基于热电联产、碳捕集和电转气装置的综合能源系统

本发明涉及基于热电联产、碳捕集和电转气装置的综合能源系统。

背景技术：

1、综合能源系统是指一定区域内利用先进的物理信息技术和创新管理模式，整合区域内煤炭、石油、天然气、电能、热能等多种能源，实现多种异质能源子系统之间的协调规划、优化运行，协同管理、交互响应和互补互济。在满足系统内多元化用能需求的同时，要有效地提升能源利用效率，促进能源可持续发展的新型一体化的能源系统。近年来，综合能源系统迅速发展，是电气工程、能源动力、建筑暖通、低碳经济等交叉领域的前沿热点之一。我国已开展了多个综合能源多能互补集成优化示范工程项目，大力推广冷、热、电气一体集成供能。综合能源系统充分利用多能源网络的协同作用，通过综合多种能源的相互转换与存储，满足建筑空间或社区里终端用户的供电、供热、冷等能源需求，将能源系统作为整体进行规划运行，可提高系统运行灵活性，从而达到节能减排的目的。但现有的综合能源系统，在设计上往往侧重于峰谷调节能力和减碳，对可再生能源如风、光发电产生的不稳定电力的消纳能力较弱，因此提供一种能够同时消纳可再生能源产生的不稳定电力，提高热电联产系统峰谷调节能力，将热电联产、p2g和ccs作为一个整体系统，并降低了碳排放和运营成本的综合能源系统成为现有技术中亟待解决的问题。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了综合热电联产(chp)装置、碳捕集(ccs)装置和电转气(p2g)装置的的综合能源系统，碳捕获装置利用热电联产的电能捕获燃烧产生的二氧化碳，电转气装置通过电解水产氢与碳捕获装置捕获的二氧化碳反应产生甲烷，该综合能源系统还包括以甲烷为动力的微型燃气轮机和储能电池，系统通过优化调度解决了p2g所需的碳源和热电联产的碳排放问题，同时可以消纳可再生能源产生的不稳定电力，并提高了热电联产系统峰谷调节能力，将热电联产、p2g和ccs作为一个整体系统，并降低了综合能源系统的碳排放和运营成本。

2、本发明采用的技术方案为：

3、提供基于热电联产、碳捕集和电转气装置的综合能源系统：所述综合能源系统包括碳捕集(ccs)装置、电转气(p2g)装置、热电联产(chp)装置、微型燃气轮机和储能电池。

4、所述热电联产装置的热电比可调，用于在发电的同时回收热量产生热蒸汽。

5、所述碳捕集装置用于利用热电联产的电能捕集火力发电产生的二氧化碳。

6、所述电转气装置用于将利用电力电解水产生氢气和氧气，再将氢气和碳捕集装置捕获的二氧化碳合成甲烷。

7、所述微型燃气轮机以天然气和电转气装置合成的甲烷为燃料，动力输出端连接发电机，产生的高温烟气用于驱动溴化锂制冷机组，产生电能和系统所需冷、热能。

8、储能电池用于存储电能。

9、所述的基于热电联产、碳捕集和电转气装置的综合能源系统，其控制方法包括以下步骤：

10、将热电联产装置产生的电能，分别用于供应电网、用于电转气装置消耗及用于碳捕集装置消耗；热电联产产生的电能的分配关系如下式(1)

11、pe，t＝pe1，t+pe2，t+pe3，t        (1)

12、其中，pe，t为热电联产装置输出总功率，pe1，t是用于供应电网的电功率，pe2，t是电转气装置消耗的电功率，而pe3，t是碳捕集装置消耗的电功率。

13、电转气装置的产生的燃气的速率与消耗的电功率关系如下式(2)

14、pgs，t＝αpe2，t         (2)

15、其中pgs，t是电转气装置产生的燃气功率即燃气生成速率与燃烧热值的乘积，α是电功率到燃气速率的转换效率。

16、电转气装置所需的二氧化碳量由(3)计算。

17、ccc，t＝βpe2，t           (3)

18、其中ccc，t是二氧化碳量，β为二氧化碳产量与电转气装置消耗功率的转换系数；

19、所述微型燃气轮机的冷、热能效率以下式计算：

20、pmt，t＝ηmtpmts,t；

21、

22、其中，pmt，t是微型燃气轮机输出功率，pmts，t是微型燃气轮机在运行时的燃气消耗功率，ηmt是转换系数；pmth，t是溴化锂制冷机组的制热功率，pmtc，t是溴化锂制冷机组的制冷功率，ηr是热损失系数，ηl是溴冷却器烟气余热回收率，ηh和ηc是溴化锂制冷机组的冷却系数和加热系数。

23、本发明的优点和积极效果是：

24、(1)电力输出范围扩大，当具有p2g和ccs的热电联产的热功率输出时，热电联产的电功率输出调节从线段扩展。因此，热电联产电功率的调节能力增强，这降低了热电联产的强电耦合和热耦合特性。

25、(2)使用p2g和ccs模型建立了热电联产的电力、热能和燃气功率之间的关系，所提出模型的电力、热能和燃气功率的可行范围增大，热电联产与p2g和ccs的调节能力显著提高，热电联产的耦合特性降低。

26、(3)蓄电池的设计缓解了可再生能源和用户端负荷的不确定性。

27、(4)碳捕集装置的设计减少了系统二氧化碳的排放。

28、(5)热电联产可调电热比的设计，能够根据实时的电、热用能需求进行电、热出力调整，进一步优化运行效益。

技术特征：

1.基于热电联产、碳捕集和电转气装置的综合能源系统：其特征是所述综合能源系统包括碳捕集装置、电转气装置、热电联产装置、微型燃气轮机和储能电池。

2.如权利要求1所述的基于热电联产、碳捕集和电转气装置的综合能源系统，其特征是热电联产装置的热电比可调，用于在发电的同时回收热量产生热蒸汽。

3.如权利要求1所述的基于热电联产、碳捕集和电转气装置的综合能源系统，其特征是所述碳捕集装置用于利用热电联产的电能捕集火力发电产生的二氧化碳。

4.如权利要求1所述的基于热电联产、碳捕集和电转气装置的综合能源系统，其特征是所述电转气装置用于将利用电力电解水产生氢气和氧气，再将氢气和碳捕集装置捕获的二氧化碳合成甲烷。

5.如权利要求1所述的基于热电联产、碳捕集和电转气装置的综合能源系统，其特征是所述微型燃气轮机以天然气和电转气装置合成的甲烷为燃料，动力输出端连接发电机，产生的高温烟气用于驱动溴化锂制冷机组，产生电能和系统所需冷、热能。

6.如权利要求5所述的基于热电联产、碳捕集和电转气装置的综合能源系统，其特征在于所述综合能源系统的控制方法，包括以下步骤：

技术总结
基于热电联产、碳捕集和电转气装置的综合能源系统，所述综合能源系统包括碳捕集(CCS)装置、电转气(P2G)装置、热电联产(CHP)装置、微型燃气轮机和储能电池。所述热电联产装置的热电比可调，用于在发电的同时回收热量产生热蒸汽，所述碳捕集装置用于利用热电联产的电能捕集火力发电产生的二氧化碳。所述电转气装置用于利用电力电解水产生氢气和氧气，再将氢气和碳捕集装置捕获的二氧化碳合成甲烷，所述微型燃气轮机以天然气和电转气装置合成的甲烷为燃料，动力输出端连接发电机，产生的高温烟气用于驱动溴化锂制冷机组，产生电能和系统所需冷、热能；储能电池用于存储电能。

技术研发人员：梁涛,曹平
受保护的技术使用者：河北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21