置测量点,最终取数学平均值;流量测量采用***式涡街气体流量传感器,安装在管道的直管段;密度测量采用谐振式音叉在线密度计。
储气罐当前做功功率的计算方法为:
Qu=((Pg-Pl)/Pg)*V*ρ
Qu为储气罐可发电压缩空气质量容量。
可发电压缩空气质量容量的计算方法为:
Qu=((Pg-Pl)/Pg)*V*ρ
Qu为储气罐可发电压缩空气质量容量;
V为储气罐容积。
储气罐剩余发电电量计算方法为:
Apu=(Qu*(hg-he))
Apu为储气罐剩余发电电量。
储气罐剩余发电时间计算方法为:
tu=Qu/Qn
tu为储气罐剩余发电时间。
当储气罐剩余发电电量Apu≤储气罐剩余发电电量报警值Aptu时发出报警。
当储气罐剩余发电时间tu≤储气罐剩余发电时间报警值tau时,发出报警。
本发明有益效果:
本发明在现有技术只能监测膨胀发电***总发电功率的基础上,通过储气罐参数监测和设置边界条件,实时计算储气罐压缩空气做功部分提供的发电功率、剩余发电电量,根据压缩空气总可用流量和当前流量计算出储气罐剩余发电电量及发电***剩余发电时间并进行预警。
本发明优点:
通过储气罐参数监测,实时计算储气罐压缩空气做功部分提供的发电功率,揭示了储气罐做功发电与膨胀发电总发电功率的关系。
设置边界条件,通过储气罐参数监测,实时计算储气罐压缩空气做功部分提供的剩余发电电量、剩余发电时间,解决了现有技术无法开展储气罐压缩空气做功发电节能评估、优化控制、发电预测、问题查找等相关技术的定量分析问题。
2)根据机组发电剩余出力情况和运行时间,提前有序安排机组停机前检查及准备、辅机运行方式调整、向调度汇报停机情况等运行操作。
3)提供充足的电网运行方式处理时间,防止突减发电功率对电网冲击的影响。
4)根据压缩空气储能***发电剩余发电电量、剩余发电时间预测,能够更好的加强储能发电***与新能源间的协调控制,提升新能源消纳能力。
解决了现有技术无法掌握储气罐压缩空气做功部分的发电功率、剩余发电电量、剩余发电时间,无法开展储气罐压缩空气做功发电节能评估、优化控制、发电预测、问题查找等相关技术的定量分析问题。
附图说明
图1为本发明流程示意图;
图2为本发明硬件***组成示意图。
具体实施方式
压缩空气储能***膨胀发电见图1,包括:储气罐(1),进气调节阀(2),多级膨胀机(3),发电机(4),蓄热罐(5),热泵(6),多级换热器(7),蓄冷罐(8)。储气罐储存高压压缩空气,经管道连接至首级换热器加热后,至多级膨胀机的首级膨胀机,压缩空气做功后从首级膨胀机排出,经第二级加热器加热后进入第二级膨胀机,依此类推,直至从末级膨胀机排出。蓄热罐通过换热介质储存热量,经热泵加压后分别进入各级换热器加热压缩空气,换热介质冷却后进入蓄冷罐。多级加热器数量与多级膨胀机数量相等,布置在对应膨胀机进口。高温高压的压缩空气进入膨胀机带动膨胀机旋转,膨胀机通过轴带动发电机旋转发电。
多级膨胀机(3)包括第一级膨胀机301、第二级膨胀机302、第三级膨胀机303……第n级级膨胀机级。
多级换热器(7)包括第一级换热器701、第二级换热器702、第三级换热器703……第n级换热器。
步骤1、确定储气罐最低做功压力(Pl),方法为:将膨胀机进气调门全开,膨胀发电机发电功率为最低发电功率(Wl)时的储气罐压力压力为储气罐最低做功压力。
膨胀发电机最低发电功率(Wl)为膨胀发电机额定功率的10%,因膨胀发电机在10%额定功率下运行时,1将因为高速旋转而做功压缩空气流量减少造成膨胀机本体过热,2膨胀机本体效率降低,3储气罐压力低,将造成包含压缩机在内的整个压缩空气储能***效率偏低。
步骤2、采集实时储气罐空气压力Pg、储气罐空气温度Tg、储气罐空气湿度dg、末级膨胀机出口空气压力Pe、末级膨胀机出口空气温度Te、级膨胀机出口空气湿度de、储气罐空气密度ρ和膨胀机进气质量流量Qn。
储气罐空气温度测量要求:如储气罐为1个,则空气温度测量不少于3个点,覆盖储气罐的底部、中部和上部,最终取数学平均值进行计算,因为储气罐在运行中空气不稳定流出,在储气罐中不同高度的温度不一样。如储气罐为多个,则每个储气罐都有空气温度测量点,最终取数学平均值进行计算。
储气罐空气压力、空气湿度、空气密度测量要求:如储气罐为1个,则测量点在储气罐管道出口处。如储气罐为多个,则每个储气罐都有测量点,最终取数学平均值进行计算。
温度采用接触式PT100热电阻温度传感器,探头垂直深入储气罐直径1/3处,输出4~20mA信号,
压力采用电阻应变式压力传感器,量程0-25MPa,输出4~20mA信号
流量测量采用***式涡街气体流量传感器,安装在管道的直管段,因为在调节过程中管道会产生不稳定流动,采用放大器与传感器分离,传感器采用消扰电路和抗振传感头,具有抗环境振动性能,输出4~20mA信号。
密度测量采用谐振式音叉在线密度计,输出4~20mA信号。
步骤3、根据ASHRAE多项式维里方程计算hg。
hg为储气罐空气空气焓值,由储气罐空气压力(Pg)、温度(Tg)、绝对湿度(dg)计算得到。储气罐温度低,变化范围小,因此空气绝对湿度对计算结果影响大,本发明考虑了空气绝对湿度,提高预测精度。
步骤4、根据ASHRAE多项式维里方程计算he。
he为末级膨胀机出口空气焓值,由末级膨胀机出口空气压力(Pe)、温度(Te)、绝对湿度(de)计算得到。末级膨胀机出口空气温度低,变化范围小,因此空气绝对湿度对计算结果影响大,本发明考虑了空气绝对湿度,提高预测精度。
步骤5、根据当前膨胀机进气质量流量和焓降计算储气罐当前做功功率:
Wgu=(Qn*(hg-he))
Wgu为储气罐当前做功功率。
第五步根据储气罐当前压力和最低发电压力之差计算出可发电压缩空气质量容量:
Qu=((Pg-Pl)/Pg)*V*ρ
Qu为储气罐可发电压缩空气质量容量。
V为储气罐容积
步骤6、根据储气罐可发电压缩空气质量容量计算储气罐剩余发电电量:
Apu=(Qu*(hg-he))
Apu为储气罐剩余发电电量
步骤7、根据储气罐可发电压缩空气质量容量计算储气罐剩余发电时间:
tu=Qu/Qn
tu为储气罐剩余发电时间。
当储气罐剩余发电电量Apu≤储气罐剩余发电电量报警值Aptu时发出报警。
当储气罐剩余发电时间tu≤储气罐剩余发电时间报警值tau时,发出报警。
每采集一次数据进行一次计算,同时进行比对。
具体应用案例:***发电功率为10MW,储气罐的储气容积为6000m3,初始压力和温度分别设置为10MPa、30℃,储气罐最低做功压力为2MPa,温度为0℃。
第一步:确定储气罐最低做功压力(Pl):膨胀发电机额定功率为10MW,最低发电功率为1MW。最低发电功率工况下,膨胀机进气调门全开时储气罐的压力即最低做功压力为2MPa。
第二步 实时采集数据Pg=9.132MPa、Tg=22.184℃、dg=0%、Pe=0.087MPa、Te=17.798℃、de=0%、ρ=107.253kg/m3、Qn=397kg/s。
第三步 根据储气罐内空气参数Pg=9.132MPa、Tg=22.184℃、dg=0%,由ASHRAE多项式维里方程计算hg=22.331kJ/kg。
第四步 根据末级膨胀机出口空气参数Pe=0.087MPa、Te=17.798℃、de=0%,由ASHRAE多项式维里方程计算he=19.812kJ/kg。
第五步 计算储气罐当前做功功率:
Wgu=(Qn*(hg-he))
=397*(22.331-19.812)=1000kJ/s=0.27kW
计算储气罐可发电压缩空气质量容量
Qu=((Pg-P1)/Pg)*V*ρ
=((9.132*106-2*106)/(9.132*106))*107.259*6000
=502609.2kg
第六步计算储气罐剩余发电电量:
Apu=(Qu*(hg-he))
=502609.2*(22.331-19.812)
=1266072.6kJ=351.69kW·h
第七步计算储气罐剩余发电时间
tu=Qu/Qn=502609.2/397=1266s。
Claims (10)
1.一种膨胀发电***储气罐出力预测方法,它包括:
步骤1、确定储气罐最低做功压力Pl;
步骤2、采集实时储气罐空气压力Pg、储气罐空气温度Tg、储气罐空气湿度dg、末级膨胀机出口空气压力Pe、末级膨胀机出口空气温度Te、级膨胀机出口空气湿度de、储气罐空气密度ρ和膨胀机进气质量流量Qn;
步骤3、根据ASHRAE多项式维里方程计算储气罐空气空气焓值hg;
步骤4、根据ASHRAE多项式维里方程计算末级膨胀机出口空气焓值he;
步骤5、根据当前膨胀机进气质量流量和焓降计算储气罐当前做功功率;
步骤6、根据储气罐当前压力和最低发电压力之差计算出可发电压缩空气质量容量;
步骤7、根据储气罐可发电压缩空气质量容量计算储气罐剩余发电电量Apu;
步骤8、根据储气罐可发电压缩空气质量容量计算储气罐剩余发电时间。
2.根据权利要求1所述的一种膨胀发电***储气罐出力预测方法,其特征在于:储气罐最低做功压力Pl的确定方法为:将膨胀机进气调门全开,膨胀发电机发电功率为最低发电功率Wl时的储气罐压力为储气罐最低做功压力。
3.根据权利要求1所述的一种膨胀发电***储气罐出力预测方法,其特征在于:储气罐空气温度测量测量方法为:如储气罐为1个,则空气温度测量不少于3个点,分别为覆盖储气罐的底部、中部和上部,最终取数学平均值进行计算;如储气罐为大于一个,则每个储气罐都设置有空气温度测量点,最终取数学平均值作为储气罐空气温度;采用接触式PT100热电阻温度传感器作为测量元件。
4.根据权利要求1所述的一种膨胀发电***储气罐出力预测方法,其特征在于:储气罐空气压力、空气湿度和空气密度测量方法为:如储气罐为1个,则测量点在储气罐管道出口处;如储气罐为一个以上,则每个储气罐都设置测量点,最终取数学平均值;流量测量采用***式涡街气体流量传感器,安装在管道的直管段;密度测量采用谐振式音叉在线密度计。
5.根据权利要求1所述的一种膨胀发电***储气罐出力预测方法,其特征在于:储气罐当前做功功率的计算方法为:
Qu=((Pg-Pl)/Pg)*V*ρ
Qu为储气罐可发电压缩空气质量容量。
6.根据权利要求1所述的一种膨胀发电***储气罐出力预测方法,其特征在于:可发电压缩空气质量容量的计算方法为:
Qu=((Pg-Pl)/Pg)*V*ρ
Qu为储气罐可发电压缩空气质量容量;
V为储气罐容积。
7.根据权利要求1所述的一种膨胀发电***储气罐出力预测方法,其特征在于:储气罐剩余发电电量计算方法为:
Apu=(Qu*(hg-he))
Apu为储气罐剩余发电电量。
8.根据权利要求1所述的一种膨胀发电***储气罐出力预测方法,其特征在于:储气罐剩余发电时间计算方法为:
tu=Qu/Qn
tu为储气罐剩余发电时间。
9.根据权利要求1所述的一种膨胀发电***储气罐出力预测方法,其特征在于:当储气罐剩余发电电量Apu≤储气罐剩余发电电量报警值Aptu时发出报警。
10.根据权利要求1所述的一种膨胀发电***储气罐出力预测方法,其特征在于:当储气罐剩余发电时间tu≤储气罐剩余发电时间报警值tau时,发出报警。
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