CN115455709A - 计及碳捕集设备加装的低碳综合能源***仿真及配置方法 - Google Patents

计及碳捕集设备加装的低碳综合能源***仿真及配置方法 Download PDF

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CN115455709A CN202211140985.9A CN202211140985A CN115455709A CN 115455709 A CN115455709 A CN 115455709A CN 202211140985 A CN202211140985 A CN 202211140985A CN 115455709 A CN115455709 A CN 115455709A
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Abstract

一种计及碳捕集设备加装的低碳综合能源***仿真及配置方法，通过构建包含碳捕集电厂模型、P2G设备模型、光伏模型、燃气轮机模型、余热锅炉模型、燃气锅炉模型、电锅炉模型、地源热泵模型、储能设备模型、电力网络模型、热力网络模型的考虑碳捕集加装的综合能源***耦合模型以及考虑碳捕集加装的城市区域综合能源***经济调度模型，然后选择修正后的IEEE33节点配电网与六节点热力网构成的区域电热综合能源***，基于matlab平台，通过yalmip和gurobi求解器进行仿真求解，最后根据求解结果分析综合能源***的配置阶段并得到最优配置方案，实现电‑热多能互补综合能源***的运行和配置的优化。

Description

计及碳捕集设备加装的低碳综合能源***仿真及配置方法
技术领域
本发明涉及的是一种综合能源领域的技术，具体是一种计及碳捕集设备加装的低碳综合能源***仿真及配置方法。
背景技术
城市综合能源***因其能源利用效率高和可再生能源消纳比例高的优势，成为低碳化发展的重要方向，不同于传统的电力调度，城市能源***是城市供热、供冷、供电和满足其他需求的能源***的集合，现阶段继续一种能够应对综合能源***参与碳排放的优化配置技术。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种计及碳捕集设备加装的低碳综合能源***仿真及配置方法，综合考虑火电机组的碳捕集结构和碳交易成本，实现电-热多能互补综合能源***的运行和配置的优化。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种计及碳捕集设备加装的低碳综合能源***仿真及配置方法，通过构建包含碳捕集电厂模型、P2G设备模型、光伏模型、燃气轮机模型、余热锅炉模型、燃气锅炉模型、电锅炉模型、地源热泵模型、储能设备模型、电力网络模型、热力网络模型的考虑碳捕集加装的综合能源***耦合模型以及考虑碳捕集加装的城市区域综合能源***经济调度模型，然后选择修正后的IEEE33节点配电网与六节点热力网构成的区域电热综合能源***，基于matlab平台，通过yalmip和gurobi求解器进行仿真求解，最后根据求解结果分析综合能源***的配置阶段并得到最优配置方案。
所述的考虑碳捕集加装的综合能源***经济调度模型包括：火电机组运行成本、燃气机组运行成本、二氧化碳相关成本和新能源弃置成本目标函数以及电网运行约热网运行约束和设备约束。
本发明涉及一种实现上述方法的***，包括：综合能源***建模单元、综合能源***调度单元以及综合能源***配置单元，其中：综合能源***建模单元根据所选的设备和网络信息，进行数学建模，得到设备和网络模型，综合能源***调度单元根据综合能源***的运行目标和约束条件，进行数学建模，得到调度模型，综合能源***配置单元根据设备和网络模型和调度模型，基于matlab平台进行处理，通过Yalmip工具箱调用Gurobi求解器进行求解，得到综合能源***配置方案。
技术效果
本发明通过分析碳捕集设备物理模型综合能源***配置方法之间的相关性；通过热力网络的精确建模，使综合能源***仿真更加精确；通过构建综合能源***的边际碳价与碳捕集加装的边际碳价的拟合函数，自适应的根据碳市场的发展水平判断***的配置方案，从而指导工程人员提升综合能源***的运行和规划水平。
附图说明
图1为本发明流程图；
图2为本发明综合能源***耦合模型结构示意图；
图3为本发明碳捕集***结构示意图。
图4为综合能源***热网结构示意图。
图5为综合能源***热网建模对调度的影响对比示意图。
图6为综合能源***多阶段配置方案对调度的影响对比示意图。
具体实施方式
如图1所示，为本实施例涉及一种计及碳捕集设备加装的低碳综合能源***与配仿真置方法，包括以下步骤：
步骤1：构建包含碳捕集电厂模型、P2G设备模型、光伏模型、燃气轮机模型、余热锅炉模型、燃气锅炉模型、电锅炉模型、地源热泵模型、储能设备模型、电力网络模型、热力网络模型的考虑碳捕集加装的综合能源***耦合模型，具体包括：
步骤1.1：建立碳捕集电厂模型，碳捕集电厂是在传统煤电厂的基础上加装碳捕集设备构成以降低***碳排放。如图3所示，碳捕集电厂模型配置有烟气旁路***、贫液富液存储单元、再生塔和压缩机，碳捕集电厂模型为Phd，r，t＝Phd，t-Ploss，t，其中：Phd，r，t为火电机组加装碳捕集设备后实际输出，Phd，t为火电机组t时刻实际发电功率，Ploss，t为t时刻碳捕集***电能损耗功率，其运行环节包括：烟气吸收环节和再生和压缩环节，因此碳捕集***电能损耗功率
Figure BDA0003853607360000021
其中：Mr，t＝Mhd，t-Min，t，a1、a2、a3为耗电系数，Mr，t为火电机组实际碳排放量，火电机组在烟气吸收环节t时刻碳排放强度Mhd，t＝γhdPhd，t，Min，t＝αyqMhd，t，Min，t为t时刻进入富液吸收塔的量；γhd为火电机组碳排放比例，αyq为碳捕集设备吸收比例；贫富液存储器再生和压缩环节t时刻中的碳含量ML，t＝ML，t-1+Min，t-Mout，t，
Figure BDA0003853607360000022
Mout，t为t时刻从贫富液存储器进入再生塔的碳量，
Figure BDA0003853607360000023
为t时刻***压缩的碳量；该碳捕集电厂模型的输入为火电机组发电功率Phd，t，输出为碳捕集电厂实际电功率输出Phd，r，t，碳捕集量
Figure BDA0003853607360000024
和实际碳排放量Mr，t。
步骤1.2：建立P2G设备运行模型，该P2G设备通过消耗二氧化碳降低***碳排放，包括电解水制氢气和甲烷化二氧化碳加氢气制天然气，具体模型为：电解水制氢气体积
Figure BDA0003853607360000031
Figure BDA0003853607360000032
甲烷化二氧化碳加氢气制天然气体积
Figure BDA0003853607360000033
其中：PP2H为电解水耗电量，ηp2h为能源转换效率，
Figure BDA0003853607360000034
为氢气的热值，
Figure BDA0003853607360000035
为氢气产量，
Figure BDA0003853607360000036
为天然气产量，ηh2g为甲烷化的效率取0.75，
Figure BDA0003853607360000037
为二氧化碳消耗量；该P2G设备运行模型的输入为电解水耗电量PP2H，输出为氢气产量
Figure BDA0003853607360000038
步骤1.3：建立光伏模型，***中引入分布式光伏代替原有电能供给，可以降低***碳排放。光伏出力水平由预测得到，光伏模型为Ppv，t＝ηpv，tPpv，p，t，其中：Ppv，t为光伏实际上网功率，ηpv，t为光伏消纳率，Ppv，p，t为光伏实际发电量；该光伏模型的输入为光伏实际发电量Ppv，p，t，输出为光伏实际上网功率Ppv，t。
步骤1.4：建立燃气轮机模型，燃气轮机通过消耗天然气生产电能，同时会产生余热，可以通过余热锅炉输出热功率。这个过程中会因为天然气的燃烧产生碳排放，燃气轮机模型为PGT，t＝ηGTLNGVGT，t，
Figure BDA0003853607360000039
其中：ηGT为燃气轮机发电效率，LNG为天然气热值，VGT，t为燃气轮机t时刻每小时消耗的天然气量，PGT，t为燃气轮机t时刻的发电功率，ηr为余热回收效率，QGB，t为t时刻燃气轮机排气余热回收量；该燃气轮机模型的输入为燃气轮机消耗的天然气量VGT，t，输出为燃气轮机时刻的发电功率PGT，t。
步骤1.5：建立余热锅炉模型，余热锅炉收集燃气轮机产生的余热，输出热功率，余热锅炉模型为QWH，t＝ηWHQGB，t，其中：ηWH为余热锅炉集热效率，QGB，t为吸收的余热，QWH，t为余热锅炉输出功率；该余热锅炉模型的输入为吸收的余热QGB，t，输出为余热锅炉功率QWH，t。
步骤1.6：建立燃气锅炉模型，燃气锅炉通过天然气产热，产生的热量与锅炉效率、燃料量有关，在天然气燃烧的过程中产生碳排放。燃气锅炉模型为QGB，t＝VGB，tηGBLNG，其中：QGB，t为t时刻燃气锅炉产生的热量，ηGB为燃气轮机发电效率，LNG为天然气热值，VGB，t为燃气轮机t时刻内每小时消耗的天然气量；该燃气锅炉模型的输入为燃气轮机消耗的天然气量VGB，t，输出为燃气锅炉产生的热量QGB，t。
步骤1.7：建立电锅炉模型，该电锅炉将电能转化为热能，为***提供可调节的热负荷，调节范围较大，但能源转化效率较低。电锅炉模型为Qgd，t＝ηgdPgd，t，其中：Qgd，t为t时刻电锅炉产生的热量，ηgd为电锅炉产热效率，Pgd，t为t时刻电锅炉耗电量；该电锅炉模型的输入为电锅炉耗电量Pgd，t，输出为电锅炉产生的热量Qgd，t。
步骤1.8：建立地源热泵模型，地源热泵以岩土体、地下水或地表水为低温热源，可以为用户提供热能服务，产热过程需要消耗少量电能，地源热泵一般只能提供固定热源，作为***供热的基载。地源热泵模型为Qrb，t＝ηrbPrb，t，其中：Qrb，t为t时刻地源热泵产生的热量，ηrb为地源热泵产热效率，Prb，t为t时刻地源热泵耗电量；该地源热泵模型的输入为地源热泵耗电量Prb，t，输出为地源热泵产生的热量Qrb，t。
步骤1.9：建立储能设备模型，综合能源***中包含电储能和热储能，分别采用电化学储能模型和储热罐模型。同时存在碳存储和气存储，损耗较低可忽略，其中：碳存储主要服务于P2G设备和碳捕集后碳封存，封存不设上限。气存储主要服务于天然气机组和P2G设备，气存储主要用于保证每日的天然气供应平衡。
步骤1.10：建立电力网络模型，针对配网中闭环设计、开环运行的现状，选用辐射状配电网线性化潮流模型描述综合能源***中的电力网络，同时忽略支路损耗。电力网络模型由简化后的支路潮流等式构成，包括Phj＝∑i→hPih-Ph，Qhj＝∑i→hQih-Qh，
Figure BDA0003853607360000041
Figure BDA0003853607360000042
其中：Phj和Qhj分别为从节点h到节点j流过的有功和无功功率；Ph和Qh分别为流向节点h负荷的有功和无功功率；Rih和Xih分别为支路ih的电阻和电抗；yh和Vi分别为节点h和节点i的电压幅值。
步骤1.11：根据热水网络设计热力网络，如图4所示，该热力网络包括一次热网和二次热网，存在动态延时特性和储能特性，采用质调节的方法建模，即不改变热网中热水的质量流率，仅调节水温，同时计及回流管道热损。一次热网由具有供热设备的换热站提供热量，热用户通过二次热网获得热量。
步骤1.12：联立步骤1.1-1.9中设备模型方程和步骤1.10-1.11的网络模型方程，共同构成综合能源***耦合模型，其中：燃气轮机、燃气锅炉、电锅炉和热泵提供热负荷；火电机组、光伏、燃气轮机和外部电网提供电负荷；储能和P2G设备用于提高能源消纳效率，改变负荷曲线；火电机组产生的碳排放经过碳捕集设备回收利用，从而降低碳排放量，燃气机组产生的碳排放难以捕集，需要和火电机组捕集后残存的碳排放一同参与碳市场交易。
步骤2：以步骤1.12中综合能源***耦合模型为基础，构建考虑碳捕集加装的城市区域综合能源***经济调度模型，该模型包括目标函数和约束条件。
所述的目标函数包括：火电机组运行成本、燃气机组运行成本、碳相关成本、新能源弃置成本的目标函数，具体包括：
1)火电机组运行成本目标函数，
Figure BDA0003853607360000043
其中：T为调度周期，Ce0，，t为启动成本，Cet，t为碳捕集设备加装成本，折算到每日运行，f(Pe，t)为发电成本函数，Pe，t是发电功率，ae、be和ce为火电机组的成本系数。
2)燃气机组运行成本目标函数，Cg＝∑t∈T pg，tVg，t，其中：pg，t为天然气价格；Vg，t为燃气机组天然气耗气量之和。
3)二氧化碳相关成本目标函数，包括***化石燃料机组的碳交易成本、P2G设备的购碳成本和储碳设备的储碳成本Ccur＝∑t∈Tpcur，tδtPre，t，其中：pc1，t为机组碳交易价格，μe为火电机组碳排放强度，μg为燃气机组碳排放强度，pc2，t为P2G设备购碳价格，Cp2g，t为P2G购碳量，ps，t碳存储价格，
Figure BDA0003853607360000051
为碳储存量。
4)新能源弃置成本目标函数，Ccur＝∑t∈Tpcur，tδtPre，t，其中：pcur，t为弃置惩罚系数，δt为弃置率，Pre，t为可用有功出力。
所述的约束条件包括：电网约束和热网约束，具体包括：
i)电网功率平衡约束
Figure BDA0003853607360000052
电网线路传输约束
Figure BDA0003853607360000053
和电网电压相角约束
Figure BDA0003853607360000054
其中：Pi，t为j节点的所连机组出力，AG为节点所连机组集合，Phj，t为支路hj 的潮流，AF和AE为节点j为起点和终点的线路集合，
Figure BDA0003853607360000055
和
Figure BDA0003853607360000056
分别为潮流的上下限，Dj，t为节点j的电力负荷需求，θj，t为节点j的电压相角。
ii)热网约束：针对电力网络潮流和热力网络潮流惯性不同的问题，以电力网络潮流计算为基础，在热力网络中考虑延时特性，即通过的热能输运准动态过程温度约束
Figure BDA0003853607360000057
Figure BDA0003853607360000058
描述不同时段下进行热力网络的热水，此外，热网运行约束包含还热交换约束
Figure BDA0003853607360000059
Figure BDA00038536073600000510
汇流节点温度方程
Figure BDA00038536073600000511
热源温度约束
Figure BDA00038536073600000512
Figure BDA00038536073600000513
c1、c2代表t时刻输出的热水质块中的权重系数，
Figure BDA00038536073600000514
和
Figure BDA00038536073600000515
为为质块的初始温度，Tam为环境温度，c3、c4为热水在管道中温度损失的系数，与管道长度和管道流速有关；
Figure BDA00038536073600000516
和
Figure BDA00038536073600000517
分别为节点ν处的热源设备的热出力和用户热负荷；mH，v，t和mL，v，t为热源和热负荷处的热水质量；
Figure BDA00038536073600000518
和
Figure BDA00038536073600000519
为热源和热负荷的供水温度和回水温度；S(v)+和S(v)-分别为出水管道和入水管道与节点ν相连的管道集合，
Figure BDA00038536073600000520
为管道κ的出水温度，
Figure BDA00038536073600000521
为节点v的流出温度。qb和qκ分别为管道b和κ的热水的质量流率。
iii)设备约束，由机组约束和存储设备约束构成，其中：
机组约束包括机组出力约束
Figure BDA00038536073600000522
机组爬坡约束Pn，i，d≤Pn，i，t-Pn，i，t-1≤Pn，i，u，其中：Pn，i，t为t时刻第i个节点第n个设备的出力，
Figure BDA00038536073600000523
和
Figure BDA00038536073600000524
为该设备出力上下限；Pn，i，d和Pn，i，u为该设备爬坡上下限。
存储设备约束包括设备状态方程Si，t＝Si，t-1+Si，in，t-Si，out，t总量约束Si，min≤Si，t≤Si，max，能量存储约束0≤Si，in，t≤Si，in，max(1-λi，t)，能量释放约束0≤Si，out，t≤Si，out，maxλi，t，其中：Si，t为t时刻第i个设备能量储存总量；Si，in，t为该设备t时刻存储功率；Si，out，t为该设备t时刻释放功率；λi，t为01变量为设备状态。
步骤3：选择修正后的IEEE33节点配电网与六节点热力网构成的区域电热综合能源***，基于matlab平台，通过yalmip和gurobi求解器仿真求解步骤2得到的城市区域综合能源***经济调度模型，具体包括：
步骤3.1：设计综合能源***运行场景，其中：设备包括大型火力机组、电转气设备、燃气轮机、余热锅炉、燃气锅炉、光伏、电锅炉、地源热泵、电热储能，同时包含电热负荷用户，该运行场景的具体设备参数包括：
表1
Figure BDA0003853607360000061
步骤3.2：分析热力网络建模影响：由于热力网络模型包括只保证***热负荷与供给平衡的线性化模型和考虑热水网络结构的热网模型，因此不同建模下综合能源***运行的结果不完全相同，其中碳排放量的区别不容忽略，具体包括：两种方案下***运行结果如图5所示，通过观察热力相关设备运行曲线不难发现，普通线性化模型中燃气锅炉产热较少，热网模型中整体供热水平更高，说明考虑实际管道中热水流动后***热负荷不完全等于***用户热负荷，管道中的热水会存在时延等现象，降低***的热负荷需求，从而降低***碳排放，因此两种建模方法存在差异，热网模型更符合实际情况，应在综合能源***建模中考虑。
表2
Figure BDA0003853607360000062
Figure BDA0003853607360000071
步骤4：根据求解结果分析三个综合能源***的配置阶段并得到最优配置方案，其中：阶段1：***不需要考虑碳交易成本，尚未加装碳捕集设备，综合能源***正常运行；阶段2：***内存在碳交易成本，尚未加装碳捕集设备，***目标考虑碳交易成本；阶段3：***内存在碳交易成本，在原有基础上加装碳捕集，***运行考虑加装成本，具体包括：
步骤4.1：配置方案分析，三个阶段的运行结果如表3和图6所示，其中阶段1和阶段2***设备运行没有明显区别，可见碳交易机制引入后，因为碳成本在***中的决策占比不高，对***运行影响很小，从表中的成本也能看出，各项发电机组的成本变化很小，碳交易引入后***日碳排放量也只降低36.129t，说明仅仅在综合能源***的运行中考虑碳交易机制不够充分，不能实现低碳目标。而从阶段2过度到阶段3碳排放水平明显降低，说明碳捕集机组的引入有足够的价值。从成本上看，外购电上升，天然气基本不变，火电成本上升但实际发电量下降，这是因为碳捕集设备引入后会增加火电***的自用电，从而导致火电出力出现负值。阶段3设定的碳价为0.2千元/t，此时加装碳捕集后可以降低用能成本。
表3
Figure BDA0003853607360000072
Figure BDA0003853607360000081
步骤4.2：碳交易价格分析：对比碳价变化时步骤3.3中的阶段2和阶段3***的运行成本，从而说明碳捕集设备的合适加装时机；然后分析碳捕集设备加装成本变动时，对应的可提高***收益的边际碳价变化。
步骤4.3：碳价变化的影响分析。随着碳交易成本的上升，通过观察阶段2和阶段3差价的变化，当碳价为0.198千元/t时，差价约等于0，可以认为碳价超过0.198千元/t后，综合能源***加装碳捕集设备可以提高***收益，在此之后阶段3带来的碳交易成本下降能够覆盖碳捕集设备加装的成本，即此时边际碳价为0.198千元/t。这说明综合能源***参与碳交易市场后，需要做好价格的预估，根据自身的碳捕集成本确定配置方案，同时碳交易市场也要需要合理调控碳价，才能助力降碳目标的实现。
表4
Figure BDA0003853607360000082
步骤4.4：分析边际碳价和碳捕集加装的关系。碳捕集设备加装成本带来的影响如表5所示，在以火电为核心的综合能源***中，边际碳价同碳捕集设备的成本关系密切，由表中数据可以判断二者关系为线性曲线。对于算例中的综合能源***而言，边际碳价pc和碳捕集加装wccs的拟合函数为wccs＝1933.431(pc-0.172)，因此在实际综合能源***建设中，可以根据火电厂碳捕集设备加装成本和碳交易市场的碳价做出决策，当实际碳价确定后，带入拟合函数计算理想碳捕集成本，实际的碳捕集成本更低时即可加装。同时考虑到碳捕集设备的加装对环境具有正面作用，可将环境收益折算后，在加装成本中减去对应数值后判断是否加装。
表5
Figure BDA0003853607360000083
Figure BDA0003853607360000091
通过步骤4中的三个阶段，完成配置方案的分析，帮助综合能源***碳捕集设备安装提高效率。
与现有技术相比，本方法通过热力网络模型，综合能源***运行仿真更加精准；计算边际碳价和碳捕集装置函数关系后，碳捕集的工业安装应对碳市场的发展时效率更高。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (9)

1.一种计及碳捕集设备加装的低碳综合能源***仿真及配置方法，其特征在于，通过构建包含碳捕集电厂模型、P2G设备模型、光伏模型、燃气轮机模型、余热锅炉模型、燃气锅炉模型、电锅炉模型、地源热泵模型、储能设备模型、电力网络模型、热力网络模型的考虑碳捕集加装的综合能源***耦合模型以及考虑碳捕集加装的城市区域综合能源***经济调度模型，然后选择修正后的IEEE33节点配电网与六节点热力网构成的区域电热综合能源***，基于matlab平台，通过yalmip和gurobi求解器进行仿真求解，最后根据求解结果分析综合能源***的配置阶段并得到最优配置方案；
所述的考虑碳捕集加装的综合能源***经济调度模型包括：火电机组运行成本、燃气机组运行成本、二氧化碳相关成本和新能源弃置成本目标函数以及电网运行约热网运行约束和设备约束。
2.根据权利要求1所述的计及碳捕集设备加装的低碳综合能源***仿真及配置方法，其特征是，所述的碳捕集电厂模型配置有烟气旁路***、贫液富液存储单元、再生塔和压缩机，碳捕集电厂模型为Phd，r，t＝Phd，t-Ploss，t，其中：Phd，r，t为火电机组加装碳捕集设备后实际输出，Phd，t为火电机组t时刻实际发电功率，Ploss，t为t时刻碳捕集***电能损耗功率，其运行环节包括：烟气吸收环节和再生和压缩环节，因此碳捕集***电能损耗功率
Figure FDA00038536073500000110
Figure FDA0003853607350000019
其中：Mr，t＝Mhd，t-Min，t，a1、a2、a3为耗电系数，Mr，t为火电机组实际碳排放量，火电机组在烟气吸收环节t时刻碳排放强度Mhd，t＝γhdPhd，t，Min，t＝αyqMhd，t，Min，t为t时刻进入富液吸收塔的量；γhd为火电机组碳排放比例，αyq为碳捕集设备吸收比例；贫富液存储器再生和压缩环节t时刻中的碳含量Ml，t＝ML，t-1+Min，t-Mout，t，
Figure FDA0003853607350000011
Mout，t为t时刻从贫富液存储器进入再生塔的碳量，
Figure FDA0003853607350000012
为t时刻***压缩的碳量；该碳捕集电厂模型的输入为火电机组发电功率Phd，t，输出为碳捕集电厂实际电功率输出Phd，r，t，碳捕集量
Figure FDA0003853607350000013
和实际碳排放量Mr，t；
所述的P2G设备运行模型具体为：电解水制氢气体积
Figure FDA0003853607350000014
甲烷化二氧化碳加氢气制天然气体积
Figure FDA0003853607350000015
其中：PP2H为电解水耗电量，ηp2h为能源转换效率，
Figure FDA00038536073500000111
为氢气的热值，
Figure FDA00038536073500000112
为氢气产量，
Figure FDA0003853607350000016
为天然气产量，ηh2g为甲烷化的效率取0.75，
Figure FDA0003853607350000017
为二氧化碳消耗量；该P2G设备运行模型的输入为电解水耗电量PP2H，输出为氢气产量
Figure FDA0003853607350000018
所述的光伏模型为Ppv，t＝ηpv，tPpv，p，t，其中：Ppv，t为光伏实际上网功率，ηpv，t为光伏消纳率，Ppv，p，t为光伏实际发电量；该光伏模型的输入为光伏实际发电量Ppv，p，t，输出为光伏实际上网功率Ppv，t。
3.根据权利要求1所述的计及碳捕集设备加装的低碳综合能源***仿真及配置方法，其特征是，所述的燃气轮机模型为PGT，t＝ηGTLNGVGT，t，
Figure FDA0003853607350000021
其中：ηGT为燃气轮机发电效率，LNG为天然气热值，VGT，t为燃气轮机t时刻每小时消耗的天然气量，PGT，t为燃气轮机t时刻的发电功率，ηr为余热回收效率，QGB，t为t时刻燃气轮机排气余热回收量；该燃气轮机模型的输入为燃气轮机消耗的天然气量VGT，t，输出为燃气轮机时刻的发电功率PGT，t；
所述的余热锅炉模型为QWH，t＝ηWHQGB，t，其中：ηWH为余热锅炉集热效率，QGB，t为吸收的余热，QWH，t为余热锅炉输出功率；该余热锅炉模型的输入为吸收的余热QGB，t，输出为余热锅炉功率QWH，t；
所述的燃气锅炉模型为QGB，t＝VGB，tηGBLNG，其中：QGB，t为t时刻燃气锅炉产生的热量，ηGB为燃气轮机发电效率，LNG为天然气热值，VGB，t为燃气轮机t时刻内每小时消耗的天然气量；该燃气锅炉模型的输入为燃气轮机消耗的天然气量VGB，t，输出为燃气锅炉产生的热量QGB，t；
所述的电锅炉模型为Qgd，t＝ηgdPgd，t，其中：Qgd，t为t时刻电锅炉产生的热量，ηgd为电锅炉产热效率，Pgd，t为t时刻电锅炉耗电量；该电锅炉模型的输入为电锅炉耗电量Pgd，t，输出为电锅炉产生的热量Qgd，t。
4.根据权利要求1所述的计及碳捕集设备加装的低碳综合能源***仿真及配置方法，其特征是，所述的地源热泵模型为Qrb，t＝ηrbPrb，t，其中：Qrb，t为t时刻地源热泵产生的热量，ηrb为地源热泵产热效率，Prb，t为t时刻地源热泵耗电量；该地源热泵模型的输入为地源热泵耗电量Prb，t，输出为地源热泵产生的热量Qrb，t；
所述的电力网络模型，针对配网中闭环设计、开环运行的现状，选用辐射状配电网线性化潮流模型描述综合能源***中的电力网络，同时忽略支路损耗；简化后的支路潮流等式为Phj＝∑i→hPih-Ph，Qhj＝∑i→hQih-Qh，
Figure FDA0003853607350000022
其中：Phj和Qhj分别为从节点h到节点j流过的有功和无功功率；Ph和Qh分别为流向节点h负荷的有功和无功功率；Rih和Xih分别为支路ih的电阻和电抗；Vh和Vi分别为节点h和节点i的电压幅值；
所述的热水网络设计热力网络包括一次热网和二次热网，存在动态延时特性和储能特性，采用质调节的方法建模，即不改变热网中热水的质量流率，仅调节水温，同时计及回流管道热损；一次热网由具有供热设备的换热站提供热量，热用户通过二次热网获得热量。
5.根据权利要求1所述的计及碳捕集设备加装的低碳综合能源***仿真及配置方法，其特征是，所述的目标函数包括：火电机组运行成本、燃气机组运行成本、碳相关成本、新能源弃置成本的目标函数，具体包括：
1)火电机组运行成本目标函数，
Figure FDA0003853607350000031
其中：T为调度周期，Ce0，，t为启动成本，Cet，t为碳捕集设备加装成本，折算到每日运行，f(Pe，t)为发电成本函数，Pe，t是发电功率，ae、be和ce为火电机组的成本系数；
2)燃气机组运行成本目标函数，Cg＝∑t∈Tpg，tVg，t，其中：pg，t为天然气价格；Vg，t为燃气机组天然气耗气量之和；
3)二氧化碳相关成本目标函数，包括***化石燃料机组的碳交易成本、P2G设备的购碳成本和储碳设备的储碳成本Ccur＝∑t∈Tpcur，tδtPre，t，其中：pc1，t为机组碳交易价格，μe为火电机组碳排放强度，μg为燃气机组碳排放强度，pc2，t为P2G设备购碳价格，Cp2g，t为P2G购碳量，ps，t碳存储价格，
Figure FDA0003853607350000032
为碳储存量；
4)新能源弃置成本目标函数，Ccur＝∑t∈Tpcur，tδtPre，t，其中：pcur，t为弃置惩罚系数，δt为弃置率，Pre，t为可用有功出力。
6.根据权利要求1所述的计及碳捕集设备加装的低碳综合能源***仿真及配置方法，其特征是，所述的约束条件包括：电网约束和热网约束，具体包括：
i)电网功率平衡约束
Figure FDA0003853607350000033
电网线路传输约束
Figure FDA0003853607350000034
和电网电压相角约束
Figure FDA0003853607350000035
其中：Pi，t为j节点的所连机组出力，AG为节点所连机组集合，Phj，t为支路hj的潮流，AF和AE为节点j为起点和终点的线路集合，
Figure FDA0003853607350000036
和
Figure FDA0003853607350000037
分别为潮流的上下限，Dj，t为节点j的电力负荷需求，θj，t为节点j的电压相角；
ii)热网约束：针对电力网络潮流和热力网络潮流惯性不同的问题，以电力网络潮流计算为基础，在热力网络中考虑延时特性，即通过的热能输运准动态过程温度约束
Figure FDA0003853607350000038
Figure FDA0003853607350000039
描述不同时段下进行热力网络的热水，此外，热网运行约束包含还热交换约束
Figure FDA00038536073500000310
Figure FDA00038536073500000311
汇流节点温度方程
Figure FDA00038536073500000312
热源温度约束
Figure FDA00038536073500000313
Figure FDA00038536073500000314
c1、c2代表t时刻输出的热水质块中的权重系数，
Figure FDA00038536073500000315
和
Figure FDA00038536073500000316
为为质块的初始温度，Tam为环境温度，c3、c4为热水在管道中温度损失的系数，与管道长度和管道流速有关；
Figure FDA0003853607350000041
和
Figure FDA0003853607350000042
分别为节点v处的热源设备的热出力和用户热负荷；mH，v，t和mL，v，t为热源和热负荷处的热水质量；
Figure FDA0003853607350000043
和
Figure FDA0003853607350000044
为热源和热负荷的供水温度和回水温度；S(v)+和S(v)-分别为出水管道和入水管道与节点v相连的管道集合，
Figure FDA0003853607350000045
为管道κ的出水温度，
Figure FDA0003853607350000046
为节点v的流出温度；qb和qκ分别为管道b和κ的热水的质量流率；
iii)设备约束，由机组约束和存储设备约束构成，其中：
机组约束包括机组出力约束
Figure FDA0003853607350000047
机组爬坡约束Pn,i,d≤Pn,i,t-Pn,i,t-1≤Pn,i,u，其中：Pn，i，t为t时刻第i个节点第n个设备的出力，
Figure FDA0003853607350000048
和
Figure FDA0003853607350000049
为该设备出力上下限；Pn，i，d和Pn，i，u为该设备爬坡上下限；
存储设备约束包括设备状态方程Si，t＝Si，t-1+Si，in，t-Si，out，t总量约束Si,min≤Si,t≤Si,max，能量存储约束0≤Si,in,t≤Si,in,max(1-λi,t)，能量释放约束0≤Si,out,t≤Si,out,maxλi,t，其中：Si，t为t时刻第i个设备能量储存总量；Si，in，t为该设备t时刻存储功率；Si，out，t为该设备t时刻释放功率；λi，t为01变量为设备状态。
7.根据权利要求1所述的计及碳捕集设备加装的低碳综合能源***仿真及配置方法，其特征是，所述的仿真求解，具体包括：
步骤3.1：设计综合能源***运行场景，其中：设备包括大型火力机组、电转气设备、燃气轮机、余热锅炉、燃气锅炉、光伏、电锅炉、地源热泵、电热储能，同时包含电热负荷用户；
步骤3.2：分析热力网络建模影响。
8.根据权利要求1所述的计及碳捕集设备加装的低碳综合能源***仿真及配置方法，其特征是，所述的分析综合能源***的最优配置方案，具体包括：
步骤4.1：配置方案分析；
步骤4.2：碳交易价格分析；
步骤4.3：碳价变化的影响分析；
步骤4.4：分析边际碳价和碳捕集加装的关系。
9.一种实现权利要求1～8中任一所述计及碳捕集设备加装的低碳综合能源***仿真及配置方法的***，其特征在于，包括：综合能源***建模单元、综合能源***调度单元以及综合能源***配置单元，其中：综合能源***建模单元根据所选的设备和网络信息，进行数学建模，得到设备和网络模型，综合能源***调度单元根据综合能源***的运行目标和约束条件，进行数学建模，得到调度模型，综合能源***配置单元根据设备和网络模型和调度模型，基于matlab平台进行处理，通过Yalmip工具箱调用Gurobi求解器进行求解，得到综合能源***配置方案。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116305799A (zh) * 2023-02-07 2023-06-23 新疆敦华绿碳技术股份有限公司 一种碳捕集方法和***
CN117114262A (zh) * 2023-04-07 2023-11-24 天津大学 一种碳利用点供给源的选择与分配方法

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