[发明专利]基于双模态解耦的热电联产系统的风电消纳方法

说明书

本发明提供一种基于双模态解耦的热电联产系统的风电消纳方法，涉及热电联产系统技术领域。系统包括燃气轮机、余热回收装置、储热装置、质子交换膜燃料电池、电制气设备和风力发电机，储热装置、质子交换膜燃料电池和电制气设备解耦热电联产机组“以热定电”和“以电定热”两种运行模式。通过解耦热电耦合关系来提高系统消纳风电能力，并通过系统购能成本和污染气体治理成本最低为目标函数，用电负荷优先消纳风电，剩余风电通过电制气设备进一步消纳。本发明能大规模消系统的弃风电能，解耦“以热定电”和“以电定热”两种运行模式，实现风电‑气‑电双向转化，还能提高系统自身调节备用能力，增强系统抗可在生能源出力随机波动的干扰能力。

技术领域

本发明涉及热电联产系统技术领域，尤其涉及一种基于双模态解耦的热电联产系统的风电消纳方法。

背景技术

我国东西部地区四季温度差异大，风光资源丰富，且冬季时大风期和供热期高度重合。为了满足冬季用户供热需求、降低供暖所带来的环境污染，目前这些地区都建设了大量以“燃气轮机”为核心的热电联产(combined heat and power，CHP)系统。然而为了满足用户冬季供暖需求，其系统内的热电联产机组都会运行在“以热定电”运行模式，这会进一步压缩风电夜间并网电量，加剧了弃风电现象的发生。同时，风电冬季出力最大一般为午夜，而此时正是用电负荷较少、用热负荷较多的时候，大规模风电外送又受传输通道的限制，这种冬季热电负荷时空分配不均匀也是导致大规模弃风电的一个重要原因。尤其我国“三北”(东北、华北、西北)地区，在冬季供暖时其弃风电的现象更为严重。根据我国国家能源局发布的2017年上半年全国风电数据统计可知，上半年我国弃风电量高达235×109kW·h，弃风率为13.6％，相比2016年弃风现象有所下降，造成直接经济损失超过1.8×1010元人民币。

目前对提高热电联产系统消纳风电能力和解耦热电联产机组“以热定电”运行模式的方法，都是从“热能”侧着手考虑和研究的，即在热电联产系统中加入储热设备或储热和电锅炉设备，这种方式的特点是将多余的风电转化为热能进行储存和利用，但很难实现“热电”双向转化。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于双模态解耦的热电联产系统的风电消纳方法，不仅可以大规模消纳热电联产系统中的弃风电能，解耦热电联产系统“以热定电”和“以电定热”的两种运行模式，实现风电-气-电双向转化，还能提高系统自身调节备用能力，增强热电联产系统抗可在生能源出力随机波动的干扰能力。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一方面，本发明提供一种基于双模态解耦的热电联产系统，包括燃气轮机、余热回收装置、储热装置、质子交换膜燃料电池、电制气设备和风力发电机；

所述燃气轮机和余热回收装置构成系统内的热电联产机组；基于双模态解耦的热电联产系统的外部连接网络包括电力系统和天然气网，基于双模态解耦的热电联产系统的供能负荷包括电负荷和热负荷；天然气网为连接其上的热电联产机组、质子交换膜燃料电池和电制气设备提供燃料和气体存储；储热装置和热电联产机组与热负荷连接；燃气轮机、质子交换膜燃料电池、电制气设备、风力发电机连接到基于双模态解耦的热电联产系统中的电母线上，为系统内的用电负荷提供电能；

所述燃气轮机，同时为热电联产系统内部的设备进行供热和供电，其运行模式包括“以热定电”模式和“以电定热”模式；

燃气轮机与余热回收装置直接连接，其目的是通过余热回收装置将燃气轮机产生的热能进行回收；余热回收装置又与储热装置连接，两者共同为系统内用热负荷提供热能；

所述储热装置、质子交换膜燃料电池和电制气设备用于解耦热电联产机组“以热定电”和“以电定热”两种运行模式，从而提高系统消纳风电的能力；所述储热装置，用于存储热电联产系统中多余的热能，并在用户用热高峰期时进行放热；所述电制气设备，用于将系统中多余的风电转化为甲烷进行存储；

解耦热电联产机组“以热定电”运行模式，其解耦机理如下：