[发明专利]一种碳中和目标下的天然气管道操作优化方法

权利要求书

1.一种碳中和目标下的天然气管道操作优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：确定决策变量的类型，并获取初始压气站进口参数；所述决策变量为：

X＝(Q,N,R,S) (1)

式中：X为决策变量；Q为管线输量，m³/s；N为每个压气站中压缩机的开机数量；R为压缩机的转速，l/min；S为两条管道间的连接状态；

S2：判断两条管道间的连接状态，根据所述连接状态确定各管道的流量，然后计算压缩机站的出口压力和出口温度；

S3：使压缩机站的出口压力等于下一管段的进口压力，压缩机站的出口温度等于下一管段的进口温度，然后计算下一管段的终点温度和终点压力；

S4：使上一管段的终点压力等于下一段压缩机站的进口压力，上一管段的终点温度等于下一段压缩机站的进口温度，重复步骤S2-S4，直至计算得到系统中各压缩机站的压力和温度变化；

S5：设置约束条件，计算燃驱压缩机在管道系统中的耗气量和电驱压缩机的耗电量；

S6：引入碳排放系数，计算各不同能源驱动压缩机的碳排放量，建立最小碳排放目标函数；建立最小碳排放目标函数时，假设如下条件：气体在管道内流动为稳态流动，各压气站压缩机之间流量均分；所述最小碳排放目标函数为：

式中：min C₁为具备燃驱压缩机与电驱压缩机的管路的最小碳排放目标函数；min C₂为具备燃驱压缩机与新能源驱压缩机的管路的最小碳排放目标函数；N_i为管线的总数；N_j为燃驱压缩机的总数；N_k为电驱压缩机的总数；N_u为新能源驱压缩机的总数；ε_g为天然气的碳排放系数，kg CO₂/m³；ε_e为电网碳排放系数，kg CO₂/KWh；ε_ne为新能源碳排放系数；为管线i上第j个燃驱压缩机的耗气量；为管线i上第k个电驱压缩机的耗电量；为管线i上第u个新能源驱压缩机的耗能量；

S7：利用优化算法对所述最小碳排放目标函数进行求解，根据求解结果确定最小碳排放目标的天然气管道操作方案。

2.根据权利要求1所述的碳中和目标下的天然气管道操作优化方法，其特征在于，步骤S1中，当S＝0时，表示两条管道间的连通阀门关闭，管道中没有流量分配；当S＝1时，表示两条管道间的连通阀门打开，管道之间存在流量分配。

3.根据权利要求1所述的碳中和目标下的天然气管道操作优化方法，其特征在于，步骤S2中，所述压缩机站的出口压力和出口温度分别通过下式进行计算：

式中：P_out为压缩机出口压力，MPa；P_in为压缩机进口压力，MPa；H为压缩机的多变压头；M_w为气体分子量，kg mol^-1；k为气体多变指数；Z为天然气压缩因子；R为气体常数，J mol^-1K^-1；T_in为压缩机入口温度，K；T_out为压缩机出口温度，K；k_t为温升系数。