[发明专利]一种含CHP-P2G-氢能的园区综合能源系统优化调度方法

说明书

一种含CHP‑P2G‑氢能的园区综合能源系统优化调度方法，包括以下步骤：步骤1、构建园区综合能源系统；步骤2、构建考虑CHP‑P2G‑氢能的园区综合能源系统优化调度模型；步骤3、构建优化调度模型的约束条件；步骤4、以总成本最小为目标，在MATLAB环境下，以总成本最小为目标，通过Yalmip工具箱调用Cplex求解器进行求解；步骤5、对运行成本和碳排放成本进行灵敏度分析，设置不同的偏好度。本发明可以实现电力网络与天然气网络能量的双向流动，通过电解槽将不确定性的风能转化为氢气，提升风电消纳水平，同时实现能量高效利用，同时权重系数的设置对调度部门具有一定的参考价值。

技术领域

本发明属于园区综合能源系统优化调度技术领域，具体涉及一种含CHP-P2G-氢能的园区综合能源系统优化调度方法以及对系统运行成本和碳排放成本偏好度的设置范围。

背景技术

随着化石能源危机逐渐加剧和日益严重的环境污染问题，完成能源转型和构建现代化能源体系已迫在眉睫。由于风电等可再生能源发电具有较为明显的间歇性和不确定性，造成弃风现象严重。氢作为一种清洁能源，可直接高效利用，例如为氢燃料汽车或某些化学过程提供原料。近年来，随着综合能源系统这一概念的提出，其与可再生能源的相互耦合将极大提高能源利用效率，减少污染排放。因此，多能耦合、多荷交叉的综合能源系统是未来能源供应体系的重要发展趋势。电力网络与天然气网络是当前能源领域最主要的大规模传输载体，因此两者之间的耦合关系一直受到广泛关注。通常借助燃气轮机等设备将天然气转化为电能，而电转气(Power to Gas,P2G)技术可以将电能转化为氢气或天然气，进一步加强了电力网络与天然气网络之间的耦合，实现了能量之间的双向流动，为消纳风电等可再生能源提供了一个新的方案。同时，为提高可再生能源的利用率，通常需要加入储能装置，与其他储能方式相比，储氢在清洁绿色等方面具有明显优势。

现有研究大多为电转天然气，但是由于电转氢气的效率更高，所以其为解决可再生能源消纳问题的重要途径，可以从源头上实现零碳或低碳。为实现能量的高效利用，需合理充分的调控P2G两阶段运行过程。我国三北地区风力资源丰富，但由于其具有随机性以及反调峰特性，如何合理调度使用已成为当务之急。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种含CHP-P2G-氢能的园区综合能源系统优化调度方法，该方法充分利用电制氢过程，实现P2G效率最大化，构建的系统通过热电联产(CHP)机组和P2G，实现电力网络与天然气网络能量的双向流动，优先利用电制氢将具有不确定性和反调峰特性的风能转化为氢能供给氢负荷，提升风电消纳水平，减少碳排放，实现能量高效利用，同时对运行成本和碳排放成本进行灵敏度分析，设置不同偏好度，可为调度部门提供参考，具有一定的实践意义。

本发明采取的技术方案为：

一种含CHP-P2G-氢能的园区综合能源系统优化调度方法及成本偏好度设置，包括以下步骤：

步骤1、构建园区综合能源系统：

该系统的能源侧包括：风能、上级电网、上级气网；

能量转换设备包含热电联产CHP机组、电解槽、甲烷反应器和燃气锅炉；

负荷侧包括：电负荷、氢负荷、热负荷；

CHP机组主要利用甲烷反应器产生的天然气，不足部分从上级气网购得，产生电能和热能供给负荷，电解槽将风电产生的波动性较大的电能转化为氢能，一部分经储氢罐供给氢负荷，其余部分传输至甲烷反应器，甲烷反应器将氢气经与二氧化碳反应生成天然气供气供给CHP机组，形成一个循环。

步骤2、构建考虑CHP-P2G-氢能的园区综合能源系统优化调度模型:

以经济性最优和碳排放最低为目标,引入碳税c_tax，将碳排放量转化为碳排放成本,以园区运行成本F₁和碳排放成本F₂之和最小为目标函数，如式(1)所示：