本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)，特別涉及一種熱電聯(lián)產(chǎn)壓縮二氧化碳儲(chǔ)能電站容量規(guī)劃方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、壓縮二氧化碳儲(chǔ)能(compressed?carbon?dioxide?energy?storage，cces)技術(shù)通過(guò)儲(chǔ)熱裝置回收再利用壓縮階段產(chǎn)生的壓縮熱，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程無(wú)燃燒和零排放，不但具有容量大、壽命長(zhǎng)、成本低和運(yùn)行安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，而且儲(chǔ)熱裝置的存在也賦予了cces系統(tǒng)熱電聯(lián)儲(chǔ)/聯(lián)供及與外部熱源耦合運(yùn)行的能力，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)內(nèi)部熱量調(diào)度的靈活性和經(jīng)濟(jì)性。

2、熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)(combined?heating?and?power?system，chp)通過(guò)整合電力、熱力等多種能源形式，形成多能流耦合互補(bǔ)的一體化系統(tǒng)，有效提高了能源利用率。然而，高滲透率新能源的接入也給系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，因此需要cces等設(shè)備為chp多能協(xié)同運(yùn)行提供重要支撐作用。當(dāng)前對(duì)于cces系統(tǒng)的優(yōu)化規(guī)劃方面的實(shí)現(xiàn)方案比較多，但是缺少對(duì)cces電站各個(gè)裝置的設(shè)計(jì)及優(yōu)化的具體實(shí)現(xiàn)方式，無(wú)法滿足cces電站的設(shè)計(jì)需求，導(dǎo)致cces電站設(shè)計(jì)的周期過(guò)長(zhǎng)，且需要反復(fù)進(jìn)行調(diào)整。

3、例如，在高滲透率新能源接入的情況下，未能充分整合電力、熱力等多種能源形式與cces電站各個(gè)裝置的互動(dòng)關(guān)系，導(dǎo)致容量規(guī)劃難以實(shí)現(xiàn)整體系統(tǒng)的最優(yōu)運(yùn)行；未全面考慮不同能源需求的動(dòng)態(tài)變化；還未能充分考慮不同季節(jié)、不同時(shí)間段的電力和熱力需求差異，使得容量規(guī)劃可能在某些時(shí)段出現(xiàn)過(guò)?；虿蛔愕那闆r。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實(shí)施例的目的是提供一種熱電聯(lián)產(chǎn)壓縮二氧化碳儲(chǔ)能電站容量規(guī)劃方法及系統(tǒng)，全面考慮了cces的高低壓儲(chǔ)氣室和蓄熱罐熱容量，充分利用了cces的熱電聯(lián)產(chǎn)特性，通過(guò)優(yōu)化規(guī)劃，能夠有效應(yīng)對(duì)新能源出力波動(dòng)和電熱負(fù)荷變化，提升電能和熱能的利用效率，降低chp系統(tǒng)整體成本，展現(xiàn)了快速成本回收和良好的應(yīng)用前景。

2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例的第一方面提供了一種熱電聯(lián)產(chǎn)壓縮二氧化碳儲(chǔ)能電站容量規(guī)劃方法，包括如下步驟：

3、獲取壓縮二氧化碳儲(chǔ)能電站中的蓄熱罐熱量、低壓儲(chǔ)氣室氣壓、高壓儲(chǔ)氣室氣壓分別與儲(chǔ)電功率、發(fā)電功率、蓄熱功率和供熱功率的對(duì)應(yīng)關(guān)系；

4、基于所述對(duì)應(yīng)關(guān)系，構(gòu)建壓縮二氧化碳儲(chǔ)能電站的容量規(guī)劃模型，在滿足預(yù)設(shè)約束條件的前提下結(jié)合成本最小化原則進(jìn)行容量規(guī)劃；

5、對(duì)所述二氧化碳儲(chǔ)能電站容量規(guī)劃模型進(jìn)行線性化處理，通過(guò)線性優(yōu)化求解器對(duì)線性化處理后的所述二氧化碳儲(chǔ)能電站容量規(guī)劃模型進(jìn)行計(jì)算求解，得到所述二氧化碳儲(chǔ)能電站的容量配置結(jié)果。

6、進(jìn)一步地，所述蓄熱罐熱量、低壓儲(chǔ)氣室氣壓、高壓儲(chǔ)氣室氣壓與儲(chǔ)電功率、發(fā)電功率、蓄熱功率和供熱功率對(duì)應(yīng)關(guān)系為：

7、

8、其中，為低壓儲(chǔ)氣室的氣壓值，為高壓儲(chǔ)氣室中的氣壓值，為蓄熱罐的熱量值，和分別為低壓儲(chǔ)氣罐氣壓變化率與流過(guò)壓縮機(jī)和膨脹機(jī)的氣體質(zhì)量流量間的關(guān)系系數(shù)，kmc,k,t和kmex,k,t分別為流過(guò)壓縮機(jī)/膨脹機(jī)的氣體質(zhì)量流量與壓縮功率/發(fā)電功率間的關(guān)系系數(shù)，和分別為高壓儲(chǔ)氣罐氣壓變化率與流過(guò)壓縮機(jī)和膨脹機(jī)的氣體質(zhì)量流量間的關(guān)系系數(shù)，和分別為蓄熱罐熱量變化率與流過(guò)壓縮機(jī)和膨脹機(jī)的氣體質(zhì)量流量間的關(guān)系系數(shù)，kwh,k和khl,k分別為蓄熱罐熱量變化率與儲(chǔ)熱功率和供熱功率間的關(guān)系系數(shù)，pc,k,t為t時(shí)刻k節(jié)點(diǎn)壓縮機(jī)的壓縮功率，pex,k,t為t時(shí)刻k節(jié)點(diǎn)膨脹機(jī)的發(fā)電功率，pwh,k,t為t時(shí)刻k節(jié)點(diǎn)的儲(chǔ)熱功率，phl,k,t為t時(shí)刻k節(jié)點(diǎn)的供熱功率。

9、進(jìn)一步地，所述低壓儲(chǔ)氣室的氣壓值計(jì)算公式為：

10、

11、pl,k,min≤pl,k,t≤pl,k,max

12、其中，pl,k,t和分別為t時(shí)刻k節(jié)點(diǎn)低壓儲(chǔ)氣室的氣體壓力值和氣壓變化率，vl為低壓儲(chǔ)氣室容積，rg為氣體常數(shù)，γ為二氧化碳絕熱指數(shù)，mex,k,t為t時(shí)刻k節(jié)點(diǎn)流入膨脹機(jī)的二氧化碳質(zhì)量流量，tind為經(jīng)多級(jí)加熱膨脹后進(jìn)入低壓儲(chǔ)氣室的氣體溫度，mc,k,t為t時(shí)刻k節(jié)點(diǎn)流入壓縮機(jī)的二氧化碳質(zhì)量流量，tl為低壓儲(chǔ)氣室內(nèi)氣體溫度，pl,k,t-1為t時(shí)刻k節(jié)點(diǎn)低壓儲(chǔ)氣室的氣體壓力值，δt為時(shí)間間隔的長(zhǎng)度，pl,k,min為低壓儲(chǔ)氣室氣壓的下限，pl,k,max為低壓儲(chǔ)氣室氣壓的上限；

13、所述高壓儲(chǔ)氣室的氣壓值計(jì)算公式為：

14、

15、ph,k,min≤ph,k,t≤ph,k,max

16、其中，ph,k,t和分別為t時(shí)刻k節(jié)點(diǎn)的高壓儲(chǔ)氣室的氣體壓力值和氣壓變化率，vh為高壓儲(chǔ)氣室容積，rg為氣體常數(shù)；γ為二氧化碳絕熱指數(shù)，mex,k,t為t時(shí)刻k節(jié)點(diǎn)流經(jīng)膨脹機(jī)的二氧化碳質(zhì)量流量，ting為經(jīng)多級(jí)壓縮冷卻后進(jìn)入高壓儲(chǔ)氣室的氣體溫度，mc,k,t為t時(shí)刻k節(jié)點(diǎn)流出壓縮機(jī)的二氧化碳質(zhì)量流量，th為高壓儲(chǔ)氣室內(nèi)氣體溫度，ph,k,min為高壓儲(chǔ)氣室氣壓的下限，ph,k,max為高壓儲(chǔ)氣室氣壓的上限；

17、所述蓄熱罐在壓縮過(guò)程中吸收的熱量計(jì)算公式為：

18、

19、其中，εc為載熱介質(zhì)與二氧化碳?xì)怏w的換熱系數(shù)，tc為蓄熱罐中載熱介質(zhì)的溫度，mc,k,t為t時(shí)刻k節(jié)點(diǎn)流出壓縮機(jī)的二氧化碳質(zhì)量流量，cp為二氧化碳定壓比熱容，nc為壓縮機(jī)總的級(jí)數(shù)，tcin(i)為第i級(jí)壓縮機(jī)入口溫度，βc(i)為第i級(jí)縮機(jī)壓比，γ為二氧化碳絕熱指數(shù)；

20、所述蓄熱罐在膨脹過(guò)程中釋放的熱量計(jì)算公式為：

21、

22、其中，εc為載熱介質(zhì)與二氧化碳?xì)怏w的換熱系數(shù)，mex,k,t為流經(jīng)t時(shí)段節(jié)點(diǎn)k膨脹機(jī)的二氧化碳質(zhì)量流量，nex為膨脹機(jī)總的級(jí)數(shù)，texin(j)為第j級(jí)膨脹機(jī)入口溫度，βex(j)為第j級(jí)膨脹機(jī)膨脹比，ηex(j)為第j級(jí)膨脹機(jī)等熵效率，γ為二氧化碳絕熱指數(shù)；

23、蓄熱罐內(nèi)的熱量計(jì)算公式為：

24、qh,k,t＝qh,k,t-1+(pqc,k,t-pqex,k,t)δt+(pcwh,k,t-pchl,k,t)δt；

25、qh,k,min≤qh,k,t≤qh,k,max；

26、其中，qh,k,t為節(jié)點(diǎn)k的壓縮二氧化碳儲(chǔ)能電站在t時(shí)刻蓄熱罐內(nèi)儲(chǔ)存的能量，pcwh,k,t為k節(jié)點(diǎn)t時(shí)刻cces從外界吸收熱量的儲(chǔ)熱功率，pchl,k,t為k節(jié)點(diǎn)t時(shí)刻cces的供熱功率；qh,k,min和qh,k,max分別為蓄熱罐儲(chǔ)存能量的下限和上限。

27、進(jìn)一步地，所述壓縮機(jī)壓縮功率的計(jì)算公式為：

28、

29、其中，pc,k,t為t時(shí)段節(jié)點(diǎn)k的總壓縮功率，mc,k,t為t時(shí)段節(jié)點(diǎn)k進(jìn)入壓縮機(jī)的二氧化碳質(zhì)量流量，cp為二氧化碳定壓比熱容，nc為壓縮機(jī)總的級(jí)數(shù)，tcin(i)為第i級(jí)壓縮機(jī)入口溫度，βc(i)為第i級(jí)縮機(jī)壓比，γ為二氧化碳絕熱指數(shù)，ηc(i)為第i級(jí)壓縮機(jī)等熵效率；

30、所述膨脹機(jī)發(fā)電功率的計(jì)算公式為：

31、

32、其中，pex,k,t為t時(shí)段k節(jié)點(diǎn)膨脹機(jī)總的功率，mex,k,t為流經(jīng)t時(shí)段k節(jié)點(diǎn)膨脹機(jī)的二氧化碳質(zhì)量流量，nex為膨脹機(jī)總的級(jí)數(shù)，texin(j)為第j級(jí)膨脹機(jī)入口溫度，βex(j)為第j級(jí)膨脹機(jī)膨脹比，ηex(j)為第j級(jí)膨脹機(jī)等熵效率，γ為二氧化碳絕熱指數(shù)。

33、進(jìn)一步地，所述預(yù)設(shè)約束條件包括：cces的運(yùn)行約束條件；

34、所述運(yùn)行約束條件的計(jì)算公式為：

35、sc,t+sex,t≤1sc,t,sex,t∈{0,1}；

36、sc,tpcmin≤pc,t≤sc,tpcmax；

37、sex,tpexmin≤pex,t≤sex,tpcmax；

38、其中，sc,t、sex,t分別為所述壓縮二氧化碳儲(chǔ)能電站在t時(shí)刻充放電狀態(tài)的0-1變量；pcmin、pcmax分別為所述壓縮二氧化碳儲(chǔ)能電站的壓縮功率最小值和最大值；pexmin、pcmax分別為所述壓縮二氧化碳儲(chǔ)能電站的發(fā)電功率最小值和最大值。

39、進(jìn)一步地，所述預(yù)設(shè)約束條件還包括：電平衡約束條件和熱平衡約束條件；

40、所述電平衡約束條件為：

41、prein,t+pgrid,t+pex,t＝pc,t+peload,t；

42、其中，其中，prein,t為t時(shí)刻的新能源發(fā)電實(shí)際上網(wǎng)有功功率，pgrid,t為t時(shí)刻從主網(wǎng)購(gòu)電的功率，pex,t為t時(shí)刻cces發(fā)電功率，pc,t為t時(shí)刻吸收電功率，peload,t為t時(shí)刻電負(fù)荷吸收的功率；

43、所述熱平衡約束條件為：

44、phsou,t+pmh,t+pchl,t＝pcwh,t+phload,t；

45、其中，phsou,t為t時(shí)刻本地?zé)嵩垂峁β?，pmh,t為t時(shí)刻主熱網(wǎng)的供熱功率，pchl,t為t時(shí)刻cces給區(qū)域熱負(fù)荷的供熱功率，pcwh,t為表示t時(shí)刻cces從熱源吸收的熱量的儲(chǔ)熱功率phload,t為t時(shí)刻熱負(fù)荷吸收的功率。

46、進(jìn)一步地，所述二氧化碳儲(chǔ)能電站容量規(guī)劃模型的最小化成本原則為：

47、min?ctotal＝cinv+crun；

48、cinv＝[c1pc+c2pex+c3pwh+c4phl+c5(vh+vl)+c6qh]；

49、

50、其中，ctotal為壓縮二氧化碳儲(chǔ)能電站總成本，cinv為總投資成本，crun為總運(yùn)行成本，c1、c2分別為單位壓縮功率、壓縮功率的投資成本，c3、c4分貝為單位儲(chǔ)熱功率、供熱功率的投資成本；c5為單位容量?jī)?chǔ)氣室投資成本，c6為蓄熱罐單位容量投資成本，πc、πex分別為壓縮二氧化碳儲(chǔ)能電站單位壓縮功率和膨脹功率的年運(yùn)維成本，cele,t為t時(shí)刻從主網(wǎng)購(gòu)電的電價(jià)，pgrid,t為t時(shí)刻從主網(wǎng)購(gòu)電的功率，cre,t為t時(shí)刻新能源棄電成本，pre,t、prein,t分別為t時(shí)刻的新能源發(fā)電有功功率和實(shí)際上網(wǎng)有功功率。

51、進(jìn)一步地，所述對(duì)所述二氧化碳儲(chǔ)能電站容量規(guī)劃模型進(jìn)行線性化處理，包括：

52、基于大m法對(duì)所述二氧化碳儲(chǔ)能電站容量規(guī)劃模型進(jìn)行線性化處理。

53、相應(yīng)地，本發(fā)明實(shí)施例的第二方面提供了一種熱電聯(lián)產(chǎn)壓縮二氧化碳儲(chǔ)能電站容量規(guī)劃系統(tǒng)，包括：

54、對(duì)應(yīng)關(guān)系獲取模塊，其用于獲取壓縮二氧化碳儲(chǔ)能電站中的蓄熱罐熱量、低壓儲(chǔ)氣室氣壓、高壓儲(chǔ)氣室氣壓分別與儲(chǔ)電功率、發(fā)電功率、蓄熱功率和供熱功率的對(duì)應(yīng)關(guān)系；

55、模型構(gòu)建模塊，其用于基于所述對(duì)應(yīng)關(guān)系，構(gòu)建壓縮二氧化碳儲(chǔ)能電站的容量規(guī)劃模型，在滿足預(yù)設(shè)約束條件的前提下結(jié)合成本最小化原則進(jìn)行容量規(guī)劃；

56、規(guī)劃計(jì)算模塊，其用于對(duì)所述二氧化碳儲(chǔ)能電站容量規(guī)劃模型進(jìn)行線性化處理，通過(guò)線性優(yōu)化求解器對(duì)線性化處理后的所述二氧化碳儲(chǔ)能電站容量規(guī)劃模型進(jìn)行計(jì)算求解，得到所述二氧化碳儲(chǔ)能電站的容量配置結(jié)果。

57、相應(yīng)地，本發(fā)明實(shí)施例的第三方面提供了一種電子設(shè)備，包括：至少一個(gè)處理器；以及與所述至少一個(gè)處理器連接的存儲(chǔ)器；其中，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有可被所述至少一個(gè)處理器執(zhí)行的指令，所述指令被所述至少一個(gè)處理器執(zhí)行，以使所述至少一個(gè)處理器執(zhí)行上述熱電聯(lián)產(chǎn)壓縮二氧化碳儲(chǔ)能電站容量規(guī)劃方法。

58、相應(yīng)地，本發(fā)明實(shí)施例的第四方面提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)指令，該指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述熱電聯(lián)產(chǎn)壓縮二氧化碳儲(chǔ)能電站容量規(guī)劃方法。

59、本發(fā)明實(shí)施例的上述技術(shù)方案具有如下有益的技術(shù)效果：

60、全面考慮了cces的高低壓儲(chǔ)氣室和蓄熱罐熱容量，充分利用了cces的熱電聯(lián)產(chǎn)特性，通過(guò)優(yōu)化規(guī)劃，能夠有效應(yīng)對(duì)新能源出力波動(dòng)和電熱負(fù)荷變化，提升電能和熱能的利用效率，降低了chp系統(tǒng)整體成本，為熱電聯(lián)產(chǎn)壓縮二氧化碳儲(chǔ)能電站的科學(xué)規(guī)劃提供了有效途徑。