本發(fā)明涉及能源系統(tǒng)，具體為一種綜合能源系統(tǒng)及控制方法。

背景技術：

1、隨著世界范圍內(nèi)經(jīng)濟的高速發(fā)展和工業(yè)化步伐的加快，能源短缺、全球變暖等問題日益嚴峻，新能源的開發(fā)和利用迫在眉睫。太陽能和風能作為清潔無污染、資源豐富且分布廣泛的可再生能源，充分利用太陽能、風能這類可再生能源發(fā)電和制氫可大大降低化石能源的消耗，提高可再生能源的利用率和消納能力。并且將太陽能、風能整合到能源系統(tǒng)中可以使能源結構多樣化，創(chuàng)建更具彈性和靈活性的電網(wǎng)基礎設施，可以減少對化石燃料價格波動和電力供應不穩(wěn)定的影響，同時減少碳排放，這必將成為人類社會可持續(xù)發(fā)展的重要選擇。根據(jù)國際能源機構的調(diào)查，可再生能源發(fā)電量到2026年預計增長52％，將達到11300twh，其中太陽能和風能發(fā)電將占主要部分；同時，生物質等可再生能源的熱量利用也受到了廣泛的關注，到2026年預計增長25％。生物質是來源最廣泛的非化石燃料，在農(nóng)業(yè)和食品工業(yè)領域中會產(chǎn)生大量的固體或液體廢物，如果管理不當將會對環(huán)境造成嚴重的污染問題，同時也將損失大量的熱量。值得注意的是，生物質在氣化的過程中，生物質燃料從低熱狀態(tài)通過氣化生成高熱的合成氣，可用于各種發(fā)電循環(huán)。由于太陽能、風能存在較大的隨機性和波動性，將太陽能、風能和生物質能結合的方式能夠提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和能量效率并減少溫室氣體的排放。

2、近年來，儲能在克服可再生能源發(fā)電的間歇性、波動性方面發(fā)揮了關鍵作用。在所有的儲能方式中，氫儲能作為一種新型的高效可行的儲能方式，通過可再生能源制氫儲能可以提高系統(tǒng)的快速響應能力，以平滑可再生能源的波動輸出，使可再生能源更有效地并入電網(wǎng)，同時氫燃料電池可以靈活地部署在不同地理位置和規(guī)模的電力系統(tǒng)中，它們可以用作分布式能源系統(tǒng)的一部分，允許在更靠近消費者的地方發(fā)電并減少傳輸損耗。綜上所述，在當前國內(nèi)外的能源背景下，提出一種基于可再生能源互補發(fā)電和制-儲-用氫的綜合能源系統(tǒng)和控制方法顯得尤為必要。

技術實現(xiàn)思路

1、鑒于上述存在的問題，提出了本發(fā)明。

2、因此，本發(fā)明解決的技術問題是：本發(fā)明是解決化石燃料價格波動和電力供應不穩(wěn)定，可再生能源存在較大的隨機性和波動性，排放溫室氣體污染環(huán)境的問題。

3、為解決上述技術問題，本發(fā)明提供如下技術方案：

4、第一方面，本發(fā)明提供了一種綜合能源系統(tǒng)，包括：光伏電池板、風力發(fā)電裝置、生物質氣化系統(tǒng)、雙級有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)、吸收式制冷系統(tǒng)、管式海水淡化系統(tǒng)、質子交換膜電解池系統(tǒng)、氫氣儲氣裝置和質子交換膜燃料電池系統(tǒng)；

5、所述光伏電池板、所述風力發(fā)電裝置、所述雙級有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)和所述質子交換膜燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)生的電力傳輸至電力母線并輸送給電網(wǎng)，電網(wǎng)將電力供給用戶使用；

6、所述生物質氣化系統(tǒng)產(chǎn)生的高溫尾氣的余熱依次被所述雙級有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的第一蒸發(fā)器、吸收式制冷系統(tǒng)的發(fā)生器以及管式海水淡化系統(tǒng)的海水管式蒸餾器所梯級吸收；

7、所述氫氣儲氣裝置分別與質子交換膜電解池系統(tǒng)和質子交換膜燃料電池系統(tǒng)相連。

8、作為本發(fā)明所述的綜合能源系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：吸收式制冷系統(tǒng)包括：

9、吸收式制冷系統(tǒng)中第三蒸發(fā)器產(chǎn)生的冷量的預設部分通入到雙級有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的第二冷凝器中，用于提供雙級有機朗肯循環(huán)第二冷凝器所需的全部冷量以及降低雙級有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的冷凝壓力和冷凝溫度使其產(chǎn)生高發(fā)電量，剩余預設部分的冷量供應給用戶。

10、第二方面，本發(fā)明提供了一種綜合能源系統(tǒng)的控制方法，包括：第一運行模式和第二運行模式；

11、第一運行模式為：保持光伏電池板和風力發(fā)電裝置持續(xù)運行，獲取綜合能源系統(tǒng)所產(chǎn)生的總電量，對所述綜合能源系統(tǒng)所產(chǎn)生的總電量進行第一判斷；

12、第二運行模式為：保持光伏電池板、風力發(fā)電裝置、生物質氣化系統(tǒng)、雙級有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)、吸收式制冷系統(tǒng)和管式海水淡化系統(tǒng)持續(xù)運行，獲取綜合能源系統(tǒng)所產(chǎn)生的總電量，對所述綜合能源系統(tǒng)所產(chǎn)生的總電量進行第二判斷。

13、作為本發(fā)明所述的綜合能源系統(tǒng)的控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：第一判斷包括：

14、當綜合能源系統(tǒng)所產(chǎn)生的總電量大于用戶的用電需求時，生物質氣化系統(tǒng)、雙級有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)、吸收式制冷系統(tǒng)和管式海水淡化系統(tǒng)以及質子交換膜燃料電池系統(tǒng)停止工作，啟動質子交換膜電解池系統(tǒng)；

15、獲取綜合能源系統(tǒng)以外的水源，將水源輸送到質子交換膜電解池系統(tǒng)，將電網(wǎng)中過剩的電力提供給質子交換膜電解池系統(tǒng)對水源進行電解制氫和儲能，將電網(wǎng)中多余的電力轉換成氫氣并存儲在氫氣儲氣裝置中。

16、作為本發(fā)明所述的綜合能源系統(tǒng)的控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：第一判斷還包括：

17、當綜合能源系統(tǒng)所產(chǎn)生的總電量小于用戶的用電需求時，質子交換膜電解池系統(tǒng)停止工作，啟動生物質氣化系統(tǒng)、雙級有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)、吸收式制冷系統(tǒng)和管式海水淡化系統(tǒng)以及質子交換膜燃料電池系統(tǒng)；

18、將雙級有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的第一透平、第二透平和質子交換膜燃料電池系統(tǒng)所產(chǎn)生的補充電力，與光伏電池板、風力發(fā)電裝置所產(chǎn)生的電力一起輸送至電網(wǎng)并供給用戶。

19、作為本發(fā)明所述的綜合能源系統(tǒng)的控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：第二判斷包括：

20、當綜合能源系統(tǒng)所產(chǎn)生的總電量大于用戶的用電需求時，質子交換膜燃料電池系統(tǒng)停止工作，啟動質子交換膜電解池系統(tǒng)；

21、利用管式海水淡化供給水進行電解，將綜合能源系統(tǒng)發(fā)電產(chǎn)生的過剩電力提供給質子交換膜電解池系統(tǒng)進行電解制氫和儲能，將電網(wǎng)中多余的電力轉換為氫氣，將生物質氣化系統(tǒng)產(chǎn)生的尾氣經(jīng)分離器除雜后與質子交換膜電解池系統(tǒng)產(chǎn)生的氫氣一起傳輸至氫氣儲氣裝置。

22、作為本發(fā)明所述的綜合能源系統(tǒng)的控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：利用管式海水淡化供給水進行電解包括：

23、獲取海水，將海水通過海水泵引入管式海水淡化系統(tǒng)，并與節(jié)流閥減壓后回收的海水混合，將混合后的海水通過海水泵加壓，進入海水管式蒸餾器；

24、將海水管式蒸餾器內(nèi)的海水被生物質氣化產(chǎn)生的合成氣加熱，使得海水蒸發(fā)，蒸發(fā)的水蒸氣在管殼內(nèi)表面凝結，得到淡水，并流入淡水池進行存儲；

25、在質子交換膜電解池系統(tǒng)運行時，將淡水池中的淡水通過換熱器進行預熱，將預熱后的淡水傳送至質子交換膜電解池系統(tǒng)。

26、作為本發(fā)明所述的綜合能源系統(tǒng)的控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：第二判斷還包括：

27、當綜合能源系統(tǒng)所產(chǎn)生的總電量小于用戶的用電需求時，質子交換膜電解池系統(tǒng)停止工作，啟動質子交換膜燃料電池系統(tǒng)，將質子交換膜燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)生的補充電力和雙級有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的第一透平與第二透平、光伏電池板、風力發(fā)電裝置產(chǎn)生的電力一起輸送至電網(wǎng)并供給用戶。

28、第三方面，本發(fā)明提供了一種計算設備，包括：

29、存儲器和處理器；

30、所述存儲器用于存儲計算機可執(zhí)行指令，所述處理器用于執(zhí)行所述計算機可執(zhí)行指令，該計算機可執(zhí)行指令被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)所述綜合能源系統(tǒng)及控制方法的步驟。

31、第四方面，本發(fā)明提供了一種計算機可讀存儲介質，其存儲有計算機可執(zhí)行指令，該計算機可執(zhí)行指令被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)所述綜合能源系統(tǒng)及控制方法的步驟。

32、本發(fā)明的有益效果：把風光互補發(fā)電系統(tǒng)、生物質氣化系統(tǒng)、雙級有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)、吸收式制冷系統(tǒng)、管式海水淡化系統(tǒng)、質子交換膜電解池系統(tǒng)、質子交換膜燃料電池系統(tǒng)有機地結合起來，高效地消納了可再生能源并利用氫儲能在時間尺度上來實現(xiàn)電網(wǎng)電力的“削峰填谷”，該系統(tǒng)還可為用戶提供電力、熱量、冷量、淡水等能量和物質，生物質氣化產(chǎn)生的高溫合成氣依次通過雙級有機朗肯循環(huán)的第一蒸發(fā)器、吸收式制冷的發(fā)生器和管式海水淡化系統(tǒng)的海水管式蒸餾器放熱，實現(xiàn)了余熱的梯級利用，提高了系統(tǒng)的發(fā)電量和效率，兩種綜合能源系統(tǒng)運行方式起到電網(wǎng)電力的“填谷”和“削峰”的作用。