一种应用于区域热电联产机组的电能调度方法与流程

1.本发明属于燃煤机组节能降耗技术领域，具体涉及一种应用于区域热电联产机组的电能调度方法。


背景技术：

2.热电联产机组可以同时生产电能和热能，是能源高效利用的一种方式。热电联产机组之所以节能，体现在与热电分产相比，生产相同的电能和热能，热电联产的经济性更好。因此在区域能源价格以及热电联产机组特性的基础上，存在热电联产机组最佳的电量调度方法。
3.区域能源系统为满足冬季供暖需求，通常会启动区域热电联产机组，因此在区域能源中，热负荷由热电联产机组供热热负荷满足，以解决民生供暖需求；电负荷由热电联产机组供热电负荷和区域电网共同满足，以解决民生供电需求。而热电联产机组在满足一定热负荷的同时，通常具备一定的电负荷调节能力，但是如何能够将电负荷能够根据民生供暖需求以及热电联产机组的实际情况进行对应适配特调节是现阶段的难点。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种应用于区域热电联产机组的电能调度方法，以解决现有技术中电负荷难以充分有效调节的问题。
5.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
6.一种应用于区域热电联产机组的电能调度方法，包括以下步骤：
7.步骤1，采集热电联产机组总供热量，建立热电联产机组总供热量、热电联产机组总耗热量和热电联产总发电量之间的第一关系式；
8.步骤2，在第一关系式中引入区域能源系统热负荷，简化后获得热电联产机组总发电量和区域能源系统热负荷之间的第二关系式，通过第二关系式获得在满足热负荷需求时，机组的最小发电量；
9.步骤3，以热电联产总花费小于热电分产总花费为基准，考虑区域能源系统热负荷和供热锅炉效率的比值，获得热电联产机组总发电量的合理运行空间；具体的过程为：建立比值与设定系数的比较关系式，所述比值为当地电价和热价的比值；当比值大于设定系数时，热电联产总发电量大于等于n'和n”中的最大值，且小于等于nb；当比值小于设定系数时，热电联产总发电量大于等于n'，小于等于n”和nb中的最小值；其中n'为在满足热负荷需求的同时，机组的最小发电量；n”为使联产发电较分产发电节能小，机组发电负荷需满足的值；nb为区域需求电量。
10.本发明的进一步改进在于：
11.优选的，步骤1中，所述第一关系式为：
12.q
t
＝η
qnet
(f
t-n
t
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
13.其中，η
qnet
为净热效率，％；
14.f
t
为热电联产机组总热耗量，mw；
15.q
t
为热电联产机组总供热量，mw；
16.n
t
为热电联产机组总发电量，mw。
17.优选的，所述净热效率的计算公式为：
18.η
qnet
＝η
t
ξ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
19.其中，η
t
为毛热效率，％；ξ为热损失系数，％；毛热效率的计算公式为：
20.η
t
＝f(n
t
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
21.优选的，热电联产机组总耗热量的计算公式为：
22.f
t
＝an
t
+b
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
23.式中：a和b均为系数，该系数均通过机组供热热平衡图计算获取得到。
24.优选的，步骤2中，所述机组的最小发电量的计算公式为：
25.n’＝a'qh+b'
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
26.其中，a’和b’均为系数。
27.优选的，其中，
[0028][0029][0030]
式中，η
hc
为热网首站热损失系数，％；
[0031]
η
qnet
为净热效率，％。
[0032]
优选的，所述热电联产总花费小于热电分产总花费的计算公式为：
[0033]
(nb×
103)coste+(fh×
3.6)costc≥[(n
b-n
t
)
×
103]coste+(f
t
×
3.6)costcꢀꢀ
(12)
[0034]
式中：
[0035]
costf:热电分产总花费，元；
[0036]
cost
l
:热电联产总花费，元；
[0037]fh
:热电分产供热热耗量，mw；
[0038]ft
:热电联产热耗量，mw；
[0039]
nb:区域需求电量，mw；
[0040]nt
:热电联产发电量，mw；
[0041]
costc:热价，元/gj；
[0042]
coste:电价，元/度。
[0043]
优选的，为保证式(12)的成立，热电联产设计时满足的条件为：
[0044][0045]
其中，r
cost
为电价和热价的比值，fh为区域能源系统热负荷和供热锅炉效率的比值。
[0046]
优选的，步骤3中，获得热电联产机组最大收益的方法为，当比值大于设定系数时，热电联产机组总发电量为区域需求电量；当比值小于设定系数时，热电联产机组总发电量
为在满足热负荷需求的同时，机组的最小发电量。
[0047]
优选的，热电联产机组最大收益时，满足的条件为：
[0048][0049]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0050]
本发明公开了一种应用于区域热电联产机组的电能调度方法，该方法基于热电联产系统、区域能源系统、热电分产系统三部分框架，在建立三者的关系式后，引入区域能源系统热负荷，获得满足热负荷需求时，机组的最小发电量，以热电联产总花费小于热电分产总花费为基准，建立热电联产机组总发电量的合理运行空间。本发明通过对热电联产机组供热特性分析，以及与热电分产系统对比分析，得到热电联产机组最佳运行区间以及最大收益运行方式，可正确的指导运行实践。该方法同时为满足区域冬季供暖需求，区域会启动热电联产机组，热电联产机组可以同时生产电能和热能，是能源高效利用的一种方式。本发明在对热电联产机组特性进行分析的基础上，通过与热电分产系统进行对比，判断区域在满足区域供暖需求的情况下，获得热电联产机组的最佳调度方法，以实现热电联产机组经济最大化。
附图说明
[0051]
图1为本发明的热电联产机组循环图。
具体实施方式
[0052]
下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步详细描述：
[0053]
参见图1，本发明公开一种应用于区域热电联产机组的电能调度方法，该方法包括以下步骤：
[0054]
步骤1，热电联产机组供热特性分析
[0055]
在一定热负荷情况下，热电联产机组总供热量q
t
、热电联产机组总热耗量f
t
和热电联产机组总发电量n
t
，存在如下关系，即第一关系式：
[0056]qt
＝η
qnet
(f
t-n
t
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0057]
其中，η
qnet
:净热效率，％；
[0058]ft
:热电联产机组总热耗量，mw；
[0059]qt
:热电联产机组总供热量，mw；
[0060]nt
:热电联产机组总发电量，mw。
[0061]
净热效率的计算公式为：
[0062]
η
qnet
＝η
t
ξ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0063]
其中，η
t
为毛热效率，％；ξ为热损失系数，％；毛热效率的计算公式为：
[0064]
η
t
＝f(n
t
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0065]
热电联产机组总热耗量f
t
的计算公式为：
[0066]ft
＝an
t
+b
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0067]
式中：a和b均为系数，该系数均通过机组供热热平衡图计算获取得到。
[0068]
热电联产机组总供热量q
t
还能够通过如下公式计算：
[0069][0070]
式中：
[0071]
qh:区域能源系统热负荷，mw；
[0072]
η
hc
:热网首站热损失系数，％；
[0073]
为满足区域能源系统热负荷qh，整理公式(1)、(4)、(5)电负荷应满足：
[0074][0075]
为简化公式(6)，即简化热电联产机组总发电量和区域能源系统热负荷之间关系，获得第二关系式(6)。
[0076]
定义：
[0077]
n’＝a'qh+b'
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0078]
n’代表为在满足热负荷需求的同时，机组的最小发电量，上述计算公式中，
[0079][0080][0081]
步骤2，与热电分产系统对比分析
[0082]
热电联产机组节能体现在，热电联产总花费应小于热电分产总花费，如下式所示：
[0083]
costf≥cost
l
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0084]
nbcoste+fhcostc≥(n
b-n
t
)coste+f
t
costcꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0085]
(nb×
103)coste+(fh×
3.6)costc≥[(n
b-n
t
)
×
103]coste+(f
t
×
3.6)costcꢀꢀ
(12)
[0086]
式中：
[0087]
costf:热电分产总花费，元；
[0088]
cost
l
:热电联产总花费，元；
[0089]fh
:热电分产供热热耗量，mw；
[0090]ft
:热电联产热耗量，mw；
[0091]
nb:区域需求电量，mw；
[0092]nt
:热电联产发电量，mw；
[0093]
costc:热价，元/gj；
[0094]
coste:电价,元/度；
[0095]
公式(11)中的系数来源于电网和热网调度给出的需求量，具体的为附图1内的参数。
[0096]
对公式(11)进行简化，定义r
cost
为电价和热价的比值，定义fh为区域能源系统热负荷为供热锅炉效率的比值，如下所示：
[0097]
[0098][0099]
ηh:供热锅炉效率；
[0100]
结合式(12)可得，热电联产在设计整个供电需求时，因满足如下条件：
[0101]
整理：
[0102][0103]
结合式(4)、(14)整理式(15)，可知：
[0104][0105]
当rcost＞a时：
[0106][0107]
当rcost＜a时：
[0108][0109]
结合式(17)和式(18)可知，当电价和热价的比值大于设定数值a时，热电联产发电量大于式(17)右边的比值，使得热电联产的总花费小于热电分产的总花费；当电价和热价的比值小于设定数值a时，热电联产发电量小于式(18)右边的比值，使得热电联产的总花费小于热电分产的总花费
[0110]
为了使联产发电较分产发电节能，机组发电负荷需满足的值为n”，
[0111][0112]
通过理论分析可知，热电联产发电量n
t
不宜高于电网外购电量nb,因此结合式(6)、(7)、(16)、(17)、(18)热电联产机组的合理运行区间如下表1所示，当电价和热价的比值大于设定系数a时，热电联产发电量小于等于区域需求电量，并大于n'和n”；当电价和热价的比值小于设定值a时，热电联产发电量大于等于n'，同时小于等于n”区域需求电量，对应的建立下表1，即确定整个热电联产机组的合理运行空间，在该区间运行时，热电联产发电是存在收益的，只是收益有大有小而已。当r
cost
＝a时，运行区间能够选择任意一种情况。
[0113]
表1通过热电量联产确定合理运行区间
[0114]
约束条件合理运行区间r
cost
＞anb≥n
t
≥max(n',n”)r
cost
＜amin(n”,nb)≥n
t
≥n'
[0115]
步骤3、在表2的基础上获得热电联产机组最大收益分析如下式所示
[0116]
savings＝cost
f-cost
l
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(20)
[0117]
savings＝nbcoste+fhcost
c-[(n
b-n
t
)coste+f
t
costc]
ꢀꢀ
(21)
[0118]
其中，costf为热电分产系统来完成的总花费，cost
l
为热电联产系统来完成的总花费。结合式(3)、(14)整理式(21)，可知：
[0119][0120]
结合表1和式(22)可知，热电联产机组最大收益运行方式，如下表2所示，当r
cost
＝a时，运行区间能够选择任意一种情况，下表中n
opt(a)
为热电联产机组最大收益时的电负荷。
[0121]
表2：
[0122]
约束条件最大收益功率r
cost
＞an
opt(a)
＝nbr
cost
＜an
opt(b)
＝n'
[0123]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。