一种燃煤热电联供耦合熔盐储能系统的配置优化方法与流程

本发明涉及一种燃煤热电联供耦合熔盐储能系统的配置优化方法，属于能源系统设计领域。

背景技术：

1、燃煤热电联产将汽轮机发电后的低参数蒸汽用于供热，功能丰富、灵活性高，储热是热电联产中调峰解耦的一种有效手段，在供热量多于热负荷需求时，将能量储存于储热媒介中，当供热量低于热负荷需求时，释放能量。熔融盐具有流动性能好、腐蚀性小、成本低廉等优点，是一种常用的储热媒介。在燃煤热电联产系统中配置熔盐储热罐，进行最佳容量的配置研究，构建合理的燃煤热电联供耦合熔盐储能系统，可以提高燃煤热电联产机组的经济性和灵活性。

2、燃煤机组一次调频是保障电力系统频率稳定的关键，调频速率是衡量机组调频能力的重要指标，影响了调频方式的经济性。目前的调频主要以火电机组调频为主，而燃煤火电机组具有控制响应时间长、爬坡速度慢的缺点，因此，提升调频速率，以优化系统动态特性，是未来重要的研究方向。

3、目前有关燃煤热电联供机组的配置优化研究中，大多从运行成本等方面考虑，进行系统的静态配置研究，有关热电联供耦合熔盐储热的动态配置研究较少，尤其是考虑调频速率辅助性收益的研究。因此，有必要提出新的动态配置方案，提高燃煤热电联供机组的经济性和可靠性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种燃煤热电联供耦合熔盐储能系统的配置优化方法，能够提高发电和供热的灵活性，系统稳态和动态特性。

2、为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

3、第一方面，本发明提供了一种燃煤热电联供耦合熔盐储能系统的配置优化方法，包括：

4、基于预先建立的燃煤热电联供耦合熔盐储能系统的机理模型，获取燃煤热电联供耦合熔盐储能系统运行产生的数据；

5、基于燃煤热电联供耦合熔盐储能系统运行产生的数据，辨识得到系统稳态简化模型；

6、基于系统稳态简化模型，以年化总收益为目标函数，对燃煤热电联供耦合熔盐储能系统的配置进行优化，直至计算出年化总收益最大值，完成优化。

7、进一步的，所述燃煤热电联供耦合熔盐储能系统的机理模型包括锅炉-汽水循环系统、蒸汽供热系统、熔盐储能系统；其中锅炉-汽水循环系统包括锅炉、汽轮机、发电机、凝汽器、给水泵、给水加热器，蒸汽供热系统包括供热蒸汽-热网给水换热器，熔盐储能系统包括熔盐-抽汽换热器、熔盐泵、高温储热罐、低温储热罐、熔盐-热网给水换热器。

8、进一步的，所述熔盐储能系统采用硝基型二元熔融盐、硝基型三元熔融盐中的任意一种。

9、进一步的，所述基于燃煤热电联供耦合熔盐储能系统运行产生的数据，辨识得到系统稳态简化模型，辨识方程如下：

10、(1)；

11、其中，qm(t)为t时刻燃煤量；qdh(t)为t时刻蒸汽供热侧抽汽流量；qch(t)为t时刻储热侧抽汽流量；p(t)为t时刻机组发电功率；qdh(t)为t时刻蒸汽供热侧供热量；δhdh(t)为t时刻直供热抽汽焓变；ηdh为供热蒸汽-热网给水换热效率；qex(t)为汽轮机中压缸出口处抽取蒸汽的总流量；qex(t)为汽轮机中压缸出口处抽取蒸汽的总热量；δhch(t)为t时刻供储热抽汽的焓变；f为待拟合的模型；

12、熔盐储能系统模型如下：

13、(2)；

14、其中，qdis(t)为t时刻放热时流经储热罐的热网给水流量；qch(t)和qdis(t) 分别为t时刻储热罐的储热量和放热量；δhdis(t)分别为t时刻热网给水焓变；emshs(t)和emshs(t-1)分别为t时刻和t-1时刻的熔盐罐储量；ηch和ηdis为熔盐储能系统的储热和放热效率；uch(t)和udis(t) 代表t时刻熔盐储能系统的充放能状态；soc(t)为t时刻的储量状态；capmshs为熔盐储能系统的额定容量；

15、总供热量为蒸汽供热量与储能供热量之和，公式如下：

16、(3)；

17、其中q(t)为t时刻总供热量；

18、联立公式(1)(2)(3)作为系统稳态简化模型。

19、进一步的，所述基于系统稳态简化模型，以年化总收益为目标函数，对燃煤热电联供耦合熔盐储能系统的配置进行优化，直至计算出年化总收益最大值，完成优化，包括：

20、建立年化总收益为目标函数，配置优化燃煤储罐容量，调度燃煤量、蒸汽供热流量、储热侧抽汽流量，使目标函数obj最大：

21、(4)；

22、其中mpri为电热售价年化收益，minv为储热罐投资年化成本，mom为热电联供耦合熔盐储罐运行维护年化成本，mimb为长时间电热不平衡惩罚年化成本，maux为调频辅助性年化收益；

23、电热售价年化收益如下：

24、(5)；

25、其中，cpri,p和cpri,q分别为电热售价；dwork为一年工作天数；δtl为周期时间；tl为计算周期的持续时间；p(tl)和q(tl)分别为tl时刻的发电功率和总供热量；

26、储热罐投资年化成本如下：

27、(6)；

28、其中，cinv为储热罐投资成本系数；r为储热罐的投资回报率；i为银行利率；nyear为储热罐的使用年限；

29、热电联供耦合熔盐储罐系统的运行维护年化成本如下：

30、(7)；

31、其中，为燃煤机组热电联供系统运行维护年化成本；为熔盐储热系统运行维护年化成本；

32、燃煤机组热电联供系统运行维护年化成本为：

33、(8)；

34、其中，com,chp,p为热电联供机组发电运行维护成本系数；com,chp,q为热电联供机组蒸汽供热运行维护成本系数；qdh(tl)为tl时刻蒸汽供热侧供热量；

35、熔盐储热系统运行维护年化成本为：

36、(9)；

37、其中com,mshs为熔盐储罐系统运行维护成本系数；qdis(tl) 为tl时刻储热罐的放热量；uch(tl) 和udis(tl) 分别代表tl时刻熔盐储能系统的充放能状态；

38、长时间电热不平衡惩罚年化成本为：

39、(10)；

40、其中cimb,p和cimb,q分别为电热不平衡惩罚成本系数；pimb(tl)和qimb(tl)分别为t时刻发电不平衡功率和供热不平衡功率；

41、上述式(5)~(10)调用式(1)~(3)的系统稳态简化模型得出；

42、以包括年化总收益为目标函数，考虑能量平衡约束、汽轮机电热特性约束、其他设备约束，通过粒子群算法，对熔盐储能罐容量、蒸汽供热侧抽汽流量设定值、储热侧抽汽流量设定值、发电功率设定值进行优化，直至计算出年化总收益最大值，完成优化。

43、进一步的，所述调频辅助性年化收益的计算方法包括：

44、基于预先建立的燃煤热电联供耦合熔盐储能系统的机理模型，获取燃煤热电联供耦合熔盐储能系统闭环运行的动态数据；

45、基于煤热电联供耦合熔盐储能系统闭环运行的动态数据，辨识得到系统状态空间动态模型；

46、调用系统状态空间动态模型计算调频辅助性年化收益。

47、进一步的，所述基于煤热电联供耦合熔盐储能系统闭环运行的动态数据，辨识得到系统状态空间动态模型，公式如下：

48、(11)；

49、其中，为闭环动态模型输入向量，由t时刻蒸汽供热侧抽汽流量指令、储热侧抽汽流量指令、发电功率指令组成，为闭环动态模型输出向量，由t时刻发电功率组成，为t时刻状态空间模型的状态向量；a、b、c、d为识别的模型参数矩阵。

50、进一步的，所述调用系统状态空间动态模型计算调频辅助性年化收益，计算公式如下：

51、(12)；

52、其中ts为采样时间；v(ts)为机组agc调节速率；p(ts)和p(ts+1)分别为式(11)得出的ts时刻和ts+1时刻的发电功率；|p(ts+1)-p(ts)|为调频里程；kp(ts)和kp(tl)分别为ts和tl时刻的agc调频速率性能指标；ve为机组agc标准调节速率；caux为调频辅助性收益系数。

53、进一步的，所述能量平衡约束满足以下条件：

54、(13)；

55、所述汽轮机电热特性约束满足以下条件：

56、(14)；

57、所述其他设备约束满足以下条件：

58、燃煤量、汽轮机中压缸出口抽取蒸汽流量、蒸汽供热流量、供储热抽汽流量服从以下约束：

59、(15)；

60、熔盐储罐充放能功率服从以下约束：

61、(16)；

62、其中，cv为充放能最大速率系数；

63、熔盐储罐中的储量状态服从以下约束：

64、。

65、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

66、本发明提供一种燃煤热电联供耦合熔盐储能系统的配置优化方法，以包括调频辅助性年化收益等的年化总收益为目标函数，服从能量平衡约束、汽轮机电热特性约束、其他设备约束，进行储热罐最佳容量的动态配置，并计算最大年化总收益。实现了燃煤机组热电解耦，提高了机组调频速率，提高了热电联供机组的灵活性。