【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及能源系統(tǒng)規(guī)劃領(lǐng)域，特別涉及耦合綠電制氫和碳捕集技術(shù)的甲烷甲醇聯(lián)產(chǎn)容量配置方法。
技術(shù)介紹
1、隨著全球范圍內(nèi)工業(yè)化進(jìn)程的加快，能源需求量逐年增加，火力發(fā)電所帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題變得日益嚴(yán)峻。二氧化碳排放量居高不下，對(duì)人類(lèi)生存的環(huán)境造成了不可逆的影響，降低工業(yè)二氧化碳排放的舉措勢(shì)在必行。同時(shí)可再生能源發(fā)電度電成本降低刺激著可再生能源向著規(guī)模化的方向發(fā)展。然而，以風(fēng)機(jī)、光伏為代表的可再生能源在出力時(shí)具有高度的不確定性和隨機(jī)性。為了更好的消納波動(dòng)狀態(tài)下的可再生能源發(fā)電，以往的綜合能源系統(tǒng)會(huì)配置蓄電池、蓄熱罐等儲(chǔ)能設(shè)備將能量?jī)?chǔ)存起來(lái)。但隨之而來(lái)的一個(gè)問(wèn)題就是配置多大規(guī)模的儲(chǔ)能設(shè)備才能滿足波動(dòng)出力條件下的可再生能源消納。儲(chǔ)能系統(tǒng)的規(guī)模越大，能夠消納的電能就越多，同時(shí)系統(tǒng)的投資成本也大幅提升。如何在儲(chǔ)能系統(tǒng)的投資成本和能源消納量之間找到平衡成為了綜合能源系統(tǒng)配置的關(guān)鍵。
2、綜合能源系統(tǒng)是一種通過(guò)優(yōu)化和集成多種能源資源的技術(shù)，旨在提高能源利用效率、降低環(huán)境影響和提升能源供應(yīng)可靠性的系統(tǒng)。在優(yōu)化區(qū)域能源供應(yīng)、減少化石燃料的投入以及實(shí)現(xiàn)能源的高效利用等方面具有廣闊的應(yīng)用。然而目前的綜合能源系統(tǒng)在儲(chǔ)能子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，未充分考慮更加豐富的儲(chǔ)能形式，系統(tǒng)的儲(chǔ)能潛力尚有開(kāi)發(fā)的空間。而在系統(tǒng)的配置優(yōu)化方案上，也缺乏合理的規(guī)劃方法對(duì)系統(tǒng)中的設(shè)備進(jìn)行科學(xué)的定容，限制了綜合能源系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、專(zhuān)利技術(shù)目的：針對(duì)以上問(wèn)題，本專(zhuān)利技術(shù)目的是提供一種耦合綠電制氫和碳捕集技術(shù)的甲烷
2、技術(shù)方案：本專(zhuān)利技術(shù)的一種耦合綠電制氫和碳捕集技術(shù)的甲烷甲醇聯(lián)產(chǎn)容量配置方法，應(yīng)用于綜合能源系統(tǒng)，該容量配置方法包括：
3、獲取供能地區(qū)內(nèi)負(fù)荷數(shù)據(jù)及氣象數(shù)據(jù)，通過(guò)聚類(lèi)方法得到該供能地區(qū)的負(fù)荷曲線、光照曲線以及風(fēng)速曲線；
4、根據(jù)綜合能源系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行機(jī)理以及相互之間的耦合關(guān)系，建立設(shè)備的穩(wěn)態(tài)模型；
5、依據(jù)耦合關(guān)系和穩(wěn)態(tài)模型，建立混合整數(shù)線性規(guī)劃模型，并對(duì)混合整數(shù)線性規(guī)劃模型進(jìn)行求解；
6、改變電解槽的投資成本，調(diào)用cplex求解器求解混合整數(shù)線性規(guī)劃模型，得到甲烷化設(shè)備和甲醇化設(shè)備的容量配置優(yōu)化結(jié)果。
7、進(jìn)一步地，綜合能源系統(tǒng)包括供能側(cè)、能源轉(zhuǎn)化側(cè)以及用戶需求側(cè)；
8、其中供能側(cè)包括火電機(jī)組、風(fēng)力發(fā)電機(jī)和光伏發(fā)電機(jī)組；
9、能源轉(zhuǎn)化側(cè)包括碳捕集系統(tǒng)、電解槽、儲(chǔ)碳罐、儲(chǔ)氫罐、甲醇化設(shè)備和甲烷化設(shè)備；
10、需求側(cè)包括用戶端和化工市場(chǎng)端；
11、碳捕集系統(tǒng)的輸入端分別連接火電機(jī)組、風(fēng)力發(fā)電機(jī)和光伏發(fā)電機(jī)組，碳捕集系統(tǒng)的輸出端連接儲(chǔ)碳罐的輸入端，儲(chǔ)碳罐的輸出端分別連接甲烷化設(shè)備的輸入端和甲醇化設(shè)備的輸入端；電解槽的輸入端分別連接火電機(jī)組、風(fēng)力發(fā)電機(jī)和光伏發(fā)電機(jī)組，電解槽的輸出端連接儲(chǔ)氫罐的輸入端，儲(chǔ)氫罐的輸出端分別連接甲醇化設(shè)備的輸入端和甲烷化設(shè)備的輸入端，甲醇化設(shè)備的輸入端和甲烷化設(shè)備的輸入端還分別連接火電機(jī)組、風(fēng)力發(fā)電機(jī)和光伏發(fā)電機(jī)組，甲醇化設(shè)備的輸出端和甲烷化設(shè)備的輸出端連接化工市場(chǎng)端；用戶端分別連接火電機(jī)組、風(fēng)力發(fā)電機(jī)和光伏發(fā)電機(jī)組。
12、進(jìn)一步地，建立設(shè)備的穩(wěn)態(tài)模型包括：
13、(1)建立光伏發(fā)電機(jī)組的出力模型，表達(dá)式為：
14、
15、式中，為光伏發(fā)電機(jī)組的輸出功率，為光伏發(fā)電機(jī)組的額定容量，ηpv為光伏效率；η表示單位面積光伏在光伏輸出功率與其面積的轉(zhuǎn)換系數(shù)；ghit為t時(shí)刻單位面積光伏可利用的太陽(yáng)能；
16、(2)建立風(fēng)力發(fā)電機(jī)的出力模型，表達(dá)式為：
17、
18、式中，ewt,t(v)為風(fēng)力發(fā)電機(jī)在t時(shí)刻風(fēng)速v下的輸出功率；vt為t時(shí)刻的風(fēng)速，vci為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的切入速度，vco為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的切出速度，vr為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的額定風(fēng)速，er為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的額定輸出功率；
19、(3)建立碳捕集系統(tǒng)的耗電模型，表達(dá)式為：
20、
21、式中，為火電機(jī)組的co2排放量，epgu為火電機(jī)組碳排放強(qiáng)度，ppgu,t為火電機(jī)組的功率；為碳捕集系統(tǒng)捕集的二氧化碳總量，ηccs為碳捕集效率；為碳捕集系統(tǒng)實(shí)際捕集用于電轉(zhuǎn)綠色燃料過(guò)程的二氧化碳量，為碳捕集系統(tǒng)捕集過(guò)程中的二氧化碳耗散量；pccs,t為碳捕集系統(tǒng)耗電量，為單位碳捕集電耗；
22、(4)建立電解槽的耗電模型，表達(dá)式為：
23、
24、式中，pel,t為電解槽的功率，λh2為電解槽產(chǎn)氫氣的電耗系數(shù)，為電解槽產(chǎn)氫量；
25、(5)建立甲烷化設(shè)備的耗電模型，表達(dá)式為：
26、
27、式中，為甲烷的合成量，為甲烷的化學(xué)轉(zhuǎn)化系數(shù)，為用于合成甲烷的二氧化碳量；為合成甲烷所消耗的電能，為合成甲烷的電耗系數(shù)；
28、(6)建立甲醇化設(shè)備的耗電模型，表達(dá)式為：
29、
30、式中，為甲醇的合成量，為甲醇的化學(xué)轉(zhuǎn)化系數(shù)，為用于合成甲醇的二氧化碳量；為合成甲醇所消耗的電能，為合成甲醇的電耗系數(shù)；
31、(7)建立儲(chǔ)氫罐內(nèi)氫氣儲(chǔ)存量模型，表達(dá)式為：
32、
33、式中，和分別為儲(chǔ)氫罐內(nèi)當(dāng)前時(shí)刻和上一時(shí)刻儲(chǔ)罐內(nèi)氫氣的體積量；和分別為儲(chǔ)氫罐內(nèi)上一時(shí)刻的進(jìn)氣量和抽汽量；為表達(dá)儲(chǔ)氫罐工作狀態(tài)的0-1變量，1代表儲(chǔ)氫罐處于進(jìn)氣狀態(tài)，0代表儲(chǔ)氫罐處于抽氣狀態(tài)；
34、(8)建立儲(chǔ)碳罐內(nèi)二氧化碳儲(chǔ)存量模型，表達(dá)式為：
35、
36、式中，和分別為儲(chǔ)碳罐內(nèi)當(dāng)前時(shí)刻和上一時(shí)刻儲(chǔ)罐內(nèi)二氧化碳的體積量；和分別為儲(chǔ)碳罐內(nèi)上一時(shí)刻的進(jìn)氣量和抽氣量；為表達(dá)儲(chǔ)碳罐工作狀態(tài)的0-1變量，1代表儲(chǔ)碳罐處于進(jìn)氣狀態(tài)，0代表儲(chǔ)碳罐處于抽汽狀態(tài)。
37、進(jìn)一步地，在混合整數(shù)線性規(guī)劃模型中，以綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行年化指標(biāo)最低為目標(biāo)函數(shù)，表達(dá)式為：
38、fd＝min(cinv+com+ctari+ctax)
39、式中，cinv表示系統(tǒng)設(shè)備的固定投資成本，com表示系統(tǒng)設(shè)備的固定運(yùn)行成本，ctari表示資源的購(gòu)置成本，ctax表示碳稅懲罰成本；
40、約束條件包括電能平衡約束、物料平衡約束和設(shè)備運(yùn)行約束。
41、進(jìn)一步地，系統(tǒng)設(shè)備的固定投資成本cinv表達(dá)式為：
42、
43、式中，k為設(shè)備類(lèi)型，ik為單位容量設(shè)備的投資成本，ek為設(shè)備的容量大小；σk為設(shè)備的等額年化成本；
44、系統(tǒng)設(shè)備的固定運(yùn)行成本com表達(dá)式為：
45、
46、式中，ζk為設(shè)備的投資成本與固定運(yùn)行成本的比值；
47、資源的購(gòu)置成本ctari表達(dá)式為：
48、
49、式中，pfuel,t為燃煤量mfuel,t的成本系數(shù)，為甲烷產(chǎn)品的售價(jià)，為甲醇產(chǎn)品的售價(jià)；
50、碳稅懲罰成本cta本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.耦合綠電制氫和碳捕集技術(shù)的甲烷甲醇聯(lián)產(chǎn)容量配置方法，其特征在于，應(yīng)用于綜合能源系統(tǒng)，該容量配置方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合綠電制氫和碳捕集技術(shù)的甲烷甲醇聯(lián)產(chǎn)容量配置方法，其特征在于，綜合能源系統(tǒng)包括供能側(cè)、能源轉(zhuǎn)化側(cè)以及用戶需求側(cè)；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的耦合綠電制氫和碳捕集技術(shù)的甲烷甲醇聯(lián)產(chǎn)容量配置方法，其特征在于，建立設(shè)備的穩(wěn)態(tài)模型包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的耦合綠電制氫和碳捕集技術(shù)的甲烷甲醇聯(lián)產(chǎn)容量配置方法，其特征在于，在混合整數(shù)線性規(guī)劃模型中，以綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行年化指標(biāo)最低為目標(biāo)函數(shù)，表達(dá)式為：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的耦合綠電制氫和碳捕集技術(shù)的甲烷甲醇聯(lián)產(chǎn)容量配置方法，其特征在于，系統(tǒng)設(shè)備的固定投資成本Cinv表達(dá)式為：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的耦合綠電制氫和碳捕集技術(shù)的甲烷甲醇聯(lián)產(chǎn)容量配置方法，其特征在于，電能平衡約束的表達(dá)式為：
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的耦合綠電制氫和碳捕集技術(shù)的甲烷甲醇聯(lián)產(chǎn)容量配置方法，其特征在于，對(duì)混合整數(shù)線性規(guī)劃模型進(jìn)行求解包括：
8.根據(jù)
...【技術(shù)特征摘要】
1.耦合綠電制氫和碳捕集技術(shù)的甲烷甲醇聯(lián)產(chǎn)容量配置方法，其特征在于，應(yīng)用于綜合能源系統(tǒng)，該容量配置方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合綠電制氫和碳捕集技術(shù)的甲烷甲醇聯(lián)產(chǎn)容量配置方法，其特征在于，綜合能源系統(tǒng)包括供能側(cè)、能源轉(zhuǎn)化側(cè)以及用戶需求側(cè)；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的耦合綠電制氫和碳捕集技術(shù)的甲烷甲醇聯(lián)產(chǎn)容量配置方法，其特征在于，建立設(shè)備的穩(wěn)態(tài)模型包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的耦合綠電制氫和碳捕集技術(shù)的甲烷甲醇聯(lián)產(chǎn)容量配置方法，其特征在于，在混合整數(shù)線性規(guī)劃模型中，以綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行年化指標(biāo)最低為目標(biāo)函數(shù)，表達(dá)式為：
5.根據(jù)權(quán)利要求...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：孫立，葉俊杰，劉櫻慧，陳珂，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：東南大學(xué)溧陽(yáng)研究院，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
還沒(méi)有人留言評(píng)論。發(fā)表了對(duì)其他瀏覽者有用的留言會(huì)獲得科技券。