一种热电厂中热能储存规模及优化运行的评估方法与流程

：本发明涉及热电联产系统优化运行，特别是涉及热电厂中热能储存装置的规模和优化运行的评估方法。

背景技术

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背景技术：

1、热电联产(chp)工厂在电力、工业、商业、住宅和能源领域发挥着至关重要的作用，因为它们能够从单一或混合燃料源产生电能和有用热能(蒸汽和热水)。与此同时，储能系统是一种颠覆性技术，该技术通过提供套利机会、缓冲和平滑能力以及减少温室气体排放，正在改变电力行业。

2、在过去几年中，热能储存(tes)技术因其在智能电网、高效热电联产厂和集中太阳能发电厂中的潜在应用而受到了极大的关注。尽管广泛的热能存储技术是可用的，只有少数研究提出了能够估计现有热电联产厂的储热系统单元容量(储热系统规模)并确定新集成的热电联产-储热系统的最佳运行策略(运行规划)的系统方法或方法。在大多数情况下，估算热电联产系统运行中实现重大变化所需的储热系统容量需要进行冗长且昂贵的评估。因此，在处理热电联产厂短期和中期运行相关问题的大多数研究中，假设或认为热能储存装置的容量为外源输入，这意味着忽略储热系统容量对热电联产储热系统长期财务盈利能力的影响。在少数关注现有热电联产厂和区域供热系统热能储存装置的规模和运行规划问题的可用研究中，优化和模拟模型已成为估算储热系统容量的主要工具。在确定热能存储单元的尺寸方面，现有方法表现出关于大量输入的实施和非线性和复杂关系的建模的几个缺点，这些关系对于大型tes单元的尺寸(例如，系统特性、特定投资成本、热损失、tes几何形状、均匀水温、区域供热网络链路)至关重要。此外，这些相互关联的因素会带来不确定性，其变化会影响chp机组在不同时间段(短期、中期和长期)的运行。

3、因此需要一种清晰、简洁的方法，该方法可用于描述考虑两个不同时间范围(即8760小时和20年)，对应于短期运行规划问题和长期能源规划问题。

技术实现思路

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技术实现要素：

1、鉴于上述问题，本发明提供了一种热电厂中热能储存规模及优化运行的评估方法，包括，

2、s1:根据热电联产厂的历史热负荷数据，获得三个描述性参数，估算热能存储容量的近似值及充/放电功率下限值；

3、s2:基于上述热能存储容量近似值及充/放电功率下限值，采用热电联产厂优化运行模型，筛选机组最小运行成本；

4、s3:基于上述最小运行成本采用财务评估模型进行经济评价得到决策参照数据。

5、进一步的，步骤s2中所述最小运行成本筛选具体为，根据步骤s1选取的容量存储近似值输入到热电联产厂优化运行模型中获得最小总成本及存储充/放电功率；若该充/放电功率值大于充/放电功率下限值，则将所对应的最小总成本满足要求，否则剔除该最小成本值，以及对应的容量存储近似值。

6、进一步的，步骤s1中三个描述性参数，分别为，

7、相对小时变化rhv

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9、相对日变化rdv

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11、日累积热量dahv

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13、其中，lh为小时平均热负荷，ld为日平均热负荷，la为年平均热负荷；其中rhv的最大值作为机组储热放热功率的下限值，rdv的最大值作为热能存储容量值的下限值；dahv的最大值作为热能存储容量取值的参照值，热能存储容量的近似值基于热能存储容量值的下限值与热能存储容量取值的参照值可选取为多个。

14、进一步的，所述热电联产厂优化运行模型，通过如下步骤建立，

15、s201:建立与热电存储系统相连的热电联产厂的最小运行成本目标函数，具体如下：

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18、其中，为每小时热电联产机组燃料成本，为每小时纯热锅炉燃料成本，为时间h内燃料函数的松弛变量，为周期发电量，为与热电联产电输出相关的污染物p排放系数，为污染物p的排放成本，为周期发热量，为h内纯热锅炉的产热量，为与纯热锅炉热相关的污染物p的排放系数，vomcostchp-p为与热电联产电力输出相关的可变运维成本vomcostchp-q为与热电联产热输出相关的可变运维成本，vomcosthob为纯热锅炉的可变运维成本，为蒸汽锅炉在h内的启动为蒸汽锅炉的启动费用，为纯热锅炉在h内的启动为纯热锅炉的启动成本，为h内的电价；

19、s202:设置该目标函数的运行约束条件，包括，

20、(1)热电联产厂的可行性区域(foz)的运行约束，具体如下，

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22、

23、

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25、

26、其中，elecpowerichp为极点i下的电力输出，fozpointi,h为h内热电联产机组在可运行范围内的极点，thermpowerichp为极点i的热能输出，为热电联产机组在极点i下的燃料成本；

27、(2)ch p-tes系统的热能平衡，具体如下，

28、

29、其中，为h内热量的松弛变量，为h内tesd释放的能量，为h内充入tes的能量，demandh为h内的热量需求；

30、(3)燃料使用率(额定燃料输入)与锅炉负荷之间的关系，具体如下，

31、

32、其中，funcbj为燃料消耗函数模拟的线段交点，funcmj为燃料消耗函数模拟的线段j的斜率；

33、(4)以热水作为存储介质的显热存储单元的能量平衡，具体如下，

34、

35、其中，tese为选取的存储容量值，该值基于dahv最大值为参照上下进行取值，也包括dahv最大值本身，同时要满足大于rdv最大值，efftes为储热效率，efftesch为储热装置储热效率，efftesdc为储热装置放热效率。

36、进一步的，所述财务评估模型，包括四个指标评价，具体为

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41、其中，pbp为投资回收期，roi为投资回报率，npv为净现值，irr为内部收益率，cfn为第n年的现金流，r为折现率，c0为投资成本值；m为现金流之和等于或超过投资成本的年份。

42、本发明首先根据热负荷的分析来近似tes装置的容量和充/放电功率，并将描述性参数值传递给该方法的下一步，第一步骤的结果仅作为基本指南；第二步建立了热电联产厂的优化运行模型，该模型最小化了与热能存储单元相连的热电厂的总运行成本，优化过程的一组结果，如总系统成本将传递到方法的最后一步；最后财务评估步骤包括四种主要方法的计算，这些方法通过评估(独立的)热电联产系统和热电联产储热系统一年的财务绩效来解决短期问题；以及通过评估给定年份chp-tes系统的资金流来确定长期前景，为决策者提供数据依据，进而根据企业实际运营情况选择相应的热能存储容量。

技术特征：

1.一种热电厂中热能储存规模及优化运行的评估方法，其特征在于：包括，

2.如权利要求1所述的一种热电厂中热能储存规模及优化运行的评估方法，其特征在于：包括，

3.如权利要求1所述的一种热电厂中热能储存规模及优化运行的评估方法，其特征在于：步骤s1中三个描述性参数，分别为，

4.如权利要求1所述的一种热电厂中热能储存规模及优化运行的评估方法，其特征在于：所述热电联产厂优化运行模型，通过如下步骤建立，

5.如权利要求1所述的一种热电厂中热能储存规模及优化运行的评估方法，其特征在于：所述财务评估模型，包括四个指标评价，具体为，

技术总结
本发明涉及热电联产系统优化运行技术领域，特别是涉及热电厂中热能储存装置的规模和优化运行的评估方法，包括，S1:根据热电联产厂的历史热负荷数据，获得三个描述性参数，估算热能存储容量的近似值及充/放电功率下限值；S2:根据上述热能存储容量近似值及充/放电功率下限值，采用热电联产厂优化运行模型，筛选机组最小运行成本；S3:根据上述最小运行成本采用财务评估模型进行经济评价得到决策参照数据。促进对将热能储存整合到现有热电联产厂的短期运营影响的理解，而且提出一种综合决策支持方法，该方法可以在考虑两个不同的时间范围(短期和长期)的情况下，有助于确定储热系统的最佳容量。

技术研发人员：张雁茹,朱建军,王长瑞,祁晓乐,戴璟,王振江,闫爱云,金硕巍,张沐瑶,许万源
受保护的技术使用者：国能生物发电集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15