[发明专利]一种碳中和目标下的天然气管道操作优化方法

说明书

本发明公开了一种碳中和目标下的天然气管道操作优化方法，从能源结构调整角度出发，提出了一个完整的天然气长输管网低碳低耗优化模型，用于精细化计算天然气管网运输过程中多能源的碳排放量以及能耗；针对不同能源结构背景，建立相应的最小碳排放目标函数，采用优化算法求解所述最小碳排放目标函数并给出最优调度方案，例如压缩机类型选择、压缩机组合方式、站场压力以及沿线温度等相关参数。本发明能够实现管道运输过程中的节能减排，为中国整个天然气行业早日完成“碳达峰，碳中和”的目标提供技术支撑。

技术领域

本发明涉及管网优化技术领域，特别涉及一种碳中和目标下的天然气管道操作优化方法。

背景技术

全球变暖会使全球降水量重新分配、冰川和冻土消融、海平面上升等，不仅危害自然生态系统的平衡，还影响人类健康，甚至威胁人类的生存。全球变暖主要是二氧化碳含量增加，产生温室效应，而通过植树造林、节能减排等形式，抵消自身产生的二氧化碳排放，实现二氧化碳的“零排放”，达到碳中和是阻止全球变暖的有效途径。

研究发现，二氧化碳的排放与能源消耗密切相关。在中国，能源供应链及其生产流程占二氧化碳排放总量的43.8％。中国在2011年到2019年期间，天然气进口量逐年增长，预计从2024年到2030年中国天然气平均需求总量将会从3153.78亿m³上升到4363.27亿m³，这会使得天然气管道运输过程中的碳排放量增加。为了应对日益增长的天然气需求量以及能源供应过程中碳排放量带来的新挑战，传统的天然气管网优化调度方案需进一步技术创新，以达到低碳排放标准。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种碳中和目标下的天然气管道操作优化方法。

本发明的技术方案如下：

一种碳中和目标下的天然气管道操作优化方法，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；

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。

作为优选，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。

作为优选，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：