含海水淡化与清洁能源的冷热电联供系统及最优运行方法技术方案

本发明专利技术涉及一种含海水淡化与清洁能源的冷热电联供系统及最优运行方法，其技术特点在于：包括：能源供应模块，能量生产、存储与转换模块，以及能源消耗模块；所述能源供应模块包括上级电网和燃气网，用于电能及天然气能的供应；所述能量生产、转换与存储模块包括CHP机组、风机和光伏、燃气锅炉、电制冷机和吸收式制冷机。本发明专利技术基于海水淡化装置的负荷特性及其他关键设备和可再生能源的特点，考虑经济和环境效益，构建了CCHP系统的最优规划和运行策略，考虑了电气冷却比和关键设备的容量、投资成本，运营成本和维护成本，能源成本和碳税等。

COHP system with seawater desalination and clean energy and its optimal operation method

【技术实现步骤摘要】
含海水淡化与清洁能源的冷热电联供系统及最优运行方法
本专利技术属于微能源网的运行优化
，涉及微能源网的规划以及运行控制，尤其是一种含海水淡化与清洁能源的冷热电联供系统及最优运行方法。
技术介绍
能源是人类活动的物质基础，人类社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。能源是整个世界发展和经济增长的最基本的驱动力，是人类赖以生存的基础。国民经济的持续快速发展要求能源供应和电力可靠保障超前发展，再加上提高能效，保护生态环境和减少排放的压力，世界各国都对微能源网系统提出了更高的需求，其在生产中所占的比重越来越大。冷热电三联供(CCHP)是微能源网系统中的一种，通过对其产生的热水和高温废气的利用，以达到冷-热-电需求的一个能源供应系统。具有节约能源、改善环境，增加电力供应等综合效益。通常由发电机组、溴化锂制冷装置、热交换等装置组成，三联供使得天然气的热能被充分利用，大大提高了能源的综合利用功效。综合用能效率可达90％以上。海水淡化技术是解决岛屿用水问题的主要途径之一。由于海水淡化装置具有高能耗和可控性的特点，因此在调节系统频率、提高可再生能源利用率方面作用较大，考虑海水淡化负荷的可控性对于提高系统经济性和稳定性具有重要的现实意义。现有对于冷热电三联供系统的规划和运行方法研究仍存在以下不足之处：现有三联供系统不仅规划和运行成本高，而且规划结果准确性低，现有的运行方法往往造成资源浪费、规划成本增加、实际应用性不强等缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出一种设计合理、科学实用、且综合考虑电气冷却比和关键设备的容量、投资成本，运营成本和维护成本，能源成本和碳税等多种影响因素的含海水淡化与清洁能源的冷热电联供系统及最优运行方法。本专利技术解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：一种含海水淡化与清洁能源的冷热电联供系统，包括：能源供应模块，能量生产、存储与转换模块，以及能源消耗模块；所述能量供应模块用于将天然气、电能供应给能量生产、存储与转换模块；所述能量生产、存储与转换模块用于接收能量供应模块提供的能量，通过能量生产设备将天然气能转为电能和热能，通过能量转换设备将电能转换为冷、热、低压电或将余热转换为冷能量，并传递至能量消耗模块，多余的能量通过能量存储模块储存起来；所述能量消耗模块为能量的终极消耗单元。而且，所述能源供应模块包括上级电网和燃气网，用于电能及天然气能的供应；所述能量生产、转换与存储模块包括CHP机组、风机和光伏、燃气锅炉、电制冷机和吸收式制冷机；其中，所述CHP机组消耗天然气能产生热能和电能，分别供应给电负荷和热负荷；所述风机和光伏为分布式可再生能源发电装置，用于产生电能为电负荷供电；所述燃气锅炉消耗天然气能产生热能供应给热力用户；所述电制冷机用于吸收电网产生的电能产生冷供应给下级用户；所述吸收式制冷机用于吸收热能产生冷供应给下级用户；所述能源消耗模块包括电负荷、热负荷以及冷负荷，是CCHP系统主要的能量消耗源。而且，所述上级电网产生的电能还用于为储能电池供电，用于将多余的电力存储起来供其他时段为电负荷供电。而且，所述上级电网产生的电能还用于为海水淡化装置供电，该海水淡化装置为膜法海水淡化装置，用于消耗电网产生的电能产生淡水；在该海水淡化装置内安装水箱，用于存储海水淡化装置产生的淡水，并将用水量数据传递给用户。一种含海水淡化与清洁能源的冷热电联供系统的最优运行方法，包括以下步骤：步骤1、根据CCHP系统冷、热、电负荷模型、海水淡化装置模型、光伏和风机模型和蓄电池模型的能量输入输出等式约束和设备运行、用户需求不等式约束，建立含海水淡化与清洁能源的冷热电联供系统的优化模型；步骤2、根据步骤1建立的含海水淡化与清洁能源的冷热电联供系统的优化模型，对能量供应设备、储能电池的规划容量优化和海水淡化可控负荷的能量需求优化，同时得到最优年规划成本。而且，所述步骤1的CCHP系统冷、热、电负荷模型为：按照下述公式：冷负荷由吸收式制冷机和电制冷机提供，热负荷由CHP和燃气锅炉提供，天然气总量由燃气管网提供：其中，QC表示冷负荷，Qec和代表电制冷机和吸收式制冷机的冷输出，QCHP和Qgb代表CHP和燃气锅炉的热输出，和QH代表吸收式制冷机和热负荷的热消耗，GCHP和Ggb是CHP和燃气锅炉的气消耗。而且，所述步骤1的光伏和风机模型通过下述公式表示为：其中，Aw代表扇叶扫过面积，v代表风速，ρw代表空气密度，γT代表光伏转换效率，Tair代表空气温度，Rt代表太阳辐射强度，TN代表温度设定值，Tref代表最佳温度，NPV和APV光伏板数量和面积。而且，所述步骤1的蓄电池模型为：其中，σ代表电能损失参数，qt代表电池容量，Pd,t和Pc,t代表放电和充电功率。而且，所述步骤1的海水淡化装置模型为：海水淡化产水速率Wd与电能消耗Pd之间的关系为：Wd＝ρdPd其中，ρd代表电能转换效率。而且，所述步骤2的具体步骤包括：(1)建立含海水淡化与清洁能源的冷热电联供系统的优化模型Ctotal＝Cc+Com+Ce+Ccarbon其中，CWT,CPV,CBat,Cgb,CCHP,Cec,Cac,CD是每个设备的投资成本,i代表年利率,n代表系统生命周期；Com1代表第一年运行成本，和代表电和气的总购买量，pgrid,t和pgas,t电和气的购买价格，Cargrid和Cargas代表二氧化碳排放量,ηgrid代表转换效率，ωCtax代表单位税价；资本成本包括每个组件的初始成本以及安装成本；更换成本Cr适用于无法在系统生命周期内继续工作的组件；能源成本Ce包括电力购买成本和天然气购买成本；电制冷率的定义如下：λc,t＝Qec,t/QC,t(2)建立约束条件包括优化变量、设备运行和能量约束：其中，Si代表风机、光伏、海水淡化装置等的设备容量，Pi,t代表每个设备的实际运行功率。本专利技术的优点和有益效果：本专利技术建立了一个包括风力涡轮机，光伏发电，联合供热和电力以及海水淡化装置的CCHP系统。基于海水淡化负荷的连续可调性及其他关键设备和可再生能源的特点，构建了考虑经济和环境效益的CCHP系统最优规划和运行策略，实现对可控负荷、储能、可再生能源等的综合调控，同时，具体考虑因素包括电制冷比例和关键设备的容量、投资成本，运营成本和维护成本，能源成本和碳税等。相比于传统优化运行方法，本专利技术充分利用了海水淡化负荷的可调潜力和CCHP系统的多能互补替代特性，有利于发挥系统多种资源的优势，促进可在生能源消纳，提高系统运行的经济性和环保性。附图说明图1为本专利技术的具体实施方式中冷热电三联供(CCHP)系统的结构示意图；图2为本专利技术的具体实施方式中两种案例下典型日电制冷率示意图；图3为本专利技术的具体实施方式中两种案例下典型日风机输出功率示意图；图4为本专利技术的具体实施方式中两种案例下典型日光伏输出功率示意图；图5为本专利技术的具体实施方式中优化后年总成本示意图；图6为本专利技术的具体实施方式中优化后关键设备容量示意图；图7为本专利技术的具体实施方式中优化后关键设备投资成本示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术实施例作进一步详述：本专利技术的含海水淡化与清洁能源的冷热电联供系统，如图1所示，包括：能源供应模块，能量生产、存储与转换模块，以及能源消耗模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含海水淡化与清洁能源的冷热电联供系统，其特征在于：包括：能源供应模块，能量生产、存储与转换模块，以及能源消耗模块；所述能量供应模块用于将天然气、电能供应给能量生产、存储与转换模块；所述能量生产、存储与转换模块用于接收能量供应模块提供的能量，通过能量生产设备将天然气能转为电能和热能，通过能量转换设备将电能转换为冷、热、低压电或将余热转换为冷能量，并传递至能量消耗模块；所述能量消耗模块为能量的终极消耗单元。

【技术特征摘要】
1.一种含海水淡化与清洁能源的冷热电联供系统，其特征在于：包括：能源供应模块，能量生产、存储与转换模块，以及能源消耗模块；所述能量供应模块用于将天然气、电能供应给能量生产、存储与转换模块；所述能量生产、存储与转换模块用于接收能量供应模块提供的能量，通过能量生产设备将天然气能转为电能和热能，通过能量转换设备将电能转换为冷、热、低压电或将余热转换为冷能量，并传递至能量消耗模块；所述能量消耗模块为能量的终极消耗单元。2.根据权利要求1所述的一种含海水淡化与清洁能源的冷热电联供系统，其特征在于：所述能源供应模块包括上级电网和燃气网，用于电能及天然气能的供应；所述能量生产、转换与存储模块包括CHP机组、风机和光伏、燃气锅炉、电制冷机和吸收式制冷机；其中，所述CHP机组消耗天然气能产生热能和电能，分别供应给电负荷和热负荷；所述风机和光伏为分布式可再生能源发电装置，用于产生电能为电负荷供电；所述燃气锅炉消耗天然气能产生热能供应给热力用户；所述电制冷机用于吸收电网产生的电能产生冷供应给下级用户；所述吸收式制冷机用于吸收热能产生冷供应给下级用户；所述能源消耗模块包括电负荷、热负荷以及冷负荷，是CCHP系统主要的能量消耗源。3.根据权利要求1所述的一种含海水淡化与清洁能源的冷热电联供系统，其特征在于：所述上级电网产生的电能还用于为储能电池供电，用于将多余的电力存储起来供其他时段为电负荷供电。4.根据权利要求1所述的一种含海水淡化与清洁能源的冷热电联供系统，其特征在于：所述上级电网产生的电能还用于为海水淡化装置供电，该海水淡化装置为膜法海水淡化装置，用于消耗电网产生的电能产生淡水；在该海水淡化装置内安装水箱，用于存储海水淡化装置产生的淡水，并将用水量数据传递给用户。5.一种考虑海水淡化负荷与可再生能源的冷热电联供系统最优规划和运行方法，包括以下步骤：步骤1、根据CCHP系统冷、热、电负荷模型、海水淡化装置模型、光伏和风机模型和蓄电池模型的能量输入输出等式约束和设备运行、用户需求不等式约束，建立含海水淡化与清洁能源的冷热电联供系统的优化模型；步骤2、根据步骤1建立的含海水淡化与清洁能源的冷热电联供系统的优化模型，对能量供应设备、储能电池的规划容量优化和海水淡化可控负荷的能量需求优化，同时得到最优年规划成本。6.根据权利要求5所述的一种含海水淡化与清洁能源的冷热电联供系统的最优运行方...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈培育，于建成，崇志强，王旭东，李国栋，姚程，王丹，周长新，李树青，胡庆娥，于光耀，刘亚丽，张金禄，冯春英，
申请(专利权)人：国网天津市电力公司电力科学研究院，国网天津市电力公司，国家电网有限公司，天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12