[发明专利]热电联产机组耦合空气储能膨胀发电系统及优化运行方法

说明书

本发明公开了热电联产机组耦合空气储能膨胀发电系统及优化运行方法，本发明的方法在在供热、供电以及电网辅助服务补偿政策等多变量约束条件下，以盈利值最大为寻优目标函数，通过电、热负荷在热电联产机组和空气储能膨胀发电系统的合理分配，得出热电联产机组耦合空气储能膨胀发电联合系统优化运行工况。本发明的方法在寻优目标直观且符合生产实际，风光等新能源快速发展，火电机组增设储能的大趋势下，本发明具有更为广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于燃煤发电机组热电联产供热领域，具体涉及一种热电联产机组耦合空气储能膨胀发电系统及优化运行方法。

背景技术

受化石能源结构调整以及环境污染治理等因素影响，我国电力结构转型升级进程加快，风、光等新能源发展快速发展及高比例上网发电。由于风、光等可再生能源具有间歇性、时变性和波动性，要求电力系统提升调节能力。但是现阶段我国电力系统未有优良的调节电源，要求装机和发电量占主体的火电机组需持续进行灵活性改造。与此同时，随着城市化进程推进，集中用热需求不断增长，火电机组在实施电负荷灵活性改造外，仍要兼顾供热负荷的灵活性调节。

热电联产机组参与电网辅助调峰服务的形式主要有两种：1)深度调峰；2)顶尖峰电负荷。深度调峰服务为热电联产机组降低电出力以实现风光等新能源电力高比例消纳，然而在时变特性强的风光等新能源电出力骤降时，需热电联产机组快速提高电出力以满足电网调度需求。顶尖峰电负荷服务的具体补偿政策为：电网发布供电负荷率基准α，燃煤热电联产机组供电负荷高于α×Nnetd(Nnetd为铭牌供电负荷，MW)时，高于基准供电负荷的电量，按照每MWh给予a元的补偿；低于基准供电负荷的电量，按照每MWh给予a元的罚款。随着强时变特性的风光等可再生能源进一步快速发展，燃煤热电联产机组承担的顶尖峰电负荷服务的频率及持续时间将会大幅增大。

为此，热电联产机组通过实施自身热力流程改造技术诸如低压缸零出力、高低压旁路等热电解耦外，还通过增设储热、储能系统提升电、热负荷的灵活调节能力。与其他储能方式相比，压缩空气储能系统具有寿命长、成本低、规模大、环境友好、易与外部热源相结合等优点，尤其适合热、电负荷的重新分配，适合在我国北方地区推广应用。关于压缩空气储能系统与热电联产机组的耦合，高校、科研机构已进行了先期部分研究。

文献“LI Yaowang,MIAO Shihong,YIN Binxin,et al.Combined heat and powerdispatch considering advanced adiabatic compressed air energy storage forwind power accommodation[J].Energy Conversion and Management,2019,”提出了一种绝热压缩空气储能系统与电力系统集成的热电联产调度模型，能够灵活地与电力热能系统集成，并实现电、热的储存和释放，结果显示集成系统明显减低系统运行成本和减少风力发电。

文献“王晓露、郭欢、等.火电厂热电联产机组与压缩空气储能集成系统能量耦合特性分析.储能科学与技术，2021”，就火电厂热电联产机组与压缩空气储能集成系统，以热效率、效率和热电比为评价指标，探索抽凝式热电联产机组与压缩空气储能系统的集成热力学特性：热电联产机组增设压缩空气储能供热系统，拓宽了热电比；空气流量对集成系统的热效率/效率影响最明显；压缩空气储能系统的压缩机/膨胀机效率以及换热器性能对集成系统各效率影响均较小。

文献“王妍、吕凯、马汀山，等。与煤电机组耦合的压缩空气储能系统分析[J]，热力发电，2021”，提出一种与煤电机组耦合的压缩空气系统，在压缩储能阶段利用煤电机组凝结水吸收空气圧缩热，在释能发电阶段利用机组给水/抽汽实现对膨胀机入口空气的梯级加热。分别对压缩、储能过程不同耦合方案进行了对比分析，提出最优耦合系统方案，并与传统带储热装置的压缩空气储能系统运行效率进行了对比。结果表明，通过压缩空气储能系统与煤电机组热力循环的合理耦合，可使系统效率提升5％。