[发明专利]一种考虑可再生能源消纳的村镇多能互补热电联供系统及其应用方法

权利要求书

1.一种考虑可再生能源消纳的村镇多能互补热电联供系统，其特征在于，包括热电联供模块、供电模块、供热模块、储热模块和用户侧负荷模块；所述热电联供模块的输出端分别与供热模块、储热模块和所述用户侧负荷的输入端相连；所述供电模块的输出端分别与供热模块和用户侧负荷的输入端相连；所述供热模块的输出端分别与储热模块和用户侧负荷的输入端相连；所述储热模块的输出端与用户侧负荷的输入端相连；所述用户侧负荷包括冬季采暖热负荷、全年用电负荷。

2.根据权利要求1所述的一种考虑可再生能源消纳的村镇多能互补热电联供系统，其特征在于，所述热电联供模块采用生物质热电联产机组(4)，用于同时供热和供电，包括锅炉、汽轮机、余热回收装置或给水泵。

3.根据权利要求2所述的一种考虑可再生能源消纳的村镇多能互补热电联供系统，其特征在于，所述生物质热电联产机组(4)采用生物质固体燃料，包括秸秆。

4.根据权利要求1所述的一种考虑可再生能源消纳的村镇多能互补热电联供系统，其特征在于，所述供电模块包括光伏发电装置(3)和或风力发电装置(2)。

5.根据权利要求4所述的一种考虑可再生能源消纳的村镇多能互补热电联供系统，其特征在于，所述光伏发电装置(3)和风力发电装置(2)分别采用太阳能和风能。

6.根据权利要求1所述的一种考虑可再生能源消纳的村镇多能互补热电联供系统，其特征在于，所述供热模块包括空气源热泵机组(5)。

7.根据权利要求1所述的一种考虑可再生能源消纳的村镇多能互补热电联供系统，其特征在于，所述储热模块包括蓄热罐(6)，用于储放热能。

8.一种考虑可再生能源消纳的村镇多能互补热电联供系统的应用方法，其特征在于，所述系统应根据实时热负荷与储热模块容量及储热量、热电联供模块最小运行功率、热电联供模块额定运行功率确定热电联供模块启闭及运行工况；

当实时热负荷不大于储热模块所储热量时，系统热电联供模块关闭，供热模块关闭，供电模块、储热模块开启；

当实时热负荷大于储热模块所储热量，且不大于热电联供模块最小功率时，系统热电联供模块关闭，供热模块、供电模块开启，储热模块启闭及蓄热量、供热模块产热量由系统余电量决定；

当实时热负荷大于热电联供模块最小功率，且不大于热电联供模块最小功率与储热模块所储热量之和时，系统热电联供模块关闭，供热模块、供电模块、储热模块开启，供热模块产热量、储热模块储放热量由系统余电量决定；

当实时热负荷大于电联供模块最小功率与储热模块所储热量之和，且不大于热电联供模块最大功率与储热模块所储热量之和时，热电联供模块、供电模块、储热模块开启，供热模块启闭及产热量、储热模块储放热量由系统余电量决定；

当实时热负荷大于电联供模块最大功率与储热模块所储热量之和时，热电联供模块、供热模块、供电模块、储热模块开启，供热模块产热量、储热模块储放热量由系统余电量决定；

再根据实时电负荷与供电模块实时功率、热电联供模块实时功率确定供热模块运行工况；根据各模块实时运行工况及能量平衡约束，确定储热模块实时储、放热量；所述能量平衡约束包括电能平衡约束以及热能平衡约束；

系统具体流程包含以下公式：

(1)生物质热电联产机组出力模型：

热电联产机组出力约束：Q_chp,min≤Q_chp(t)≤Q_chp,max

式中Q_chp(t)为生物质热电联产机组在t时刻的热出力，kW；F_jg(t)为t时刻机组秸秆耗量，kg/s；H_jg为秸秆热值，kJ/kg；η_chp,Q为机组产热效率；E_CHP(t)为生物质热电联产机组在t时刻的电出力，kW；η_CHP,E为机组发电效率；Q_chp,min为机组最小出力，kW；Q_chp,max为机组最大出力，kW；

(2)光伏发电装置出力模型：

式中E_pv(t)为光伏发电装置在t时刻的输出功率，kW；E_pv,e为光伏发电装置额定功率，kW；s_e为额定功率下的光照强度，W/m²；s为实时太阳光照强度，W/m²；

(3)风力发电装置出力模型：

式中E_wt(t)为风力发电装置在t时刻的输出功率，kW；E_wt,e为风力发电装置额定功率，kW；v_r为切入风速，m/s；v_c为切出风速，m/s；v_e为额定风速，m/s；v为实时风速，m/s；k为形状系数，可表示为：

式中，σ为风速样本标准差，为平均风速；

(4)空气源热泵出力模型：

Q_hp(t)＝E_hp(t)·COP_hp

Q_hp(t)＝Q_hp,1(t)+Q_hp,2(t)

式中Q_hp(t)为热泵在t时刻的产热功率，kW；E_hp(t)为热泵在t时刻的电功率，kW；COP_hp为热泵的制热性能系数；

此外，根据产热的用途不同，Q_hp(t)可分为Q_hp,1(t)和Q_hp,2(t)两部分；其中，Q_hp,1(t)为为满足用户热负荷要求，热泵所需提供的热功率；

Q_hp,2(t)为在保证热量不浪费的前提下，系统余电量E_sp(t)通过热泵产生的热，可表示为：

Q_hp,2(t)＝min{N_hs,E_sp(t)·COP_hp+Q_hs,1(t)+Q_hs,have(t-1)}

式中E_sp(t)可表示为：

E_sp(t)＝E_chp(t)+E_pv(t)+E_wt(t)-E_load(t)

(5)储热设备模型：

储热约束：

Q_hs(t)＝Q_hs,1(t)+Q_hs,2(t)

N_hs为储热罐容量，kW；，Q_hs(t)为储热罐t时刻储(放)热量，Q_hs(t)＞0时为储热，反之为放热，kW；为储热罐最大放热功率，kW；为储热罐最大蓄热功率，kW；Q_hs,have(t)为t时刻储热罐中已有储热量，kW；

根据热量来源的不同，Q_hs(t)可分为Q_hs,1(t)和Q_hs,2(t)两部分；其中，Q_hs,1(t)为为满足用户热负荷要求，储热罐所需提供的热功率，所以其值小于等于0；Q_hs,2(t)等于系统余电量通过热泵的产热功率，即：

Q_hs,2(t)＝Q_hp,2(t)

(6)系统热能平衡约束：

Q_chp(t)+Q_hp(t)＝Q_load(t)+Q_hs(t)

(7)系统电能平衡约束：

E_chp(t)+E_pv(t)+E_wt(t)+E_grid(t)＝E_load(t)+E_hp(t)。