[發明專利]一種基于沼氣罐能量狀態的沼氣充放控制方法、系統及存儲介質

有效

• 申請號: 201910091048.0
• 申請日: 2019-01-30
• 公開（公告）號: CN109799707B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 周斌;王韜;黎燦兵;鄒劍霆;李佳勇;曹一家;鄭玲
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 長沙智德知識產權代理事務所(普通合伙) 43207
• 代理人: 曾芳琴

1.一種基于沼氣罐能量狀態的沼氣充放控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

步驟S10，建立風能-光能-生物質能-水能能源樞紐框架，形成有沼氣儲能系統；

步驟S20，根據步驟S10建立的能源樞紐框架中，結合沼氣的動態流體特性建立用于描述沼氣傳輸過程的沼氣流體網絡模型，其中，所述沼氣流體網絡模型利用沼氣儲能系統中沼氣的動態流體特性根據質量守恒方程建立；

步驟S30，根據步驟S20建立的沼氣流體網絡模型，采用預設方法估測沼氣儲能系統中沼氣罐能量狀態，其中，沼氣罐的能量狀態估測方法為：

額定狀態下沼氣罐的能量狀態由下式表示：

SOE_N＝Q_NV_N (1)，s.t.P_NV_N＝n_NRT_N (2)；

其中，SOE_N為額定狀態下的沼氣罐能量狀態，P_N為額定壓強，T_N為額定溫度，V_N為沼氣體積，Q_N為額定壓強下沼氣的熱值，n_N為額定狀態下沼氣的物質的量，R為通用氣體常數；

實際運行過程中沼氣罐的能量狀態由下式表示：

SOE＝Q_NV_bio (3)，s.t.P_bioV_bio＝nRT_N (4)；

取Q＝Q_N，即Q恒為定值，則沼氣的體積V_N當換算成P_N，T_N下的體積V_bio，P_bio為充放氣后沼氣罐的壓強，n為沼氣的物質的量；

根據上式(2)和(4)可得出：

其中P_bio根據步驟S20中的沼氣流體網絡模型計算得到；

根據式(3)和式(5)計算得到某一時刻沼氣罐的能量狀態；

步驟S40，根據估測的沼氣罐能量狀態采取預設方法對能源樞紐框架下沼氣儲能系統中沼氣罐的沼氣充放進行調節，進一步包括：根據估測的沼氣罐能量狀態結合新能源出力情況對能源樞紐框架下沼氣儲能系統中沼氣罐的沼氣充放進行調節。

2.根據權利要求1所述的基于沼氣罐能量狀態的沼氣充放控制方法，其特征在于，所述步驟S20的沼氣流體網絡模型根據如下方法建立：

根據沼氣罐處的質量守恒方程得到沼氣罐節點處的壓力P_tank的計算式。

3.根據權利要求1所述的基于沼氣罐能量狀態的沼氣充放控制方法，其特征在于，所述根據估測的沼氣罐能量狀態結合新能源出力情況對能源樞紐框架下沼氣儲能系統中沼氣罐的沼氣充放進行調節的方法為：

(1)當供電不足時，沼氣罐向CCHP機組輸氣，然后轉換成電能；當供熱不足時，沼氣罐向燃氣鍋爐或者CCHP機組輸氣以轉換成熱能；當供氣不足時，控制沼氣罐向氣負荷輸氣；

(2)當供電過多時，通過電鍋爐將電能轉換成熱能用以加熱沼氣池，以轉換成沼氣，然后將轉換的沼氣輸送至沼氣罐儲存；當供熱過多時，通過熱能加熱沼氣池增加沼氣產量，以將熱能轉換成沼氣，然后將轉換的沼氣輸送至沼氣罐儲存；當供氣過多時，沼氣池向沼氣罐輸氣；

在上述的調節過程中，能源樞紐層面的調度和沼氣罐的調整處于不同的時間尺度，設定能源樞紐層面調度的時間為1小時一次以及在這一小時內沼氣罐每間隔10分鐘進行一次調整。

4.根據權利要求3所述的基于沼氣罐能量狀態的沼氣充放控制方法，其特征在于，在對沼氣罐進行充放氣調整以及對能源樞紐層面調節的過程中，通過沼氣罐能量狀態估測方法獲得以下信息：

1)沼氣罐SOE_tank；

2)沼氣罐內的壓強P_tank；

3)沼氣輸送管道平均壓強P_tube；

根據上述信息判斷沼氣罐儲存的能量能否滿足供需要求、沼氣罐和沼氣輸送管道的壓強是否處在安全范圍內。