本發(fā)明屬于能源優(yōu)化，具體涉及一種用于固體蓄熱型熱電聯(lián)產(chǎn)儲(chǔ)能系統(tǒng)的碳優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

1、固體蓄熱型熱電聯(lián)產(chǎn)儲(chǔ)能系統(tǒng)是一種可以同時(shí)提供電力及供熱服務(wù)的儲(chǔ)能系統(tǒng)。通過系統(tǒng)設(shè)備的優(yōu)化調(diào)控，可以在支撐新型能源系統(tǒng)建設(shè)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能能量利用價(jià)值的最大化，以電蓄熱+余熱鍋爐+蒸汽發(fā)電機(jī)組構(gòu)成的固體蓄熱型熱電聯(lián)產(chǎn)型儲(chǔ)能系統(tǒng)為例，相較于常見的電化學(xué)儲(chǔ)能，其具有系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性能高、生命周期長、設(shè)備穩(wěn)定性好的特征。

2、隨著“雙碳”目標(biāo)的提出，儲(chǔ)能成為促進(jìn)新能源大規(guī)模、高質(zhì)量發(fā)展的新動(dòng)能，其中熱儲(chǔ)能是儲(chǔ)能中最具有應(yīng)用前景的技術(shù)之一。熱儲(chǔ)能儲(chǔ)放過程無化學(xué)反應(yīng)、技術(shù)參數(shù)及過程可控、系統(tǒng)安全性高及儲(chǔ)能密度高，可用于以清潔能源和新能源為主的新型電力系統(tǒng)，通過大容量儲(chǔ)熱可以實(shí)現(xiàn)熱電解耦，增加火電機(jī)組靈活性，還可以消納間歇性、隨機(jī)性、波動(dòng)性的新能源裝機(jī)出力，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)負(fù)荷移峰填谷的作用。綜合能源系統(tǒng)引入固體儲(chǔ)熱型熱儲(chǔ)能可以有效解決電-熱能同時(shí)空供給和需求不匹配的問題，提高系統(tǒng)能源利用率。然而上述多數(shù)研究中暫未考慮熱儲(chǔ)能在綜合能源系統(tǒng)中的應(yīng)用。同時(shí)，固體蓄熱技術(shù)與蒸汽輪機(jī)發(fā)電技術(shù)均成熟配套，可實(shí)現(xiàn)可調(diào)熱電聯(lián)產(chǎn)功能，使熱儲(chǔ)能能夠同時(shí)滿足電熱負(fù)荷，進(jìn)一步提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性，降低碳排放。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明提供的一種用于固體蓄熱型熱電聯(lián)產(chǎn)儲(chǔ)能系統(tǒng)的碳優(yōu)化方法，解決了固體蓄熱型熱電聯(lián)產(chǎn)儲(chǔ)能系統(tǒng)中經(jīng)濟(jì)性不高，碳排放高的問題。

2、為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種用于固體蓄熱型熱電聯(lián)產(chǎn)儲(chǔ)能系統(tǒng)的碳優(yōu)化方法，包括以下步驟：

3、s1：獲取區(qū)域能源系統(tǒng)中電負(fù)荷數(shù)據(jù)、氣負(fù)荷數(shù)據(jù)以及熱負(fù)荷數(shù)據(jù)；

4、s2：根據(jù)電負(fù)荷數(shù)據(jù)、氣負(fù)荷數(shù)據(jù)以及熱負(fù)荷數(shù)據(jù)，建立含碳排放機(jī)制與可調(diào)熱電聯(lián)產(chǎn)熱儲(chǔ)能的綜合能源系統(tǒng)ies運(yùn)行框架；

5、s3：根據(jù)區(qū)域能源系統(tǒng)中不同時(shí)段能源系數(shù)的不同，建立階梯式碳排放模型；

6、s4：對含碳排放機(jī)制與可調(diào)熱電聯(lián)產(chǎn)熱儲(chǔ)能的綜合能源系統(tǒng)ies運(yùn)行框架進(jìn)行低碳優(yōu)化調(diào)度，構(gòu)建得到目標(biāo)函數(shù)和約束條件；

7、s5：根據(jù)階梯式碳排放模型，結(jié)合目標(biāo)函數(shù)和約束條件對含碳排放機(jī)制與可調(diào)熱電聯(lián)產(chǎn)熱儲(chǔ)能的綜合能源系統(tǒng)ies運(yùn)行框架進(jìn)行優(yōu)化，完成碳優(yōu)化。

8、本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明利用階梯式碳排放機(jī)制對固體蓄熱型熱電聯(lián)產(chǎn)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，能夠降低碳排放總量，提高消納棄風(fēng)和供電供熱能力，相比于傳統(tǒng)電化學(xué)儲(chǔ)能加儲(chǔ)熱罐性質(zhì)熱儲(chǔ)能，電蓄熱具有雙儲(chǔ)能性質(zhì)，可引導(dǎo)自身在低谷和棄風(fēng)時(shí)段蓄能，在電價(jià)高峰時(shí)段或熱負(fù)荷高峰時(shí)段承擔(dān)作用，進(jìn)一步提高系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)能力和棄風(fēng)消納能力，并大幅降低系統(tǒng)運(yùn)行成本。

9、進(jìn)一步地：所述含碳排放機(jī)制與可調(diào)熱電聯(lián)產(chǎn)熱儲(chǔ)能的綜合能源系統(tǒng)ies運(yùn)行框架包括：固體蓄熱型熱儲(chǔ)能系統(tǒng)和熱電聯(lián)產(chǎn)燃?xì)饨M系統(tǒng)；

10、所述固體蓄熱型熱儲(chǔ)能系統(tǒng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

11、

12、

13、其中，prc,e(t)為t時(shí)刻固體蓄熱型熱儲(chǔ)能系統(tǒng)輸出的電能，prc,h(t)為t時(shí)刻固體蓄熱型熱儲(chǔ)能系統(tǒng)輸出的熱能，pdh,rc(t)為t時(shí)刻固體蓄熱型熱儲(chǔ)能系統(tǒng)輸入電能轉(zhuǎn)化的熱能，pd,rc(t)為t時(shí)刻固體蓄熱型熱儲(chǔ)能系統(tǒng)輸入的電功率，為固體蓄熱型熱儲(chǔ)能系統(tǒng)輸出為電能的效率，為固體蓄熱型熱儲(chǔ)能系統(tǒng)輸出為熱能的效率，為固體蓄熱型熱儲(chǔ)能系統(tǒng)電蓄熱儲(chǔ)存的效率，為固體蓄熱型熱儲(chǔ)能系統(tǒng)最小輸入電功率，為固體蓄熱型熱儲(chǔ)能系統(tǒng)最大輸入電功率，為固體蓄熱型熱儲(chǔ)能系統(tǒng)的爬坡下限，為固體蓄熱型熱儲(chǔ)能系統(tǒng)的爬坡上限，為固體蓄熱型熱儲(chǔ)能系統(tǒng)的熱電比下限，為固體蓄熱型熱儲(chǔ)能系統(tǒng)的熱電比上限；

14、所述熱電聯(lián)產(chǎn)燃?xì)饨M系統(tǒng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

15、

16、其中，pchp,h(t)為t時(shí)刻熱電聯(lián)產(chǎn)燃?xì)饨M系統(tǒng)輸出的熱能功率，pchp,e(t)為t時(shí)刻熱電聯(lián)產(chǎn)燃?xì)饨M系統(tǒng)輸出的電能功率，pg,chp(t)為t時(shí)刻輸入熱電聯(lián)產(chǎn)燃?xì)饨M的天然氣功率，為熱電聯(lián)產(chǎn)燃?xì)饨M系統(tǒng)輸出的熱能效率，為熱電聯(lián)產(chǎn)燃?xì)饨M系統(tǒng)輸出的效率，為熱電聯(lián)產(chǎn)燃?xì)饨M系統(tǒng)的爬坡下限，為熱電聯(lián)產(chǎn)燃?xì)饨M系統(tǒng)的爬坡上限，為熱電聯(lián)產(chǎn)燃?xì)饨M系統(tǒng)的熱電比下限，為熱電聯(lián)產(chǎn)燃?xì)饨M系統(tǒng)的熱電比上限。

17、上述進(jìn)一步方案的有益效果為：建立固體蓄熱型熱儲(chǔ)能系統(tǒng)和熱電聯(lián)產(chǎn)燃?xì)饨M系統(tǒng)，便于后續(xù)進(jìn)行碳優(yōu)化計(jì)算。

18、進(jìn)一步地：所述階梯式碳排放模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

19、

20、eies,s＝eies,a-eies

21、其中，fc為階梯式碳交易成本，λ為碳交易基準(zhǔn)價(jià)，σ為碳交易價(jià)格增長率，l為碳排放權(quán)交易額，eies,s為ies綜合能源系統(tǒng)的碳排放交易額，eies,a為ies綜合能源系統(tǒng)的碳排放總量，eies為ies綜合能源系統(tǒng)的碳排放權(quán)配額；

22、所述ies綜合能源系統(tǒng)的碳排放總量eies,a的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

23、

24、其中，eies,a為ies綜合能源系統(tǒng)的碳排放總量，為上級電網(wǎng)購電的非清潔能源部分碳排放量，為chp機(jī)組的非清潔能源部分碳排放量，為固體蓄熱型熱儲(chǔ)能系統(tǒng)的非清潔能源部分碳排放量，為火電機(jī)組單位碳排放強(qiáng)度，為天然氣機(jī)組單位碳排放強(qiáng)度，pbuy,e(t)為t時(shí)刻ies綜合能源系統(tǒng)總購氣量，pchp,e(t)為t時(shí)刻熱電聯(lián)產(chǎn)燃?xì)饨M系統(tǒng)輸出的電能功率，pchp,h(t)為t時(shí)刻熱電聯(lián)產(chǎn)燃?xì)饨M系統(tǒng)輸出的熱能功率，prc,e(t)為為t時(shí)刻固體蓄熱型熱儲(chǔ)能系統(tǒng)輸出的電能；

25、所述ies綜合能源系統(tǒng)的碳排放權(quán)配額eies的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

26、eies＝ebuy+echp+erc

27、

28、其中，eies為ies綜合能源系統(tǒng)的碳排放權(quán)配額，ebuy為上級電網(wǎng)購電的碳排放權(quán)配額，echp為chp機(jī)組的碳排放權(quán)配額，erc為固體蓄熱型熱儲(chǔ)能系統(tǒng)的碳排放權(quán)配額，κe為單位電碳排放權(quán)配額，κg為單位氣碳排放權(quán)配額，pbuy,e(t)為t時(shí)刻電儲(chǔ)能輸入電功率中從上級電網(wǎng)購電部分，pchp,e(t)為t時(shí)刻熱電聯(lián)產(chǎn)燃?xì)饨M系統(tǒng)輸出的電能功率，pchp,h(t)為t時(shí)刻熱電聯(lián)產(chǎn)燃?xì)饨M系統(tǒng)輸出的熱能功率，為t時(shí)刻固體蓄熱型熱儲(chǔ)能系統(tǒng)輸入電功率中從上級電網(wǎng)購電部分，t為一個(gè)調(diào)度周期，t為時(shí)刻。

29、上述進(jìn)一步方案的有益效果為：建立階梯式碳排放模型，能夠更好地描述固體蓄熱型熱電聯(lián)產(chǎn)儲(chǔ)能系統(tǒng)的價(jià)格變化和碳排放的關(guān)系。

30、進(jìn)一步地：所述目標(biāo)函數(shù)的表達(dá)式如下：

31、fies＝min(fbuy+fc+fwq)

32、

33、其中，fies為目標(biāo)函數(shù)，fbuy為ies綜合能源系統(tǒng)的購能成本，fc為階梯式碳交易成本，fwq為棄風(fēng)懲罰成本，ke,t為t時(shí)刻的分時(shí)電價(jià)，kg,t為t時(shí)刻的分時(shí)氣價(jià)，pbuy,e(t)為t時(shí)刻ies綜合能源系統(tǒng)總購氣量，為t時(shí)刻固體蓄熱型熱儲(chǔ)能系統(tǒng)輸入電功率中從上級電網(wǎng)購電部分，pbuy,g(t)為t時(shí)刻固體蓄熱型熱儲(chǔ)能系統(tǒng)的總購氣量，kw為單位棄風(fēng)懲罰單價(jià)，pw,gi為t時(shí)刻棄風(fēng)量，t為一個(gè)調(diào)度周期，t為時(shí)刻。

34、上述進(jìn)一步方案的有益效果為：通過目標(biāo)函數(shù)，能夠構(gòu)建各種成本最小的低碳成本優(yōu)化調(diào)度，降低系統(tǒng)總成本。

35、進(jìn)一步地：所述約束條件包括風(fēng)電出力約束、儲(chǔ)能運(yùn)行約束、電能平衡約束、熱能平衡約束以及天然氣平衡約束；

36、所述風(fēng)電出力約束的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

37、0≤pw(t)≤pdw

38、其中，pw(t)為t時(shí)刻風(fēng)電實(shí)際出力，pdw為風(fēng)電總額定功率；

39、所述儲(chǔ)能運(yùn)行約束的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

40、

41、

42、其中，為第n類儲(chǔ)能t時(shí)刻的充功率，分別為第n類儲(chǔ)能t時(shí)刻的放功率，為第n類儲(chǔ)能的單次充放最大功率，為第n類儲(chǔ)能容量上限，為第n類儲(chǔ)能容量下限，sn(t)為第n類儲(chǔ)能容量t時(shí)刻儲(chǔ)能實(shí)時(shí)容量，ηc,n為第n類儲(chǔ)能的充能效率，ηf,n為第n類儲(chǔ)能的放能效率，為第n類儲(chǔ)能充能標(biāo)志，為第n類儲(chǔ)能放能標(biāo)志，δt為一個(gè)時(shí)間間隔；

43、所述電能平衡約束的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

44、

45、其中，pbuy,e(t)為t時(shí)刻ies綜合能源系統(tǒng)總購氣量，pload,e(t)為t時(shí)刻電負(fù)荷，pd,rc(t)為t時(shí)刻固體蓄熱型熱儲(chǔ)能系統(tǒng)輸入的電功率，pchp,e(t)為t時(shí)刻熱電聯(lián)產(chǎn)燃?xì)饨M系統(tǒng)輸出的電能功率，prc,e(t)為t時(shí)刻固體蓄熱型熱儲(chǔ)能系統(tǒng)輸出的電能；

46、所述熱能平衡約束的表達(dá)式如下：

47、pchp,h(t)+prc,h(t)＝pload,h(t)

48、其中，pchp,h(t)為t時(shí)刻熱電聯(lián)產(chǎn)燃?xì)饨M系統(tǒng)輸出的熱能功率，prc,h(t)為t時(shí)刻固體蓄熱型熱儲(chǔ)能系統(tǒng)輸出的熱能，pload,h(t)為t時(shí)刻熱負(fù)荷；

49、所述天然氣平衡約束的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

50、

51、其中，pbuy,g(t)為t時(shí)刻固體蓄熱型t時(shí)刻氣負(fù)荷總購氣量，pload,g(t)為t時(shí)刻氣負(fù)荷，pg,chp(t)為t時(shí)刻輸入熱電聯(lián)產(chǎn)燃?xì)饨M的天然氣功率。

52、上述進(jìn)一步方案的有益效果為：通過風(fēng)電出力約束、儲(chǔ)能運(yùn)行約束、電能平衡約束、熱能平衡約束以及天然氣平衡約束，能夠進(jìn)一步提高消納棄風(fēng)和供電供熱能力，降低碳排放量，且總成本增長幅度不大。