一种超临界燃煤电站-化学吸附燃烧后碳捕集系统的整体优化调度和快速变负荷控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种超临界燃煤电站‑化学吸附燃烧后碳捕集系统的整体优化调度和快速变负荷控制方法，包括如下步骤：基于系统的运行数据，建立以燃料量和抽汽流量为输入变量，发电功率和CO

【技术实现步骤摘要】
一种超临界燃煤电站-化学吸附燃烧后碳捕集系统的整体优化调度和快速变负荷控制方法
本专利技术涉及电网整体优化调度及燃煤电站控制
，尤其是一种超临界燃煤电站-化学吸附燃烧后碳捕集系统的整体优化调度和快速变负荷控制方法。
技术介绍
在现有的CCS技术中，例如燃烧前捕集技术，富氧燃烧技术和燃烧后捕集技术，采用单乙醇胺(MEA)等胺类溶剂的燃烧后二氧化碳捕集技术易于集成到现有的发电厂，可在各种运行条件下灵活运行同时有较高的CO2捕集率，具有较好的商业应用前景。但主要缺点在于溶剂再生需要大量能源，发电厂的效率下降造成捕集成本较大。灵活运行最近被认为是提高碳捕集系统运行效率、进行合理优化的关键技术，它主要分成以下两个方面：(1)燃煤电厂需要经常参与电网功率调节，以平衡供电侧和需求侧之间的差异。随着电力需求的增长以及诸如风能和太阳能之类的可再生资源的广泛使用，这一要求变得越来越严格。燃煤电厂必须在较宽的运行范围内快速响应负载需求变化。灵活运行的碳捕集系统可以使得燃煤电厂适应这种变化。(2)由于高昂的运营成本限制了PCC技术在电厂中的部署，因此PCC电厂始终在满负载条件下运行并不是一个可行的选择。灵活运行的PCC系统可以根据电价灵活地调整PCC过程。在高电价时期，PCC系统可以减少蒸汽消耗，并允许更多的蒸汽用于发电；而在低电价时期，更多的蒸汽可以从汽轮机中抽出并用于二氧化碳捕集。因此，要想实现碳捕集系统的灵活运行，开发一种超临界燃煤电站-化学吸附燃烧后碳捕集系统的整体优化调度和快速变负荷控制方法很有必要。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种超临界燃煤电站-化学吸附燃烧后碳捕集系统的整体优化调度和快速变负荷控制方法，在不影响碳捕集系统的前提下，有效提高了电站侧的负荷响应速度，使其具有更强的电网调峰能力，有利于间歇性可再生能源的高比例接入。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种超临界燃煤电站-化学吸附燃烧后碳捕集系统的整体优化调度和快速变负荷控制方法，包括如下步骤：S1、基于超临界燃煤电站-化学吸附燃烧后碳捕集系统的运行数据，包括燃料量、抽汽流量、发电功率和CO2捕集率数据；建立以燃料量和抽汽流量为输入变量，发电功率和CO2捕集率为输出变量的两输入两输出超临界燃煤电站-化学吸附燃烧后碳捕集系统静态模型用以调度；S2、构建整体优化指标，在约束条件下对电网中接入超临界燃煤电站-化学吸附燃烧后碳捕集系统进行整体优化调度，确定超临界燃煤电站-化学吸附燃烧后碳捕集系统的发电功率、CO2捕集率最佳调度曲线；S3、充分利用超临界燃煤电站与化学吸附燃烧后碳捕集系统间的耦合关系，在电站侧机炉协调系统中增加抽汽流量来辅助控制发电功率；同时，使用贫液流量控制CO2捕集率对碳捕集系统进行控制；S4、使用遗传算法对所有PID控制器的参数进行在线整定。优选的，步骤S2中，整体优化指标如式(1)所示：Mope＝Mmaintain+Mfuel+Menvironment(1)式(1)中，Mope为总的运行成本；Mmaintain为设备维护成本；Mfuel为燃料成本；Menvironment为环境成本；所述的设备维护成本满足式(2)所示：式(2)中，CP(Pi)为发电单元的维护费用，单位为元/MWh；Ct(Qi)为碳捕集系统的维护费用，单位为元/吨；PCFPP，i为超临界燃煤电站在i时刻的发电功率，单位为MWh；是碳捕集系统在i时刻CO2捕集量，单位为kg/s；Pj，i为电网中其他发电单元在i时刻的发电功率，单位为MWh，j＝1，2，3...n，n为其他发电单元的个数；所述的燃料成本满足式(3)所示：FCFPP，ii为电站碳捕集系统在i时刻所消耗的燃料量，单位为kg/s；Cflue(Fi)为发电单元燃料的价格系数，单位为元/吨；Fj，i为电网中其他发电单元在i时刻所消耗的燃料量，单位为kg/s，j＝1，2，3...n；所述的环境成本满足式(4)所示：CCO2是电站碳捕集系统CO2排放的成本系数，单位为元/吨；Qco2，i是电站碳捕集系统在i时刻CO2排放量，单位为kg/s；Qco2，j，i为电网中其他发电单元在i时刻CO2排放量，单位为kg/s，j＝1，2，3...n。优选的，步骤S2中，约束条件包括功率平衡约束和机组运行约束；所述的功率平衡约束如式(5)所示：式(5)中，PCFPP，i为超临界燃煤电站在i时刻的发电功率，单位为MWh；Pj，i为电网中其他发电单元在i时刻的发电功率，单位为MWh；j＝1，2，3...n，n为其他发电单元的个数；Pload，i为用户在i时刻所需的用电负荷，单位为MWh；所述的机组运行约束包括发电功率范围约束，CO2捕集率范围约束，燃料量范围约束，抽汽流量范围约束，如下所示：所述的发电功率范围约束满足式(6)所示：式(6)中，PCFFP，i为超临界燃煤电站在i时刻的发电功率；为超临界燃煤电站发电功率的下限值；为超临界燃煤电站发电功率的上限值；所述的碳捕集率约束满足式(7)所示：式(7)中，为超临界燃煤电站在i时刻的CO2捕集率；为超临界燃煤电站CO2捕集率的下限值；为超临界燃煤电站CO2捕集率的上限值；所述的燃料量范围约束满足式(8)所示：式(8)中，FCFPP，i为超临界燃煤电站在i时刻的燃料量；为超临界燃煤电站燃料量的下限值；为超临界燃煤电站燃料量的上限值；所述的抽汽流量范围约束满足式(9)所示：式(9)中，QPCC，i为超临界燃煤电站在i时刻的抽汽流量；为超临界燃煤电站抽汽流量的下限值；为超临界燃煤电站抽汽流量的上限值；在不同的调度策略下，所述的CO2捕集率约束发生变化；在平均CO2捕集率调度模式下，所述的CO2捕集率约束满足式(10)所示：式(10)中，C为所要求的平均CO2捕集率的固定值；为超临界燃煤电站CO2捕集量，单位为kg/s；Qfluegas，i为超临界燃煤电站排放的烟气流量，单位为kg/s；在固定CO2捕集率调度模式下，所述的CO2捕集率约束满足式(11)所示：通过上述优化指标和约束条件，对电网中接入超临界燃煤电站-化学吸附燃烧后碳捕集系统进行整体优化调度，确定超临界燃煤电站-化学吸附燃烧后碳捕集系统的发电功率、CO2捕集率最佳调度曲线，并得到不同时刻的抽汽流量传递给控制层作为设定值。优选的，步骤S3中，在电站侧机炉协调系统中增加抽汽流量来辅助控制发电功率；常规超临界燃煤电站汽机-锅炉协调控制系统一般分为炉跟机与机根炉两种控制方式；在炉跟机模式下，由燃料量控制主蒸汽压力，给水流量控制分离器焓值，主蒸汽阀门开度控制发电功率。超临界燃煤电站-化学吸附燃烧后碳捕集系统的炉跟机协调系统，在主蒸汽阀门开度控制发电功率的控制回路，引入抽汽流量控制器组成串级本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超临界燃煤电站-化学吸附燃烧后碳捕集系统的整体优化调度和快速变负荷控制方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1、基于超临界燃煤电站-化学吸附燃烧后碳捕集系统的运行数据，包括燃料量、抽汽流量、发电功率和CO

【技术特征摘要】
1.一种超临界燃煤电站-化学吸附燃烧后碳捕集系统的整体优化调度和快速变负荷控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、基于超临界燃煤电站-化学吸附燃烧后碳捕集系统的运行数据，包括燃料量、抽汽流量、发电功率和CO2捕集率数据；建立以燃料量和抽汽流量为输入变量，发电功率和CO2捕集率为输出变量的两输入两输出超临界燃煤电站-化学吸附燃烧后碳捕集系统静态模型用以调度；
S2、构建整体优化指标，在约束条件下对电网中接入超临界燃煤电站-化学吸附燃烧后碳捕集系统进行整体优化调度，确定超临界燃煤电站-化学吸附燃烧后碳捕集系统的发电功率、CO2捕集率最佳调度曲线；
S3、充分利用超临界燃煤电站与化学吸附燃烧后碳捕集系统间的耦合关系，在电站侧机炉协调系统中增加抽汽流量来辅助控制发电功率；同时，使用贫液流量控制CO2捕集率对碳捕集系统进行控制；
S4、使用遗传算法对所有PID控制器的参数进行在线整定。


2.如权利要求1所述的超临界燃煤电站-化学吸附燃烧后碳捕集系统的整体优化调度和快速变负荷控制方法，其特征在于，步骤S2中，整体优化指标如式(1)所示：
Mope＝Mmaintain+Mfuel+Menvironment(1)
式(1)中，Mope为总的运行成本；Mmaintain为设备维护成本；Mfuel为燃料成本；Menvironment为环境成本；
所述的设备维护成本满足式(2)所示：



式(2)中，Cp(Pi)为发电单元的维护费用，单位为元/MWh；Ct(Qi)为碳捕集系统的维护费用，单位为元/吨；PCFPP，i为超临界燃煤电站在i时刻的发电功率，单位为MWh；是碳捕集系统在i时刻CO2捕集量，单位为kg/s；Pj，i为电网中其他发电单元在i时刻的发电功率，单位为MWh，j＝1，2，3...n，n为其他发电单元的个数；
所述的燃料成本满足式(3)所示：



FCFPP，i为电站碳捕集系统在i时刻所消耗的燃料量，单位为kg/s；Cflue(Fi)为发电单元燃料的价格系数，单位为元/吨；Fj，i为电网中其他发电单元在i时刻所消耗的燃料量，单位为kg/s，j＝1，2，3...n；
所述的环境成本满足式(4)所示：



CCO2是电站碳捕集系统CO2排放的成本系数，单位为元/吨；Qco2，i是电站碳捕集系统在i时刻CO2排放量，单位为kg/s；Qco2，j，i为电网中其他发电单元在i时刻CO2排放量，单位为kg/s，j＝1，2，3...n。


3.如权利要求1所述的超临界燃煤电站-化学吸附燃烧后碳捕集系统的整体优化调度和快速变负荷控制方法，其特征在于，步骤S2中，约束条件包括功率平衡约束和机组运行约束；
所述的功率平衡约束如式(5)所示：



式(5)中，PCFPP，i为超临界燃煤电站在i时刻的发电功率，单位为MWh；Pj，i为电网中其他发电单元在i时刻的发电功率，单位为MWh；j＝1，2，3...n，n为其他发电单元的个数；Pload，i为用户在i时刻所需的用电负荷，单位为MWh；
所述的机组运行约束包括发电功率范围约束，CO2捕集率范围约束，燃料量范围约束，抽汽流量范围约束，如下所示：
所述的发电功率范围约束满足式(6)所示：



式(6)中，PCFFP，i为超临界燃煤电站在i时刻的发电功率；为超临界燃煤电站发电功率的下限值；为超临界燃煤电站发电功率的上限值；
所述的碳捕集率约束满足式(7)所示：



式(7)中，为超临界燃煤电站在i时刻的CO2捕集率；为超临界燃煤电站CO2捕集率的下限值；为超临界燃煤电站CO2捕集率的上限值；
所述的燃料量范围约束满足式(8)所示：



式(8)中，FCFPP，i为超临界燃煤电站在i时刻的燃料量；为超临界燃煤电站燃料量的下限值；为超临界燃煤电站燃料量的上限值；
所述的抽汽流量范围约束满足式(9)所示：



式(9)中，QPcc，i为超临界燃煤电站在i时刻...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈显浩，王达之，吴啸，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32