基于清洁能源的矿山高品质能源-资源协同产出系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于清洁能源的矿山高品质能源

【技术实现步骤摘要】
基于清洁能源的矿山高品质能源
‑
资源协同产出系统及方法


[0001]本专利技术属于能源综合利用
，具体的为一种基于清洁能源的矿山高品质能源
‑
资源协同产出系统及方法。

技术介绍

[0002]由于富煤区与新能源富集区高度重合，煤炭企业会从煤炭的单一开采逐步向清洁能源过渡，发展太阳能、风能、水能、地热能等绿色低碳新能源是实现煤炭高品质生产的有效途径。矿山的储能系统与清洁能源结合可以改善新能源出力的波动性、间歇性，而矿山的采空区与周边区域反过来可以解决新能源与储能开发占地面积大，土地资源约束明显等问题。通过矿山与清洁能源的耦合，可以实现矿山能源的持续供给。
[0003]现阶段，废弃矿井得不到充分利用与修复，在开采矿井也有大量的能源需求，清洁化转型提升空间巨大。将矿山、清洁能源、储能统一整合成一个系统后，不仅可以满足煤矿自身用能需要，就地消纳可再生能源，而且可以作为优秀的高品质电源为电网提供高品质电能服务和辅助市场产品，降低电网侧一次设备投入，提高设备利用率。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于清洁能源的矿山高品质能源
‑
资源协同产出系统及方法，根据煤矿综合能源系统的特点，实现可再生的清洁能源和矿井采后地下空间资源的综合利用。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]本专利技术首先提出了一种基于清洁能源的矿山高品质能源
‑
资源协同产出系统，包括：
[0007]煤矿综合能源系统，包括用能负荷和衍生能源利用，所述用能负荷包括柔性可控负荷和常规负荷；
[0008]可再生能源电站，包括分布式的可再生能源发电设备和并网控制设备；
[0009]废弃矿井抽水蓄能系统，包括抽水蓄能装置、上水库和下水库，用于平抑可再生能源出力的间歇性、波动性；所述抽水蓄能装置包括地下抽水机组和水力发电机组；
[0010]所述可再生能源电站、废弃矿井抽水蓄能系统以及煤矿综合能源系统通过区域内输电线路形成区域型电力网络，所述区域型电力网络与外部电网之间连接交互；
[0011]所述可再生能源电站与所述废弃矿井抽水蓄能系统之间的电能互补以所述外部电网的电价实现，且：
[0012]当所述可再生能源电站与所述废弃矿井抽水蓄能系统的发电可以满足所述煤矿综合能源系统的用电需求时：
[0013]在电价谷和电价平时段：
[0014]若所述可再生能源电站出力大于煤矿综合能源系统的生产运行需要，则盈余的电能则输送到所述废弃矿井抽水蓄能系统，进行抽水蓄能；若所述可再生能源电站出力小于
煤矿综合能源系统的生产运行需要，所述废弃矿井抽水蓄能系统放水发电仅对可再生能源出力的不足进行补充，以满足所述煤矿综合能源系统的负荷需求；
[0015]在电价峰时段：
[0016]在满足所述抽水蓄能装置容量、爬坡约束的条件以及所述区域型电力网络的调峰需求的条件下，所述可再生能源电站和所述废弃矿井抽水蓄能系统的发电盈余对所述外部电网送电；
[0017]当所述可再生能源电站与所述废弃矿井抽水蓄能系统的发电不能满足所述煤矿综合能源系统的用电需求时，则从所述外部电网购电。
[0018]进一步，所述柔性可控负荷包括基于井下煤仓存储的皮带运输系统；所述煤矿综合能源系统进行煤炭的资源产出，并利用伴生能源进行发电以进行衍生能源利用，为自身的生产运行提供能源；所述煤矿综合能源系统的柔性可控负荷和常规负荷作为响应负荷来调整用能计划，以提升系统的弹性。
[0019]进一步，所述常规负荷包括通风、排水和生活办公负荷；所述衍生能源利用包括抽采瓦斯发电、涌水余热利用和乏风蓄热氧化。
[0020]本专利技术还提出了一种采用如上所述基于清洁能源的矿山高品质能源
‑
资源协同产出系统的矿山高品质能源
‑
资源协同产出方法，包括如下步骤：
[0021]步骤一：分别建立可再生能源电站的出力模型、废弃矿井抽水蓄能系统的充放电模型和煤矿综合能源系统的用能负荷模型及衍生能源利用模型；
[0022]步骤二：基于所述矿山高品质能源
‑
资源协同产出系统的供能和用能特征参数和历史运行数据，采用聚类分析算法对所述可再生能源电站的出力进行预测，同时结合废弃矿井抽水蓄能系统的充放电模型、用能负荷模型、衍生能源利用模型和所述外部电网的电价，设定运行优化变量和目标函数并求解；
[0023]步骤三：根据求解结果设定所述废弃矿井抽水蓄能系统的启停计划以及所述煤矿综合能源系统的需求侧响应调度策略。
[0024]进一步，所述可再生能源电站的光伏发电出力预测误差采用高斯混合模型，概率密度函数为：
[0025][0026]高斯分布密度函数为：
[0027][0028]累计分布函数为：
[0029][0030]式中：x为随机变量；且θ＝{θ1,θ2,
…
θ
k
,
…
θ
n
}；μ
k
为随机变量的期望；a
k
为加权系数，a
k
≥0，权重之和由取值区间和各高斯分量参数共同决定；n为高斯分量参数的数目。
[0031]进一步，所述废弃矿井抽水蓄能系统的充放电模型为：
[0032][0033][0034][0035][0036][0037][0038]其中，为t时刻抽水蓄能装置储存的电量；γ
PH
为抽水蓄能装置的能量损耗系数；数；分别为t时刻抽水蓄能装置充电和放电功率；分别为抽水蓄能装置充电和放电最大功率；η
PHC
、η
PHD
分别为抽水蓄能装置充电和放电效率；分别为抽水蓄能装置的最小与最大SOC；为抽水蓄能装置的额定SOC；为调度周期抽水蓄能机组初始的存储电量；为调度周期抽水蓄能机组末尾的存储电量。
[0039]进一步，所述用能负荷模型为：
[0040][0041]其中，p
i
为第i个负荷模型；[s
i
,e
i
]为第i个负荷的供电时段，从第s个时段开始到第e个时段结束；θ
i
(t)为根据弹性负荷用能习惯日前预测的可调度量；D
min
为弹性负荷最少供电量；p
i
(t)为经过调度后的弹性负荷功率；r
min
、r
max
分别为用能负荷线路的容量上下限值；u
i
(t)为日前预测的非弹性负荷的不可调度功率；
[0042]弹性负荷经过响应后，负荷的切除会造成一定的经济损失，其补偿成本最小化目标函数为：
[0043][0044]其中，C
cut
为切负荷补偿成本；β
i,cut
为第i种弹性负荷的切负荷补偿成本系数。
[0045]进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于清洁能源的矿山高品质能源
‑
资源协同产出系统，其特征在于：包括：煤矿综合能源系统，包括用能负荷和衍生能源利用，所述用能负荷包括柔性可控负荷和常规负荷；可再生能源电站，包括分布式的可再生能源发电设备和并网控制设备；废弃矿井抽水蓄能系统，包括抽水蓄能装置、上水库和下水库，用于平抑可再生能源出力的间歇性、波动性；所述抽水蓄能装置包括地下抽水机组和水力发电机组；所述可再生能源电站、废弃矿井抽水蓄能系统以及煤矿综合能源系统通过区域内输电线路形成区域型电力网络，所述区域型电力网络与外部电网之间连接交互；所述可再生能源电站与所述废弃矿井抽水蓄能系统之间的电能互补以所述外部电网的电价实现，且：当所述可再生能源电站与所述废弃矿井抽水蓄能系统的发电可以满足所述煤矿综合能源系统的用电需求时：在电价谷和电价平时段：若所述可再生能源电站出力大于煤矿综合能源系统的生产运行需要，则盈余的电能则输送到所述废弃矿井抽水蓄能系统，进行抽水蓄能；若所述可再生能源电站出力小于煤矿综合能源系统的生产运行需要，所述废弃矿井抽水蓄能系统放水发电仅对可再生能源出力的不足进行补充，以满足所述煤矿综合能源系统的负荷需求；在电价峰时段：在满足所述抽水蓄能装置容量、爬坡约束的条件以及所述区域型电力网络的调峰需求的条件下，所述可再生能源电站和所述废弃矿井抽水蓄能系统的发电盈余对所述外部电网送电；当所述可再生能源电站与所述废弃矿井抽水蓄能系统的发电不能满足所述煤矿综合能源系统的用电需求时，则从所述外部电网购电。2.根据权利要求1所述基于清洁能源的矿山高品质能源
‑
资源协同产出系统，其特征在于：所述柔性可控负荷包括基于井下煤仓存储的皮带运输系统；所述煤矿综合能源系统进行煤炭的资源产出，并利用伴生能源进行发电以进行衍生能源利用，为自身的生产运行提供能源；所述煤矿综合能源系统的柔性可控负荷和常规负荷作为响应负荷来调整用能计划，以提升系统的弹性。3.根据权利要求2所述基于清洁能源的矿山高品质能源
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资源协同产出系统，其特征在于：所述常规负荷包括通风、排水和生活办公负荷；所述衍生能源利用包括抽采瓦斯发电、涌水余热利用和乏风蓄热氧化。4.一种采用如权利要求1
‑
3任一项所述基于清洁能源的矿山高品质能源
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资源协同产出系统的矿山高品质能源
‑
资源协同产出方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：分别建立可再生能源电站的出力预测模型、废弃矿井抽水蓄能系统的充放电模型和煤矿综合能源系统的用能负荷模型及衍生能源利用模型；步骤二：基于所述矿山高品质能源
‑
资源协同产出系统的供能和用能特征参数和历史运行数据，采用聚类分析算法对所述可再生能源电站的出力进行预测，同时结合废弃矿井抽水蓄能系统的充放电模型、用能负荷模型、衍生能源利用模型和所述外部电网的电价，设定运行优化变量和目标函数并求解；
步骤三：根据求解结果设定所述废弃矿井抽水蓄能系统的启停计划以及所述煤矿综合能源系统的需求侧响应调度策略。5.根据权利要求4所述基于清洁能源的矿山高品质能源
‑
资源协同产出方法，其特征在于：所述可再生能源电站的光伏发电出力预测误差采用高斯混合模型，概率密度函数为：高斯分布密度函数为：累计分布函数为：式中：x为随机变量；且θ＝{θ1,θ2,
…
θ
k
,
…
θ
n
}；μ
k
为随机变量的期望；a
k
为加权系数，a
k
≥0，权重之和由取值区间和各高斯分量参数共同决定；n为高斯分量参数的数目。6.根据权利要求4所述基于清洁能源的矿山高品质能源
‑
资源协同产出方法，其特征在于：所述废弃矿井抽水蓄能系统的充放电模型为：于：所述废弃矿井抽水蓄能系统的充放电模型为：于：所述废弃矿井抽水蓄能系统的充放电模型为：于：所述废弃矿井抽水蓄能系统的充放电模型为：于：所述废弃矿井抽水蓄能系统的充放...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁睿，黄宏旭，李嘉翔，梁凯泽，王琛，顾晨，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：