[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

说明书

本发明公开了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，包括如下步骤：结合沿海风电发展现状及工业园区蒸汽负荷需求，在系统引入高温蒸汽热泵，构建沿海工业园区综合能源优化调度架构；基于能量梯级利用原理，考虑根据不同用热负荷温度要求供应不同品位热能及热电耦合，提出一种含高温蒸汽热泵的梯级利用策略；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，构建高温蒸汽热泵的能量品位转换模型；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。本发明能够实现能量梯级利用，提升系统风电消纳能力及系统运行的经济性。

技术领域

本发明涉及区域级能源互联网技术领域，尤其是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。

背景技术

相较于局限于单一能源形式的传统能源系统，综合能源系统中能量在多种能质之间耦合、转换，可有效提升能源利用效率和促进可再生能源消纳，因此有必要对复杂能源系统进行统一规划或局部改造构成综合能源系统。工业园区是包含多种产能和用能设备的复杂能源系统，但系统中能源利用率较低的问题急需解决。近海风电发展势头迅猛，在有限的消纳市场中不能完全消纳，其次风电出力波动性控制的主要措施是采用电能存储设备，控制效果不够理想，且电热负荷供需矛盾，综合能源系统中冷热电联供机组根据供热负荷大小来确定发电量的运行模式造成弃风限电，导致系统风电严重浪费，提出合理的风电消纳策略，减少风电清洁能源的浪费刻不容缓。

目前，实现多能互补及能量梯级利用已成为能源系统提高能效的重要手段。许多学者对热泵采用混合工质的热力学性能及经济性进行理论研究，在综合能源系统中引入热泵这种电热耦合设备进行多能源综合利用，提升系统能效。但目前在综合能源系统中引入高温蒸汽热泵的研究较少，而许多工业园区在生产中需要高温蒸汽，因此有必要对高温蒸汽热泵接入综合能源系统实现电热耦合和不同品位热能间相互转换机理进一步研究。

针对综合能源系统中风电消纳问题，已有许多学者提出调度消纳策略。如在综合能源系统中引入电动汽车或电热泵，实际运行过程中电动汽车的接入受用户充电行为的影响，风电消纳不确定性高，而电热泵仅能进行电能与低温热能之间的转换，无法满足工业园区对高温蒸汽的需求。或者从电热储能互补协调角度进行优化调度，但储能装置受容量及成本限制，消纳效果不够理想。针对上述问题，高温蒸汽热泵具有高能效比特性，实现不同能源间的耦合转换，满足工业园区的蒸汽负荷需求，可考虑在系统中引入高温蒸汽热泵促进风电消纳。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供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，能够实现能量梯级利用，有效提升系统风电消纳能力及系统运行的经济性。

为解决上述技术问题，本发明提供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，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，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，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。

优选的，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。