[发明专利]基于碳氧环流的能源集线器及其优化调度方法

说明书

本发明是一种基于碳氧环流的能源集线器及其优化调度方法，其特点是：碳氧环流的能源集线器包括富氧燃烧电厂、电转气装置、燃气轮机以及风电机组，其中富氧燃烧电厂、电转气装置相连接实现能源互补，形成环状能流；再引入燃气轮机构成电‑气‑热区域综合能源系统，具有碳排放少、投资成本低、能量损失小，同时可最大限度的提高可再生能源利用率与碳利用水平，使经济效益得到有效保障。

技术领域

本发明涉及能源系统技术领域，特别是涉及一种基于碳氧环流的能源集线器及其优化调度方法。

背景技术

目前，电力行业面临着巨大的低碳减排压力，其中综合能源系统具有明显的低碳减排潜力，已成为国际能源领域的研究热点。国内外学者纷纷展开研究，但大多立足于传统能源集线器。在现有研究成果中，部分学者提出电转气与碳捕集电厂作为统一系统，碳捕集电厂为电转气提供原料二氧化碳，建立协调优化模型，有学者提出电转气和燃气轮机联合系统的概念，将二氧化碳转化成燃气轮机的燃料，建立燃气轮机与电转气组合系统的模型；还有学者将富氧燃烧技术引入电-气-热综合能源系统，建立电转气与富氧燃烧电厂的低碳模型。但现有研究中，未出现将富氧燃烧电厂、电转气与燃气轮机三者组合的系统；并且能源集线器仅局限于电、气和热能量的耦合，而未考虑以气体能量流形式传递的输入与输出的模型，忽略了气体的来源与回收，造成额外投资与能量损失等问题。迄今未见与本发明有关的基于碳氧环流的能源集线器及其优化调度方法的文献报道和实际应用。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种基于碳氧环流的能源集线器，能够使区域综合能源系统实现能源产供销一体化，有效缓解能源危机问题；碳捕集与封装技术削减碳排放强度，成为缓解气候变化的有效措施；电转气技术为可再生能源的接纳问题提供了新的解决途径，其组合系统能够提高可再生能源消纳的同时兼具降低二氧化碳排放方面的效果。并提供科学合理，适用性强，效果显佳的基于碳氧环流的能源集线器的优化调度方法。

实现本发明目的之一采用的技术方案是，一种基于碳氧环流的能源集线器，特征在于：它包括富氧燃烧电厂、电转气装置、燃气轮机、风电机组，所述富氧燃烧电厂、电转气装置、风电机组相连接实现能源互补，形成环状能流；再引入所述燃气轮机互联构成电-气-热区域综合能源系统；所述富氧燃烧电厂包括火电机组、空气分离设备、压缩纯化设备、碳捕集设备、碳排放装置和储氧设备，所述火电机组分别与碳排放装置、压缩纯化设备连接，空气分离设备分别与火电机组、储氧设备连接，压缩纯化设备与碳捕集设备连接；所述电转气装置包括电转氢气装置、电转甲烷装置和储碳设备，所述电转氢气装置与水源连接，电转氢气装置产生的氧气送入相连接的富氧燃烧电厂的储氧设备和火电机组，电转氢气装置转化的氢气送入相连接的电转甲烷装置，所述储碳设备与富氧燃烧电厂的碳捕集设备连接，所述碳捕集直接或间接将二氧化碳送入电转甲烷装置；所述电转气装置的电转甲烷装置将转化的天然气输送至储气设备和燃气轮机，电转甲烷装置产生的热能传输至热负荷；所述燃气轮机分别与天然气源、热负荷和电负荷连接。

实现本发明目的采用的技术方案之二是，一种基于碳氧环流的能源集线器优化调度方法，特征在于：

1)在能源集线器的优化调度中，P和H表示系统传输的电能和热能，W表示可再生能源，n表示各介质的物质的量；在参数下标中i、o表示组合系统的输入与输出、c表示能源集线器内部转换的变量、p表示各机组设备所自产的能量，参数上标为气体种类；根据质量守恒定律和能量守恒定理，可以建立富氧燃烧电厂-电转气-燃气轮机组合系统模型；

富氧燃烧电厂阶段质量守恒定律，如公式所示：

其中表示火电厂燃烧所用的煤耗量，表示电转气设备所生成的氧气量，表示空气分离设备所产生的氧气量，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；

电转气总反应阶段质量守恒定律，如公式所示：

其中表示电转气在第一反应阶段中用于电解的水，表示该反应过程中天然气的输出量；