本發(fā)明涉及無線通信，尤其涉及一種基于p2g富氧運(yùn)行改進(jìn)的綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

1、為減緩碳排放導(dǎo)致的氣候問題，我國(guó)于2020年正式提出2030年前碳達(dá)峰、2060年前碳中和的雙碳戰(zhàn)略。實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)低碳經(jīng)濟(jì)調(diào)度，提高風(fēng)光等可再生清潔能源的消納水平是實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的重要手段。風(fēng)光等可再生能源由于零碳排、技術(shù)成熟及邊際成本低等原因正逐漸替代高碳排放電源。風(fēng)光出力不確定性不僅限制其消納能力，而p2g技術(shù)是一種可以將富余的電能轉(zhuǎn)換為天然氣的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了電能的轉(zhuǎn)換儲(chǔ)存和使用，可對(duì)風(fēng)電、光電等新能源電能進(jìn)行轉(zhuǎn)化，使得綜合能源系統(tǒng)在新能源消納方面找到了新的途徑。

2、然而，p2g除了可將電能轉(zhuǎn)化為天然氣之外，還可以產(chǎn)出氧氣，而傳統(tǒng)的p2g與碳捕集設(shè)備聯(lián)合運(yùn)行模式中，氧氣并未得到充分利用，且傳統(tǒng)燃燒后捕集技術(shù)存在碳捕集效率低，且運(yùn)行成本高的問題。

3、因此，亟需提供一種方案改善上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于p2g富氧運(yùn)行改進(jìn)的綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化方法，用以改善現(xiàn)有的p2g技術(shù)與碳捕集設(shè)備聯(lián)合運(yùn)行模式中，氧氣并未得到充分利用，且傳統(tǒng)燃燒后捕集技術(shù)存在碳捕集效率低導(dǎo)致碳排放過高以及綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行成本高的問題。

2、本發(fā)明提供的一種基于p2g富氧運(yùn)行改進(jìn)的綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化方法采用如下的技術(shù)方案：

3、基于p2g和富氧燃燒的運(yùn)行機(jī)理建立綜合能源系統(tǒng)的優(yōu)化模型；

4、基于綜合能源系統(tǒng)的調(diào)度成本、運(yùn)維成本、碳成本、棄風(fēng)成本和能源對(duì)外出售成本獲取目標(biāo)成本，基于能量平衡約束、電功率約束、儲(chǔ)能約束、爬坡約束獲取約束條件；

5、基于所述約束條件對(duì)所述目標(biāo)成本進(jìn)行優(yōu)化求解獲取優(yōu)化模型的最優(yōu)解。

6、本發(fā)明提供的一種基于p2g富氧運(yùn)行改進(jìn)的綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化方法的有益效果在于：首先，本發(fā)明利用p2g、碳捕集設(shè)備，通過電能、熱能、天然氣之間的耦合，可有效降低碳排放，提升風(fēng)電消納，提升系統(tǒng)整體運(yùn)行效益；其次，本發(fā)明的綜合能源系統(tǒng)經(jīng)過富氧燃燒技術(shù)改進(jìn)以及尾氣co2濃度提升后，使得碳捕集設(shè)備捕集效率提升，功耗下降，說明本發(fā)明引入的富氧燃燒技術(shù)改進(jìn)對(duì)降低碳排放和經(jīng)濟(jì)性上有顯著效果；最后，利用空分制氧機(jī)的負(fù)荷時(shí)移特性，使綜合能源系統(tǒng)能夠更好的削峰填谷，優(yōu)化調(diào)度。

7、可選的，所述p2g的運(yùn)行機(jī)理包括電解氫階段、甲烷反應(yīng)階段和能量交互階段，其中，

8、電解氫階段的數(shù)學(xué)模型為：

9、

10、其中，為電解槽t時(shí)段產(chǎn)生的氫氣的體積；ηel為電解槽產(chǎn)生氫氣的效率；為電解槽在t時(shí)段電解槽的輸入功率；hg為氫氣的熱值。

11、甲烷反應(yīng)階段的數(shù)學(xué)模型為：

12、

13、其中，為t時(shí)段甲烷反應(yīng)產(chǎn)生的天然氣體積；ζ為甲烷反應(yīng)放熱系數(shù)；為t時(shí)段捕集的co2中參與甲烷反應(yīng)的co2體積；為甲烷反應(yīng)放熱功率；為t時(shí)段購(gòu)買的co2體積；μ，λ為天然氣與氫氣、co2的摩爾關(guān)系；

14、能量交互階段的數(shù)學(xué)模型為：

15、

16、其中，為t時(shí)段風(fēng)電總發(fā)電功率；pcurt,t為t時(shí)段棄風(fēng)功率；為t時(shí)段風(fēng)電供應(yīng)負(fù)荷功率；為t時(shí)段風(fēng)能供給電解槽的電功率；為t時(shí)段系統(tǒng)實(shí)際利用的風(fēng)能。

17、可選的，所述富氧燃燒的運(yùn)行機(jī)理包括空分制氧機(jī)運(yùn)行模型及儲(chǔ)氧罐模型，其中，空分制氧機(jī)運(yùn)行模型和儲(chǔ)氧罐模型的表達(dá)式分別為：

18、

19、eo,t＝eo,t-1+qo,t；

20、其中，為t時(shí)段空分制氧機(jī)的輸入功率；β為空分制氧機(jī)的單位制氧耗能系數(shù)；oasu,t為t時(shí)段空分制氧機(jī)制氧體積；eo,t、qo,t分別為t時(shí)段儲(chǔ)氧罐氧氣體積和儲(chǔ)存或消耗氧氣的體積。

21、可選的，所述綜合能源系統(tǒng)的優(yōu)化模型包括：燃?xì)廨啓C(jī)模型、碳捕集設(shè)備相關(guān)模型、設(shè)備碳排放模型、儲(chǔ)熱罐熱電耦合模型、熱儲(chǔ)能和電儲(chǔ)能能量損耗模型，其中，

22、所述燃?xì)廨啓C(jī)模型的表達(dá)式為：

23、

24、

25、

26、所述碳捕集設(shè)備相關(guān)模型的表達(dá)式為：

27、

28、

29、

30、所述設(shè)備碳排放模型的表達(dá)式為：

31、

32、

33、所述儲(chǔ)熱罐熱電耦合模型的表達(dá)式為：

34、

35、

36、所述熱儲(chǔ)能和電儲(chǔ)能能量損耗模型的表達(dá)式為：

37、

38、

39、式中，為t時(shí)段燃?xì)廨啓C(jī)消耗天然氣體積；為t時(shí)段燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電功率；為燃?xì)廨啓C(jī)余熱功率；ηgt為燃?xì)廨啓C(jī)效率；為燃?xì)廨啓C(jī)t時(shí)段余熱發(fā)電功率；為t時(shí)段燃?xì)廨啓C(jī)余熱供熱功率；k為燃?xì)廨啓C(jī)熱電比；λng為天然氣熱值，為t時(shí)段碳捕集設(shè)備消耗電能；分別為碳捕集設(shè)備在t時(shí)段的固定耗能和運(yùn)行耗能；為碳捕集設(shè)備在t時(shí)段捕獲的co2體積；為碳捕集設(shè)備在t時(shí)段未捕獲的co2體積；λccs為碳捕集設(shè)備捕獲co2單位功耗系數(shù)；ηccs為碳捕集設(shè)備的捕獲效率；分別為t時(shí)段各設(shè)備產(chǎn)生的co2體積；ωc為系統(tǒng)中產(chǎn)生co2的設(shè)備；為t時(shí)段排碳設(shè)備功率；為t時(shí)段光熱電站直接驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電功率；為t時(shí)段光熱電站儲(chǔ)熱功率；為時(shí)t段光熱電站發(fā)電功率；為t時(shí)段儲(chǔ)熱裝置供熱功率和驅(qū)動(dòng)蒸汽發(fā)電機(jī)的熱功率；和分別為t時(shí)段熱儲(chǔ)能和電儲(chǔ)能容量；和分別為t時(shí)段電儲(chǔ)能儲(chǔ)存和釋放的電功率；為t時(shí)段儲(chǔ)熱罐供應(yīng)熱負(fù)荷功率；為熱儲(chǔ)能和電儲(chǔ)能的能量?jī)?chǔ)存效率；為熱儲(chǔ)能和電儲(chǔ)能的能量釋放效率；γtes、γees為熱儲(chǔ)能和電儲(chǔ)能的能量損耗系數(shù)；為能量的來源；2為能量的流向；α、β、γ分別為耗氧設(shè)備產(chǎn)生co2的系數(shù)。

40、可選的，基于所述綜合能源系統(tǒng)的調(diào)度成本、運(yùn)維成本、碳成本、棄風(fēng)成本和能源對(duì)外出售成本獲取目標(biāo)成本的過程，所述目標(biāo)成本的表達(dá)式為：

41、f＝min(fd+fo+fc+fw-fs)；

42、其中，

43、

44、式中，f為目標(biāo)成本，fd為調(diào)度成本，fo為運(yùn)維成本，fc為碳成本，fw為棄風(fēng)成本，fs為能源對(duì)外出售成本，re,t、rh,t、rg,t分別為t時(shí)段的電價(jià)、熱價(jià)、氣價(jià)；為t時(shí)段對(duì)外購(gòu)買的電能、熱能、天然氣，ccoal為火力電廠單位功率煤炭成本；為t時(shí)段火力電廠發(fā)電功率；ω為系統(tǒng)運(yùn)行的各個(gè)設(shè)備；con、coff為啟動(dòng)成本和關(guān)斷成本；為各個(gè)設(shè)備的單位功率運(yùn)行成本；pti為t時(shí)段各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行功率；為t時(shí)段i設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，為t時(shí)段購(gòu)買的co2體積和存儲(chǔ)的co2體積，cp為棄風(fēng)成本系數(shù)；rc和rom分別為購(gòu)買和儲(chǔ)存co2的單位成本；fcet為碳稅成本；t表示數(shù)值24小時(shí)。

45、可選的，基于能量平衡約束、電功率約束、儲(chǔ)能約束、爬坡約束獲取約束條件時(shí)，

46、所述能量平衡約束的表達(dá)式為：

47、

48、

49、所述電功率約束的表達(dá)式為：

50、

51、所述儲(chǔ)能約束的表達(dá)式為：

52、

53、所述爬坡約束的表達(dá)式為：

54、

55、式中，分別為t時(shí)段電負(fù)荷、熱負(fù)荷、氣負(fù)荷；為t時(shí)段對(duì)外出售的電能、熱能、天然氣；為電解槽、碳捕集設(shè)備、電鍋爐最大運(yùn)行功率；為t時(shí)段燃?xì)忮仩t消耗的天然氣體積；為燃?xì)廨啓C(jī)最小、最大輸出功率；為燃?xì)忮仩t最小、最大輸出功率；為空分制氧機(jī)最大運(yùn)行功率；為t時(shí)段熱儲(chǔ)罐直接供給熱負(fù)荷的功率；為t時(shí)段燃?xì)忮仩t的電功率；分別為t時(shí)段電鍋爐的電功率和熱功率；λasu為空分制氧機(jī)最小運(yùn)行功耗系數(shù)；為儲(chǔ)熱罐最小、最大容量；為電儲(chǔ)能最小、最大容量；為火力電廠爬坡上下限；為電解槽爬坡上下限。