一種基於正逆循環多能互動廣義電儲能的綜合能源系統的製作方法
2024-04-13 03:55:05
1.本發明涉及能源轉化技術領域，具體涉及一種基於正逆循環多能互動廣義電儲能的綜合能源系統。
背景技術：
2.傳統能源系統局限於電、氣、熱、冷等單一能源系統運行，無法充分發揮能源互補替代功能。綜合能源系統涵蓋電/氣/熱多網絡，通過能源轉換設備、存儲設備實現了可再生能源、冷、熱、氣等多能互補，是「源-網-荷-儲」各個環節高度協調耦合的新型能源系統。綜合能源系統以電為核心，對電負荷的需求較高，一般分為電-氣綜合能源系統、電-熱綜合能源系統、電-氣-熱綜合能源系統，但是現有的綜合能源系統少有考慮將低容量成本的儲熱/儲冷系統能量進一步轉化為電能，多元儲能的友好互動性差，高比例可再生能源未得到有效消納，能源浪費嚴重，綜合能源系統投資和運行成本高。
技術實現要素：
3.有鑑於此，本發明提供一種基於正逆循環多能互動廣義電儲能的綜合能源系統，解決多元儲能的互動性差，高比例可再生能源未得到有效消納導致經濟效益差的問題。
4.第一方面，本發明實施例提供了一種基於正逆循環多能互動廣義電儲能的綜合能源系統，包括：
5.發電設備，用於發電後輸送至電網；
6.電能轉換設備，與電網相連，用於滿足電負荷和綜合能源系統設備用電後將多餘的電能轉換成除電能以外其他形態的能源；
7.儲能設備，用於儲存所述除電能以外其他形態的能源；
8.能源轉換設備，連接不同的儲能設備，用於不同形態能源之間進行轉換；
9.儲電設備，與電網相連，用於儲存電能。
10.本發明實施例提供的基於正逆循環多能互動廣義電儲能的綜合能源系統，通過對不同形態能源的轉換與儲存，將可再生能源產生的電能以多種能源形態儲存，滿足用戶冷熱電氣負荷需求，並可轉化為電能，提高了可再生能源的消納率，實現了多元儲能的友好互動，顯著提高了經濟效益。
11.可選地，所述儲能設備包括：儲熱設備、儲冷設備、儲氣設備。
12.本發明實施例提供的基於正逆循環多能互動廣義電儲能的綜合能源系統，通過配置儲熱、儲冷、儲氣等混合儲能，減少了電儲能系統容量和功率配置及充放電次數，延長了電儲能設備的使用壽命，提高了經濟效益。
13.可選地，所述電能轉換設備包括：
14.電轉氣設備，一端連接電網，另一端連接氣網和儲氣設備，用於將電能轉換為氣能；
15.電轉熱設備，一端連接電網，另一端連接儲熱設備和/或熱力網，用於將電能轉換
為熱能；
16.電製冷設備，一端連接電網，另一端連接冷網和儲冷設備，用於將電能轉換為冷能。
17.本發明實施例提供的基於正逆循環多能互動廣義電儲能的綜合能源系統，通過電能轉換設備，將滿足電負荷和綜合能源系統設備用電後的多餘電能轉換為氣、熱、冷等其他形態能源，充分利用了多餘電能，節約了資源。
18.可選地，能源轉換設備包括：
19.氣轉熱設備，用於將氣能轉換為熱能；
20.氣轉電設備，連接氣網，用於將氣能轉換為電能，並輸送到電網；
21.有機朗肯循環，連接氣轉電餘熱回收設備、氣轉熱餘熱回收設備、儲熱設備和儲冷設備，用於熱功轉換並轉換為電能輸送到電網，同時在有機朗肯循環熱電聯供運行模式下，利用冷凝器的冷凝熱為用戶提供生活熱水和/或地板輻射供暖。
22.本發明實施例提供的基於正逆循環多能互動廣義電儲能的綜合能源系統，通過引入能源轉換設備，提高了綜合能源系統冷熱電氣不同形態能源儲能的良好互動性。
23.可選地，所述能源轉換設備還包括：
24.餘熱鍋爐，連接氣轉電設備，用於吸收氣轉電設備的熱能並傳輸出去；
25.溴化鋰循環，連接氣轉電設備和冷網，用於吸收氣轉電設備的熱能並轉換為冷能。
26.可選地，所述氣轉電設備產生的煙氣作為餘熱輸入溴化鋰循環、餘熱鍋爐和有機朗肯循環。
27.本發明實施例提供的基於正逆循環多能互動廣義電儲能的綜合能源系統，利用顯熱或相變潛熱儲熱，較好地匹配亞臨界有機朗肯循環熱力性能，可利用能源轉換設備，有效拓展純工質及混合工質的選擇範圍。
28.可選地，所述儲冷設備將冷能輸入有機朗肯循環，用於降低有機朗肯循環的冷凝溫度，提高發電效率。
29.本發明實施例提供的基於正逆循環多能互動廣義電儲能的綜合能源系統，利用儲冷系統降低有機朗肯循環的冷凝溫度，提高系統發電效率和發電量，提高經濟效益。
30.可選地，所述發電設備包括：可再生能源發電設備和清潔化石能源發電設備。
31.可選地，所述發電設備通過逆變器連接電網。
32.本發明實施例提供的基於正逆循環多能互動廣義電儲能的綜合能源系統，將可再生能源發電設備和清潔化石能源發電設備發出的電能經過逆變器輸入到電網中，保證所有電能按照國家標準進入電網，使綜合能源系統穩定運行。
33.可選地，所述綜合能源系統根據預設調度優化策略對不同形態能源進行儲存和轉換，所述預設調度優化策略通過建立綜合能源系統中儲能設備優化配置雙層優化模型，並採用遺傳算法和混合整數線性規劃方法對雙層優化模型求解得到。
34.本發明實施例提供的基於正逆循環多能互動廣義電儲能的綜合能源系統，通過建立綜合能源系統中儲能設備優化配置雙層優化模型，上層規劃，下層運行，雙層互動，獲得最優設備容量並得到預設調度優化策略，保證綜合能源系統中所有設備以最優方式進行，最終達到提高經濟效益的目的。
附圖說明
35.為了更清楚地說明本發明具體實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施方式，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
36.圖1為本發明實施例提供的一種基於正逆循環多能互動廣義電儲能的綜合能源系統的結構示意圖；
37.圖2為本發明實施例提供的一種基於正逆循環多能互動廣義電儲能的綜合能源系統的能量轉換示意圖；
38.圖3為本發明實施例提供的一種基於正逆循環多能互動廣義電儲能的綜合能源系統的一個具體實施例的結構示意圖；
39.圖4為本發明實施例提供的一種基於正逆循環多能互動廣義電儲能的綜合能源系統的另一個具體實施例的結構示意圖。
具體實施方式
40.為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
41.在本發明的描述中，需要說明的是，術語「中心」、「上」、「下」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語「第一」、「第二」、「第三」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
42.在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，還可以是兩個元件內部的連通，可以是無線連接，也可以是有線連接。對於本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
43.下面所描述的本發明不同實施方式中所涉及的技術特徵只要彼此之間未構成衝突就可以相互結合。
44.本發明實施例提供了一種基於正逆循環多能互動廣義電儲能的綜合能源系統，利用電/熱/冷混合儲能有效降低儲能配置成本，實現可再生能源以多種形式存儲，如圖1所示，包括：
45.發電設備1，用於發電後輸送至電網。
46.具體地，在一實施例中，如圖2所示，發電設備包括：可再生能源發電設備和清潔化石能源發電設備，發電設備通過逆變器連接電網。可再生能源發電包括光伏發電和風力發電，電網直接與電負荷相連，可再生能源發電優先滿足用戶端電負荷，其次為綜合能源系統的設備提供電能。
47.儲電設備2，與電網相連，用於儲存電能。示例性地，如圖3所示，儲電設備包括電池、壓縮空氣儲能設備等，除滿足用戶端電負荷和為綜合能源系統的設備提供電能外，多餘的可再生能源發出的電能優先通過電池、壓縮空氣儲能設備等組成的儲電系統存儲。
48.本發明實施例提供的基於正逆循環多能互動廣義電儲能的綜合能源系統，將可再生能源發電設備和清潔化石能源發電設備發出的電能經過逆變器輸入到電網中，保證所有電能按照國家標準進入電網，使綜合能源系統穩定運行。
49.電能轉換設備3，與電網相連，用於滿足電負荷和綜合能源系統設備用電後將多餘的電能轉換成除電能以外其他形態的能源。示例性地，本發明實施例中其他形態的能源包括：冷、熱、氣形態的能源，但不以此為限。
50.具體地，在一實施例中，如圖3所示，電能轉換設備包括：
51.電轉氣設備，一端連接電網，另一端連接氣網和儲氣設備，用於將電能轉換為氣能。示例性地，氣網直接與氣負荷相連，為用戶端氣負荷提供氣能。電轉氣設備可直接連接可再生能源發電設備或連接電網，優先利用可再生能源發電製備天然氣，減少了電能傳輸路徑，避免損耗，其次是電網外送的多餘可再生能源發電製備天然氣。
52.電轉熱設備，一端連接電網，另一端連接儲熱設備和/或熱力網，用於將電能轉換為熱能。示例性地，熱力網直接與熱負荷相連，為用戶端熱負荷提供熱能，電轉熱設備為電鍋爐和熱泵。
53.電製冷設備，一端連接電網，另一端連接冷網和儲冷設備，用於將電能轉換為冷能。示例性地，冷網與冷負荷相連，為用戶端冷負荷提供冷能，電製冷設備為電制冷機。
54.本發明實施例提供的基於正逆循環多能互動廣義電儲能的綜合能源系統，通過電能轉換設備，將滿足電負荷和綜合能源系統設備用電後的多餘電能轉換為氣、熱、冷等其他形態能源，充分利用了多餘電能，節約了資源。
55.儲能設備4，用於儲存除電能以外其他形態的能源。
56.具體地，在一實施例中，儲能設備包括：儲熱設備、儲冷設備、儲氣設備。
57.示例性地，可再生能源在一個運行周期滿足冷熱電氣負荷的前提下，以最優的經濟效益為目的進行能源調度，多餘的可再生能源發電通過電鍋爐和熱泵制熱、電制冷機或餘熱製冷連接儲熱設備和儲冷設備，實現熱能和冷能的儲存，其中，儲熱系統為顯熱儲熱或相變儲熱系統，儲冷系統是以冷媒水為儲冷介質的儲冷系統，可再生能源發電也可通過電轉氣設備產生天然氣，通過儲氣設備或天然氣管道實現天然氣儲存。儲氣設備與電轉氣設備和天然氣網連接，可實現電轉氣設備製造的天然氣和氣網天然氣的存儲，用戶端氣負荷優先依次由氣網、電轉氣設備和儲氣設備滿足。
58.本發明實施例提供的基於正逆循環多能互動廣義電儲能的綜合能源系統，通過配置儲熱、儲冷、儲氣等混合儲能，減少了電儲能系統容量和功率配置及充放電次數，延長了電儲能設備的使用壽命，提高了經濟效益。
59.能源轉換設備5，連接不同的儲能設備，用於不同形態能源之間進行轉換。
60.具體地，在一實施例中，如圖3所示，能源轉換設備包括：
61.氣轉熱設備，用於將氣能轉換為熱能，示例性地，本發明實施例以燃氣鍋爐為例進行說明，但不以此為限。
62.氣轉電設備，連接氣網，用於將氣能轉換為電能，並輸送到電網。示例性地，本發明
實施例以燃氣輪機為例進行說明，但不以此為限。燃氣輪機、燃氣鍋爐的優先用氣依次由氣網、電轉氣設備和儲氣設備滿足。
63.有機朗肯循環，連接氣轉電餘熱回收設備、氣轉熱餘熱回收設備、儲熱設備和儲冷設備，用於熱功轉換並轉換為電能輸送到電網，同時在有機朗肯循環熱電聯供模式下，利用冷凝器的冷凝熱為用戶提供生活熱水和/或地板輻射供暖。
64.示例性地，有機朗肯循環包括冷凝器、泵、熱交換器和透平機，在該綜合能源系統中有兩種工作模式：單純發電模式和熱電聯供運行模式，其中單純發電模式指熱能僅轉換為電能；熱電聯供運行模式主要是熱能轉換為電能後的有機工質進入冷凝器，利用冷凝過程產生的冷凝熱為用戶提供生活熱水和/或地板輻射供暖。綜合能源系統根據實際需求控制有機朗肯循環切換到不同的工作模式，提高能源利用率。
65.本發明實施例提供的基於正逆循環多能互動廣義電儲能的綜合能源系統，通過引入能源轉換設備，尤其是有機朗肯循環、熱泵正逆熱力循環，提高了綜合能源系統冷熱電氣不同形態能源儲能的良好互動性。
66.具體地，在一實施例中，能源轉換設備還包括：
67.餘熱鍋爐，連接氣轉電設備，用於吸收氣轉電設備的熱能並傳輸出去；
68.溴化鋰循環，連接氣轉電設備和冷網，用於吸收氣轉電設備的熱能並轉換為冷能。
69.示例性地，有機朗肯循環直接以燃氣輪機煙氣、燃氣鍋爐煙氣、儲熱設備及餘熱鍋爐產生的蒸汽或熱水為熱源發電，其產生的電能優先滿足用戶端電負荷，其次為綜合能源系統的設備提供電能，多餘電能通過電池、壓縮空氣儲能設備等組成的儲電系統儲存。
70.具體地，在一實施例中，氣轉電設備產生的煙氣作為餘熱輸入溴化鋰循環、餘熱鍋爐和有機朗肯循環。示例性地，燃氣輪機煙氣可通過溴化鋰吸收式製冷循環製冷，其製冷量優先滿足用戶端冷負荷，多餘冷量連接儲冷設備儲存。燃氣輪機煙氣直接或經過溴化鋰吸收式製冷循環連接餘熱鍋爐或有機朗肯循環。通過餘熱鍋爐產生的蒸汽或熱水優先滿足用戶端熱負荷，多餘的蒸汽和熱水熱量可連接儲熱系統存儲。燃氣輪機餘熱溴化鋰吸收式製冷設備產生的冷量若不能滿足冷負荷，優先通過儲冷系統釋冷滿足冷負荷，再通過熱泵或電制冷機產生冷量滿足冷負荷。
71.本發明實施例提供的基於正逆循環多能互動廣義電儲能的綜合能源系統，利用顯熱或相變潛熱儲熱，較好地匹配亞臨界有機朗肯循環熱力性能，可利用能源轉換設備，有效拓展純工質及混合工質的選擇範圍。
72.具體地，在一實施例中，儲冷設備將冷能輸入有機朗肯循環，用於降低有機朗肯循環的冷凝溫度。示例性地，可再生能源發電不能滿足用戶端電負荷和綜合能源系統設備用電時，優先利用燃氣輪機發電與煙氣餘熱有機朗肯循環發電或電池、壓縮空氣儲能設備組成的觸電系統釋放電能，然後再利用儲熱設備釋放熱能通過有機朗肯循環發電，同時可利用儲冷系統降低有機朗肯循環的冷凝溫度，提高有機朗肯循環的發電效率。如圖4所示，為實際應用中一具體實施例的結構示意圖，有機朗肯循環可以利用中低溫餘熱發電，熱源溫度小於200攝氏度，但是由於熱源溫度不高，且冷凝溫度為環境溫度，發電效率較低，一般為10-15％左右，大量餘熱被浪費。而在有機朗肯循環單純發電模式下，利用儲冷系統如5攝氏度左右的儲冷水，可適當降低有機朗肯循環的冷凝溫度提高發電效率，試驗證明：冷凝溫度每降低10攝氏度，發電效率可提高2-3個百分點。
73.本發明實施例提供的基於正逆循環多能互動廣義電儲能的綜合能源系統，利用儲冷系統降低有機朗肯循環的冷凝溫度，提高系統發電效率和發電量，實現電能以電、熱、冷、氣多種能源形態存儲並再轉化為電能的廣義電儲能，靈活調節熱電比，滿足用戶側冷、熱、電負荷需求，減少對電網的依賴性，系統獨立性和魯棒性較好。
74.具體地，在一實施例中，綜合能源系統根據預設調度優化策略對不同形態能源進行儲存和轉換，預設調度優化策略通過建立綜合能源系統中儲能設備優化配置雙層優化模型，並採用遺傳算法和混合整數線性規劃方法對雙層優化模型求解得到。示例性地，本發明基於電儲能和電/熱/冷/氣儲能混合儲能容量進行規劃，規劃模型以全生命周期折算年儲能投資總運維成本為目標和日綜合能源系統運行成本最小為目標建立儲能雙層優化模型，得到預設調度優化策略，保證綜合能源系統中所有設備以最優方式進行，最終達到提高經濟效益的目的。需要說明的是，上述雙層優化模型的建立及調度優化策略的計算方法可以是能夠得到調度優化策略的現有技術，在此不再進行贅述。
75.本發明實施例提供的基於正逆循環多能互動廣義電儲能的綜合能源系統，通過對不同形態能源的轉換與儲存，將可再生能源產生的電能以多種能源形態儲存，提高了可再生能源的消納率，提高了多能儲的互動性，提高了經濟效益。
76.雖然結合附圖描述了本發明的實施例，但是本領域技術人員可以在不脫離本發明的精神和範圍的情況下作出各種修改和變型，這樣的修改和變型均落入由所附權利要求所限定的範圍之內。