一種熱電聯(lián)供型壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于清潔能源綜合利用技術(shù)領(lǐng)域,涉及一種熱電聯(lián)供型壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng) 及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著中國風(fēng)電開發(fā)利用規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大,風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行和市場(chǎng)消納已成為制約風(fēng)電 發(fā)展的重要因素。我國風(fēng)電比較集中在三北地區(qū),冬季夜間風(fēng)速很大,但是夜間電負(fù)荷需求 較低,由于冬季供暖期為保證供熱要求,熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組多數(shù)運(yùn)行在"以熱定電"的模式,特別 是對(duì)于熱電廠中大量存在的背壓式熱電機(jī)組,其輸出熱電比固定,難以參與調(diào)峰,造成低谷 時(shí)嚴(yán)重的棄風(fēng)現(xiàn)象。
[0003] 隨著儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展,利用儲(chǔ)能對(duì)風(fēng)電進(jìn)行"削峰填谷",在夜間電負(fù)荷低谷時(shí)存 儲(chǔ)多余的風(fēng)電,在白天電負(fù)荷高峰時(shí)釋放,已經(jīng)成為提高風(fēng)電的消納能力的有效手段。特別 是壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)因其具有儲(chǔ)能成本低、環(huán)境友好、無相變損耗的優(yōu)點(diǎn)而成為近年來備 受關(guān)注的大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)。
[0004] 目前利用壓縮空氣儲(chǔ)能提高風(fēng)電消納的方法都只涉及到單一的電能的存儲(chǔ),未能 夠?qū)?chǔ)能和調(diào)節(jié)現(xiàn)有熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的熱電比結(jié)合起來,以提高熱電機(jī)組自身的調(diào)峰能力, 減少同等消納風(fēng)電下需要的儲(chǔ)能容量。此為現(xiàn)有技術(shù)的不足之處。
[0005] 因此,提供設(shè)計(jì)一種熱電聯(lián)供型壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)及其控制方法,以解決上述技 術(shù)問題,是非常有必要的。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明的目的在于,針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷,提供設(shè)計(jì)一種一種熱電聯(lián)供 型壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)及其控制方法,以解決上述技術(shù)問題。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明給出以下技術(shù)方案:
[0008] -種熱電聯(lián)供型壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng),包括熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組和絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能單 元,其特征在于:
[0009] 所述熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組包括熱電機(jī)組鍋爐,所述熱電機(jī)組鍋爐的輸出端設(shè)置有第一支 路和第二支路,所述第一支路通過汽輪機(jī)與熱用戶的輸入端連接,所述第二支路通過熱電 機(jī)組減溫減壓閥與熱用戶的輸入端連接,所述汽輪機(jī)與發(fā)電機(jī)連接;所述熱用戶的輸出端 通過第二汽水換熱器與熱電機(jī)組鍋爐的輸入端連接;
[0010] 所述絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能單元包括依次連接的壓縮機(jī)、第二汽水換熱器、儲(chǔ)氣罐、第 一汽水換熱器、透平膨脹設(shè)備、第一離合器、發(fā)電電動(dòng)機(jī)、第二離合器,所述第二離合器與壓 縮機(jī)連接;
[0011] 所述熱用戶與第一汽水換熱器并聯(lián),在熱用戶與第一汽水換熱器的輸入管道上還 設(shè)有蒸汽調(diào)節(jié)閥。
[0012] 優(yōu)選地,所述第一汽水換熱器連接進(jìn)入透平膨脹設(shè)備前的高壓空氣管路和汽輪機(jī) 的蒸汽輸出管路;從而能夠利用汽輪機(jī)蒸汽熱量加熱進(jìn)入透平膨脹設(shè)備前的氣體。
[0013] 優(yōu)選地,所述的第一支路為金屬管道;采用金屬管道不僅能夠?qū)崿F(xiàn)水流的導(dǎo)通,而 且不易腐蝕。
[0014] 優(yōu)選地,所述的第一支路為不銹鋼管道;抗腐蝕,使用壽命長。
[0015] 優(yōu)選地,所述的第一支路外為包裹有保溫層;既能夠保護(hù)第一支路,而且能夠有效 延緩第一支路內(nèi)熱水的降溫速度。
[0016] 優(yōu)選地,所述的第二支路為金屬管道;采用金屬管道不僅能夠?qū)崿F(xiàn)水流的導(dǎo)通,而 且不易腐蝕。
[0017] 優(yōu)選地,所述的第二支路為不銹鋼管道;抗腐蝕,使用壽命長。
[0018] 優(yōu)選地,所述的第二支路外包裹有保溫層;既能夠保護(hù)第二支路,而且能夠有效延 緩第二支路內(nèi)熱水的降溫速度。
[0019] -種熱電聯(lián)供型壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制方法,包括以下步驟:
[0020] 步驟(1):獲取下一個(gè)調(diào)度時(shí)間段T內(nèi)的風(fēng)電預(yù)測(cè)輸出功率、熱負(fù)荷需求預(yù)測(cè)數(shù)據(jù) 和電負(fù)荷需求預(yù)測(cè)數(shù)據(jù);
[0021] 步驟(2):根據(jù)t時(shí)刻背壓式熱電機(jī)組的煤耗量、t時(shí)刻消納的風(fēng)電功率等效煤耗 量和壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)t時(shí)刻等效耗能來設(shè)置系統(tǒng)目標(biāo)函數(shù);
[0022] 步驟⑶:設(shè)置約束條件,根據(jù)步驟⑵的系統(tǒng)目標(biāo)函數(shù)和約束條件,求解出任意 時(shí)刻絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能單元和熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組最優(yōu)輸出功率;所述約束條件包括電負(fù)荷平衡 約束、熱負(fù)荷平衡約束、熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組處理約束、機(jī)組爬坡速率約束以及絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能 單元容量約束;
[0023] 所述步驟(2)的具體步驟為:
[0024] 對(duì)于背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的供熱煤耗量表示為發(fā)電功率的二次形式:
[0025]
[0026] 式中:Q(i,t)表不t時(shí)刻背壓式熱電機(jī)組的煤耗量,a;、bpq為背壓式熱電機(jī)組 i的煤耗系數(shù);it為第i臺(tái)背壓式熱電機(jī)組在t時(shí)刻的發(fā)電功率;
[0027] t時(shí)刻消納風(fēng)電消耗的等效煤耗量C2⑴為
[0028] C2(t) = 0 ;
[0029] 設(shè)絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能單元儲(chǔ)能效率為η,則絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能單元t時(shí)刻等效耗 能c3⑴為:
[0030]
[0031] 式中CaTC為整個(gè)單元單位功率平均能耗,g3:為絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能單元在t時(shí)刻的 發(fā)電功率;
[0032] ^表示背壓熱電機(jī)組發(fā)電功率,p&表示消納的風(fēng)電功率,p&表示絕熱壓縮空氣儲(chǔ) 能單元發(fā)電功率;
[0033] 建立系統(tǒng)目標(biāo)函數(shù)為:
[0034]
[0035] 其中,C(t)為整個(gè)系統(tǒng)的總煤耗量,Q (i, t)表不t時(shí)刻背壓式熱電機(jī)組的煤耗 量,c2(t)為t時(shí)刻消納的風(fēng)電功率等效煤耗量,c3(t)為絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能單元t時(shí)刻等 效耗能,表示第i臺(tái)熱電機(jī)組在t時(shí)刻的電功率,表示在t時(shí)刻消納的風(fēng)電電功率, PL表示絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能單元t時(shí)刻的電功率;
[0036] 所述步驟(3)的電負(fù)荷平衡約束和熱負(fù)荷平衡約束:
[0037]
[0038] 式中^為t時(shí)刻等效電負(fù)荷功率,i|A為t時(shí)刻熱負(fù)荷功率,~為絕熱壓縮空氣 儲(chǔ)能單元熱電比;
[0039] 所沭步驟(3)的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組出力約束:
[0040]
[0041] 其中,Cni表示熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的熱電比,1^為常數(shù),?4_^為熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組i最小有 功出力,分別為熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組i最大有功出力;
[0042] 所述步驟(3)的機(jī)組爬坡速率約束:
[0043]
[0044] PuPil為熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組i向上爬坡速率約束,P 熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組i向下爬坡速率 約束;
[0045] 所述步驟(3)的絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能單元容量約束:
[0046]
[0047] 式中η彡T,S為儲(chǔ)能額定容量;
[0048] 根據(jù)目標(biāo)函數(shù)和約束條件,求解出任意時(shí)刻絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能單元和熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī) 組最優(yōu)輸出功率。
[0049] 本發(fā)明的有益效果在于,所述壓縮機(jī)輸出的高壓高溫空氣經(jīng)管路通過第二汽水換 熱器和熱電機(jī)組鍋爐的回水端進(jìn)行熱交換,從而對(duì)供熱回水在進(jìn)入熱電機(jī)組鍋爐前加熱;
[0050] 絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能單元和熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組進(jìn)行電能和熱能的耦合,絕熱壓縮空氣儲(chǔ) 能單元壓縮空氣儲(chǔ)能時(shí)能夠向熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組供熱,釋放空氣發(fā)電時(shí)能夠吸收熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組 的熱能。此外,本發(fā)明設(shè)計(jì)原理可靠,結(jié)構(gòu)簡單,具有非常廣泛的應(yīng)用前景。
[0051]由此可見,本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比,具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和進(jìn)步,其實(shí)施的有益效果也 是顯而易見的。
【附圖說明】
[0052]圖1是本發(fā)明提供的一種熱電聯(lián)供型壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0053] 其中,1. 1-熱電機(jī)組鍋爐,1. 2-第一支路,1. 3-第二支路,1. 4-汽輪機(jī),1. 5-熱用 戶,1. 6-熱電機(jī)組減溫減壓閥,2. 1-壓縮機(jī),2. 2第二汽水換熱器,2. 3儲(chǔ)氣罐,2. 4第一汽水 換熱器,2. 5-透平膨脹設(shè)備,2. 6-第一離合器,2. 7-發(fā)電電動(dòng)機(jī),2. 8第二離合器,2. 9-蒸汽 調(diào)節(jié)閥。
【具體實(shí)施方式】
[0054] 下面結(jié)合附圖并通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)闡述,以下實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明 的解釋,而本發(fā)明并不局限于以下實(shí)施方式。
[0055] 如圖1所示,本發(fā)明提供的一種熱電聯(lián)供型壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng),包括熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī) 組和絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能單元;
[0056] 所述熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組包括熱電機(jī)組鍋爐1. 1,所述熱電機(jī)組鍋爐1. 1的輸出端設(shè)置 有第一支路1. 2和第二支路1. 3,所述第一支路1. 2通過汽輪機(jī)1. 4與熱用戶1. 5的輸入端 連接,所述第二支路1. 3通過熱電機(jī)組減溫減壓閥1. 6與熱用戶1. 5的輸入端連接,所述汽 輪機(jī)1. 4與發(fā)電機(jī)連接;所述熱用戶1. 5的輸出端通過第二汽水換熱器2. 2與熱電機(jī)組鍋 爐1. 1的輸入端連接;
[0057] 所述絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能單元包括依次連接的壓縮機(jī)2. 1、第二汽水換熱器2. 2、儲(chǔ) 氣罐2. 3、第一汽水換熱器2. 4、透平膨脹設(shè)備2. 5、第一離合器2. 6、發(fā)電電動(dòng)機(jī)2. 7、第二離 合器2. 8,所述第二離合器2. 8與壓縮機(jī)2. 1連接;
[0058] 所述熱用戶1. 5與第一汽水換熱器2. 4并聯(lián),在熱用戶1. 5與第一汽水換熱器2. 4 的輸入管道上還設(shè)有蒸汽調(diào)節(jié)閥2. 9。
[0059] 本實(shí)施例中,所述第一汽水換熱器2. 4連接進(jìn)入透平膨脹設(shè)備2. 5前的高壓空氣 管路和汽輪機(jī)的蒸汽輸出管路;從而能夠利用汽輪機(jī)蒸汽熱量加熱進(jìn)入透平膨脹設(shè)備前的 氣體。
[0060] 本實(shí)施例中,所述的第一支路1. 2為金屬管道;采用金屬管