[發明專利]基于碳氧環流的能源集線器及其優化調度方法

有效

• 申請號: 202110441032.5
• 申請日: 2021-04-23
• 公開（公告）號: CN113178865B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 王汝田;文湘雲;張成林;楊凌;傅彥博
• 申請（專利權）人: 東北電力大學
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00;H02J3/46;H02J3/28;G06Q10/04;G06Q10/06;G06Q50/06
• 代理公司: 吉林市達利專利事務所 22102
• 代理人: 陳傳林

本發明是一種基于碳氧環流的能源集線器及其優化調度方法，其特點是：碳氧環流的能源集線器包括富氧燃燒電廠、電轉氣裝置、燃氣輪機以及風電機組，其中富氧燃燒電廠、電轉氣裝置相連接實現能源互補，形成環狀能流；再引入燃氣輪機構成電?氣?熱區域綜合能源系統，具有碳排放少、投資成本低、能量損失小，同時可最大限度的提高可再生能源利用率與碳利用水平，使經濟效益得到有效保障。

技術領域

本發明涉及能源系統技術領域，特別是涉及一種基于碳氧環流的能源集線器及其優化調度方法。

背景技術

目前，電力行業面臨著巨大的低碳減排壓力，其中綜合能源系統具有明顯的低碳減排潛力，已成為國際能源領域的研究熱點。國內外學者紛紛展開研究，但大多立足于傳統能源集線器。在現有研究成果中，部分學者提出電轉氣與碳捕集電廠作為統一系統，碳捕集電廠為電轉氣提供原料二氧化碳，建立協調優化模型，有學者提出電轉氣和燃氣輪機聯合系統的概念，將二氧化碳轉化成燃氣輪機的燃料，建立燃氣輪機與電轉氣組合系統的模型；還有學者將富氧燃燒技術引入電-氣-熱綜合能源系統，建立電轉氣與富氧燃燒電廠的低碳模型。但現有研究中，未出現將富氧燃燒電廠、電轉氣與燃氣輪機三者組合的系統；并且能源集線器僅局限于電、氣和熱能量的耦合，而未考慮以氣體能量流形式傳遞的輸入與輸出的模型，忽略了氣體的來源與回收，造成額外投資與能量損失等問題。迄今未見與本發明有關的基于碳氧環流的能源集線器及其優化調度方法的文獻報道和實際應用。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提供一種基于碳氧環流的能源集線器，能夠使區域綜合能源系統實現能源產供銷一體化，有效緩解能源危機問題；碳捕集與封裝技術削減碳排放強度，成為緩解氣候變化的有效措施；電轉氣技術為可再生能源的接納問題提供了新的解決途徑，其組合系統能夠提高可再生能源消納的同時兼具降低二氧化碳排放方面的效果。并提供科學合理，適用性強，效果顯佳的基于碳氧環流的能源集線器的優化調度方法。

實現本發明目的之一采用的技術方案是，一種基于碳氧環流的能源集線器，特征在于：它包括富氧燃燒電廠、電轉氣裝置、燃氣輪機、風電機組，所述富氧燃燒電廠、電轉氣裝置、風電機組相連接實現能源互補，形成環狀能流；再引入所述燃氣輪機互聯構成電-氣-熱區域綜合能源系統；所述富氧燃燒電廠包括火電機組、空氣分離設備、壓縮純化設備、碳捕集設備、碳排放裝置和儲氧設備，所述火電機組分別與碳排放裝置、壓縮純化設備連接，空氣分離設備分別與火電機組、儲氧設備連接，壓縮純化設備與碳捕集設備連接；所述電轉氣裝置包括電轉氫氣裝置、電轉甲烷裝置和儲碳設備，所述電轉氫氣裝置與水源連接，電轉氫氣裝置產生的氧氣送入相連接的富氧燃燒電廠的儲氧設備和火電機組，電轉氫氣裝置轉化的氫氣送入相連接的電轉甲烷裝置，所述儲碳設備與富氧燃燒電廠的碳捕集設備連接，所述碳捕集直接或間接將二氧化碳送入電轉甲烷裝置；所述電轉氣裝置的電轉甲烷裝置將轉化的天然氣輸送至儲氣設備和燃氣輪機，電轉甲烷裝置產生的熱能傳輸至熱負荷；所述燃氣輪機分別與天然氣源、熱負荷和電負荷連接。

實現本發明目的采用的技術方案之二是，一種基于碳氧環流的能源集線器優化調度方法，特征在于：

1)在能源集線器的優化調度中，P和H表示系統傳輸的電能和熱能，W表示可再生能源，n表示各介質的物質的量；在參數下標中i、o表示組合系統的輸入與輸出、c表示能源集線器內部轉換的變量、p表示各機組設備所自產的能量，參數上標為氣體種類；根據質量守恒定律和能量守恒定理，可以建立富氧燃燒電廠-電轉氣-燃氣輪機組合系統模型；

富氧燃燒電廠階段質量守恒定律，如公式所示：

其中表示火電廠燃燒所用的煤耗量，表示電轉氣設備所生成的氧氣量，表示空氣分離設備所產生的氧氣量，表示二氧化碳回收利用量，表示剩余未被利用的二氧化碳排放量；

電轉氣總反應階段質量守恒定律，如公式所示：

其中表示電轉氣在第一反應階段中用于電解的水，表示該反應過程中天然氣的輸出量；