[發明專利]一種通過碳捕集提升燃煤機組靈活性的計算方法及應用

在審

• 申請號: 202111305203.8
• 申請日: 2021-11-05
• 公開（公告）號: CN114021980A
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 張光明;陳振宇;杜鳴;牛玉廣;周振華;劉勇;厲昂;姜曉弢
• 申請（專利權）人: 華北電力大學;國電電力大連莊河發電有限責任公司
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q50/06;G06Q10/04
• 代理公司: 北京君有知識產權代理事務所(普通合伙) 11630
• 代理人: 焦麗雅

本發明公開了屬于燃煤機組靈活性的改造與計算領域，一種通過碳捕集提升燃煤機組靈活性的計算方法及應用，用于計算燃煤機組在進行碳捕集系統改造后的靈活運行區域，為機組提供運行安全區。根據煤種內碳和硫元素的質量百分比以及機組運行煤耗，可得到機組所排放CO₂的質量流量，據此計算碳捕集系統的功率消耗。以此為基礎，分析揭示碳捕集機組的并網功率與CO₂捕集流量的關系的電碳特性，并繪制機組運行的安全區。根據安全區各頂點坐標，得到碳捕集系統對機組調峰能力的影響。最后，在綜合能源系統上的應用驗證了碳捕集系統及機組運行區間計算方法的有效性。

技術領域

本發明屬于燃煤機組靈活性的改造、計算與應用領域，特別涉及一種通過碳捕集提升燃煤機組靈活性的計算方法及應用。

背景技術

近些年，隨著以風電和太陽能光伏為代表的可再生能源的大規模發展，電力系統中的可再生能源發電比例快速提高，這也給電力系統提出了新的挑戰。在中國，燃煤機組在電力供應側仍然占據主導地位。可再生能源的隨機性和間歇性使得燃煤機組要具備充分的靈活性，以消納更多的可再生能源。

碳捕集系統可以吸收并分離煙氣中的CO₂。同時，由于在運行過程中可消耗大量的能量，碳捕集系統也可用于降低燃煤機組的最小技術出力，實現機組出力范圍和深度的增加，有效平滑可再生能源的大范圍波動。碳捕集與燃煤機組的結合可以形成一個碳捕集機組，不僅可以減少碳排放，還可以提高機組的靈活運行能力。隨著大容量碳捕集改造的開展，燃煤機組現有的運行區間將會發生變化，進而影響控制系統的設計。本發明旨在提供一個碳捕集改造后機組的靈活運行區間的計算方法，并將其應用到綜合能源系統優化調度中。

發明內容

本發明的目的是提出一種通過碳捕集提升燃煤機組靈活性的計算方法及應用場景，以解決背景技術中存在的缺陷，本發明運用此方法，計算得到的碳捕集機組靈活運行區間可為綜合能源系統優化調度提供支撐。其特征在于，包括：

步驟一：燃煤機組CO₂排放質量流量計算；

步驟二：碳捕集系統功率消耗計算；

步驟三：電碳特性分析與機組運行安全區繪制；

步驟四：碳捕集機組調峰能力計算。

優選為：所述步驟一中的CO₂排放質量流量計算基礎是煤種內碳和硫元素的質量百分比以及機組運行煤耗，其表達式為：

式中，為機組產生的CO₂流量，M為分子的摩爾質量，δ_C和δ_S分別為碳元素和硫元素在煤種的質量百分比，B為碳捕集電廠的實時煤耗。

優選為：所述步驟二的碳捕集系統所消耗功率包括兩方面：設備運行消耗與捕集過程動態消耗，其表達式為：

式中，P_t表示碳捕集系統所消耗的總功率，P_CCS表示設備運行消耗的電功率，μ為煙氣流量調節閥開度，k為捕集單位質量的CO₂消耗的抽汽流量，m為單位抽汽流量對應的發電功率，η為碳捕集系統的工作效率。

優選為：所述步驟三的電碳特性指的是碳捕集機組的并網功率與CO₂捕集流量的關系，通過分析二者的內部聯系，求得碳捕集機組運行安全區的端點坐標為：A點(P_max-P_CCS,0)，B點C點D點(P_min-P_CCS,0)。

優選為：所述步驟四中的調峰能力是反映機組靈活性的重要參數，根據計算，碳捕集機組的調峰能力可表示為：