[发明专利]一种综合能源系统中的高温蒸汽热泵提升能效及消纳风电的方法

权利要求书

1.一种综合能源系统中的高温蒸汽热泵提升能效及消纳风电的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)结合沿海风电发展现状及工业园区的蒸汽负荷需求，引入高温蒸汽热泵，构建沿海工业园区综合能源优化调度架构；

(2)基于能量梯级利用原理，考虑不同品位热能根据不同用热负荷温度的要求供能及热电耦合，提出一种含高温蒸汽热泵的梯级利用策略，实现不同品位能量的梯级利用；

(3)基于热能比焓定义和能量守恒原理，分析高温蒸汽热泵不同品位能量耦合关系，基于原有数学模型进行改进，构建高温蒸汽热泵的能量品位转换模型；

(4)基于高温蒸汽热泵具有电热耦合特性，构建风电-高温蒸汽热泵供热系统优化供热结构，提出一种含高温蒸汽热泵的风电消纳调度策略，提升系统风电消纳量。

2.如权利要求1所述的综合能源系统中的高温蒸汽热泵提升能效及消纳风电的方法，其特征在于，步骤(1)中，在常规工业园区综合能源系统中包含燃气轮机、余热锅炉、电热泵、蓄电池、储热水罐的基础上，引入高温蒸汽热泵，改造并引入高温蒸汽热泵的工业园区综合能源系统宜选在靠近海上并网点区域。

3.如权利要求1所述的综合能源系统中的高温蒸汽热泵提升能效及消纳风电的方法，其特征在于，步骤(2)中，工业园区综合能源系统中燃气轮机抽气热给蒸汽负荷供能，电热泵产生中温热水满足热水负荷，区域热网与储热水罐进行热能交互，根据不同热能品位实现根据不同用热负荷的温度需求进行供能；高温蒸汽热泵消纳风电把低品位热水转化为高温蒸汽，实现电热耦合及能量梯级利用。

4.如权利要求1所述的综合能源系统中的高温蒸汽热泵提升能效及消纳风电的方法，其特征在于，步骤(2)中，基于能量梯级利用原理，提出一种含高温蒸汽热泵的梯级利用策略，冷热电联供机组中，天然气在燃烧室中产生1100℃以上高温烟气，进入燃气轮机膨胀做功带动电动机发电，排出530℃高温烟气通过余热锅炉加以利用向外提供蒸汽，高温蒸汽热泵在电能的驱动下，实现将中温热水转化为高温蒸汽，最高达150℃，高温蒸汽热泵与冷热电联供机组一起满足工业园区的蒸汽需求，增加的中温热水负荷由电热泵进行供能，同时储热水罐在电价较低时进行储热，在电价较高时释热，实现电热耦合及能量梯级利用。

5.如权利要求1所述的综合能源系统中的高温蒸汽热泵提升能效及消纳风电的方法，其特征在于，步骤(3)中，分析高温蒸汽热泵电热耦合过程，在转换过程中，设备驱动侧输入的高品位能量以一定的能效比系数转换至被加热侧，提升被加热侧的热能品位。

6.如权利要求1所述的综合能源系统中的高温蒸汽热泵提升能效及消纳风电的方法，其特征在于，步骤(3)中，基于热能比焓定义和能量守恒定理，分析高温蒸汽热泵不同品位能量间的能量耦合关系，构建高温蒸汽热泵能量品位转换模型，具体模型推导如下：

其中，P_{HTHP_in}(t)为t时段高温蒸汽热泵驱动侧输入的电能；H_{HTHP_heated}(t)、H_{HTHP_out}(t)分别为t时段高温蒸汽热泵被加热侧输入和输出热能；COP_HTHP为高温蒸汽热泵能效比系数；m_{HTHP_out}(t)为t时段被加热侧输出的工质流量；h_base为常温水比焓；h_{HTHP_heated}、h_{HTHP_out}分别为被加热侧输入及输出的热能比焓；R_HTHP为高温蒸汽热泵基于比例系数，是高温蒸汽热泵被加热侧输入热能与驱动侧输入电能的比值，与能效比系数COP_HTHP，被加热侧输入热能比焓h_{HTHP_heated}及被加热侧输出热能比焓h_{HTHP_out}有关。