买专利卖专利找龙图腾，真高效！ 查专利查商标用IPTOP,全免费！专利年费监控用IP管家,真方便！

申请/专利权人：东北电力大学

摘要：燃煤耦合发电与灵活性资源备用的能源系统低碳调度方法电力系统低碳调度技术领域。本发明首先从碳替代和碳移除角度，引入燃煤耦合生物质发电与碳捕集技术，实现火电机组低碳灵活改造。其次，考虑风电不确定性和电‑热‑气‑氢耦合关系，构建含灵活性资源备用的两阶段随机优化调度模型，提升系统灵活性。最后，引入阶梯式碳交易反映“燃煤+”耦合发电的清洁特性，以系统总成本最低为目标，得到最优出力和备用容量。通过算例分析验证所提策略的有效性。IES通过两阶段随机优化协调多种灵活性资源，得到最优备用容量，该方法在促进风电消纳的同时其上、下备用容量分别增加17.91％和206.28％，提升系统灵活性。

主权项：1.燃煤耦合发电与灵活性资源备用的能源系统低碳调度方法，所述燃煤耦合发电与灵活性资源备用的能源系统是将传统的综合能源系统IES中最大容量的火电机组改造为生物质混燃碳捕集电厂BCCPP，形成IES通过热电联产CHP、燃气锅炉GB、电锅炉EB以及氢能多元利用单元实现多能系统耦合，IES的储能装置包括储热罐HST和储氢罐；所述氢能多元利用单元由电解槽、氢燃料电池、储氢罐以及甲烷反应器构成；所述生物质混燃碳捕集电厂BCCPP中生物质混燃采用生物质直接掺烧的方式，并在生物质混燃的基础上安装碳捕集系统并与封存技术耦合；其特征是：包括以下步骤，并且以下步骤顺次进行：步骤一、构建含燃煤与生物质耦合发电的综合能源系统运行模型1构建综合灵活运行方式下BCCPP数学模型；2进行CHP电热运行特性分析及建模；3构建BCCPP与氢能多元利用单元运行模型；步骤二、构建考虑柔性资源灵活备用的设备模型所述考虑柔性资源灵活备用的设备模型包括两个阶段的建模，第一阶段对确定性调度备用容量进行建模，第二阶段在第一阶段的基础上为应对风电不确定性构建各备用部署模型；1进行火电机组备用模型与BCCPP备用容量建模①IES通常由火电机组提供备用容量保障系统安全稳定运行，火电机组备用模型如下所示： 式中：分别为火电机组i在t时段上旋转备用、下旋转备用；PGimax、PGimin分别为火电机组i的最大功率、最小功率；UGit、PGit分别为火电机组i在t时段启停变量和出力；RGi为火电机组i爬坡功率；②BCCPP旋转备用容量在考虑常规火电备用模型的同时还需要考虑其碳捕集能耗下的净输出功率，BCCPP备用模型如下： 式中：分别为t时段常规火电和考虑碳捕集能耗下的上备用容量、下备用容量；分别为BCCPP在t时段的上旋转备用、下旋转备用；PBCmax、PBCmin分别为BCCPP最大功率、最小功率；RG为火电机组爬坡功率；PNt为BCCPP净输出功率；UGt为BCCPP启停变量；PGmin、PGmax分别为火电机组最小、最大输出功率；2BCCPP的备用部署建模如下所示： 式中：s代表变量在不同场景下的值；分别为t时段常规火电上、下备用部署值；分别为t时段BCCPP的上、下备用部署值；3考虑CHP电热运行特性的备用建模CHP存在电热运行特性，根据其运行域内的电、热输出功率与备用容量关系建立CHP机组备用模型如下所示： 式中：分别为t时段CHP的上备用容量、下备用容量；UCt为t时段CHP启停变量；RC为CHP爬坡功率；PCmax、PCmin分别为CHP最大输出功率、最小输出功率；PCHP,et为CHP电输出功率；CHP各顶点系数建模如下： 式中：分别为t时段上、下备用部署过程的顶点系数调整值；CHP的上、下备用部署以及热调节大小如下： 式中：分别为t时段CHP的上、下备用部署值；分别为t时段CHP顶点系数调整产生的热调节；PCHPe,it、PCHPh,it分别为t时段各顶点电、热功率；4氢能多元利用单元灵活备用建模电解槽能耗增加时提供下旋转备用，能耗降低时提供上旋转备用，电解槽产生的氢能会存储到储氢罐中，其备用能力要考虑储氢罐的影响，因此，电解槽备用模型如下： 式中：分别为t时段电解槽实际上、下备用容量；分别为t时段电解槽的上、下备用容量；ηd为储氢罐放氢效率；电解槽备用部署如下： 式中：分别为t时段电解槽的上、下备用部署值；氢燃料电池备用模型如下所示： 式中：分别为t时段氢燃料电池的上、下备用容量；PHFCmax、PHFCmin分别为氢燃料电池最大、最小输出功率；RHFC为氢燃料电池爬坡功率；PHFCet为t时段氢燃料电池输出电功率；氢燃料电池消耗储氢罐中的氢能转化为电、热能量，其备用模型和第二阶段的备用部署模型分别如下所示： 式中：分别为t时段氢燃料电池实际上、下备用容量；分别为t时段氢燃料电池的上、下备用部署值；ηcha为储氢罐储氢效率；步骤三、构建IES两阶段随机优化调度模型1目标函数所述IES两阶段随机优化调度模型以IES运行成本最小为目标函数，包括两阶段的运行成本、系统碳交易成本和碳封存成本； 式中：C为IES调度周期内运行总成本；S为场景总数；C1代表第一阶段总成本，C2,s为第二阶段场景s下调节成本；CC为碳交易成本；CF为碳封存成本；ρs为不同场景s下的概率；①第一阶段运行成本第一阶段成本C1包括火电机组运行成本CG、CHP机组运行成本CCHP、弃风成本CW以及购气成本CQ；C1＝CG+CCHP+CW+CQ；其中，式中：T为调度周期；CGH为火电机组煤耗成本；CCH为CHP机组煤耗成本；CGR为火电机组备用成本、CCR为CHP机组备用成本；CGD为溶剂损耗和折旧成本之和；CGj为BCCPP生物质购能成本；分别为t时段常规火电机组总上、下备用容量值；分别为火电机组上、下备用成本系数；分别为CHP机组上、下备用成本系数；λ为生物质单位质量成本；mjgt为t时段生物质购能质量；ωw、ωg分别为单位弃风成本系数和单位购气成本系数；ΔPWt、Qgast分别为t时段弃风量与购气量；②第二阶段调节成本第二阶段成本为考虑风电不确定性的灵活性资源调节成本，包括各场景下的备用部署成本、弃风成本、购气成本以及切负荷成本，表示如下： 式中：CG,s、CCHP,s、CW,s、CQ,s、Cload,s分别为场景s下的火电机组总成本、CHP机组总成本、弃风成本、购气成本、切负荷成本；分别为场景s下t时段常规火电机组总上、下备用部署；分别为火电机组上、下备用部署成本系数；分别为CHP上、下备用部署成本系数；ΔPW,st、ΔQgas,st分别为场景s下t时段弃风和购气调节量；ωd为切负荷成本系数；ΔPload,st为场景s下t时段切负荷量；③碳交易成本引入阶梯式碳交易，考虑生物质发电的低碳特性，减少对环境的污染，实际碳配额模型如下： 式中：EIESa为实际碳排放配额；EGa、ECHPa、EGBa分别为火电机组、CHP机组和燃气锅炉GB的实际碳排放量；分别为火电、BCCPP以及CHP在不同场景加权下t时段上备用部署；分别为火电、BCCPP以及CHP在不同场景加权下t时段下备用部署值；分别为CHP在不同场景加权下t时段上、下热调节量；δG、δC、δh分别为火电、CHP以及燃气锅炉单位功率实际碳排放系数；ψt为t时段BCCPP煤电出力占比；考虑碳捕集设备捕集的CO2量，IES实际参与碳交易量为： 式中：EC为参与碳交易的碳排放量；EIES为碳排放配额；通过阶梯式碳交易计算成本，阶梯式碳交易模型如下所示： 式中：α为价格增长率；l为碳排放量区间长度；λ为碳交易基价；④碳封存成本碳封存量为碳捕集设备捕集的CO2量减去电转气利用的CO2量，碳封存成本如下所示： 式中：ε为封存单位CO2价格；κ为氢-碳转换系数；ΔPMRint为t时段加权后甲烷反应器调节值；2约束条件①第一阶段约束：Pe,loadt＝PGGt+PNt+PWt-ΔPWt+PCHP,et-PEBt-PELint； Pg,loadt＝Pg,buyt-PGBt+PMRt； 式中：Pe,loadt、Ph,load1t、Pg,loadt分别为t时段电、热、气负荷值；PGGt为t时段常规火电总出力；PWt为t时段风电出力；PGBt、PGB,ht分别为t时段燃气锅炉GB耗气量和热出力；对于热网而言，存在热损耗过程，因此其热输出和热交换如下所示： 式中：Ph,loadt为t时段实际热负荷值；CW为水的比热容；mhet、mht分别为t时段热交换站和热源的质量流速；TnSt、TnRt分别为节点n在t时段的供水、回水温度；②第二阶段约束：第二阶段通过灵活性资源的备用部署平衡风电不确定性，同时，灵活性资源协同进行热、气及氢调节，保证不同能源系统的功率平衡： ΔPGB,st＝ΔPgbuy,st+ΔPMR,st； 式中：分别为场景s下t时段常规机组总上、下备用部署值；PW,st、ΔPEB,st分别为场景s下t时段风电出力及电锅炉备用部署值；Ph,load,st为场景s下t时段负荷值；ΔPEBh,st、ΔPGBh,st分别为场景s下t时段电锅炉EB、燃气锅炉GB热调节值；ΔPGB,st、ΔPgbuy,st、ΔPMR,st、ΔPMRin,st分别为场景s下t时段燃气锅炉GB耗气调节量、购气调节量、甲烷反应器产气调节量和耗氢量；分别为场景s下t时段储热罐HST的储能充、放功率；分别为场景s下t时段储氢罐的储能充、放功率；不确定场景下，其热网约束如下所示： 式中：分别为场景s下节点n在t时段的供水、回水温度；不确定性场景下储能约束与确定性场景相同，火电机组约束、风电出力约束、燃气锅炉、电锅炉约束、氢能多元利用单元约束及电、热、气网络约束在确定性场景基础上增加备用部署或调节量的变化；③以IES运行成本最小为目标完成IES两阶段随机优化调度，完成燃煤耦合发电与灵活性资源备用的能源系统低碳调度。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 东北电力大学 燃煤耦合发电与灵活性资源备用的能源系统低碳调度方法