一种含二氧化碳储能的区域综合能源系统及其运行方法
专利汇可以提供一种含二氧化碳储能的区域综合能源系统及其运行方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种含二 氧 化 碳 储能的区域综合 能源 系统及其运行方法，涉及区域综合能源系统优化技术领域。该系统包括电 力 母线 、热负荷母线、冷负荷母线、跨临界二氧化碳储能子系统、能源输入模 块 、 燃气轮机 、燃气 锅炉 、 余热锅炉 、电制冷机、 吸收式制冷机 、 地源 热 泵 以及热储能装置；其运行方法为先判断 可再生能源 能否满足当前时刻电负荷需求，如果满足则由可再生能源进行供电，燃气锅炉、 地源热泵 、余热锅炉以及热储能装置供热，电制冷机和吸收式制冷机供冷；否则选择供电设备；最后确定区域综合能源系统的供需平衡，进而确定系统中各个设备的出力。本发明的系统及其运行方法，使整个系统更加紧密的联合在一起，提高了系统的运行效率。，下面是一种含二氧化碳储能的区域综合能源系统及其运行方法专利的具体信息内容。
1.一种含二氧化碳储能的区域综合能源系统，其特征在于：包括电力母线、热负荷母线、冷负荷母线、跨临界二氧化碳储能子系统、能源输入模块、燃气轮机、燃气锅炉、余热锅炉、电制冷机、吸收式制冷机、地源热泵以及热储能装置；
所述能源输入模块与电力母线、燃气轮机和燃气锅炉的输入端及地源热泵的热能输入端均相连，进行能源输入；
所述燃气轮机的电力输出端与电力母线相连，尾气输出端与余热锅炉输入端相连，余热锅炉的输出端与热负荷母线相连；所述的地源热泵的电力输入端与电力母线相连，输出端与热负荷母线相连；所述跨临界二氧化碳储能子系统与电力母线、热负荷母线及冷负荷母线均相连；所述电制冷机的输入端与电力母线相连，输出端与冷负荷母线相连；所述吸收式制冷机的输入端与热负荷母线相连，输出端与冷负荷母线相连；所述热储能装置与热负荷母线相连；所述电力母线、热负荷母线、冷负荷母线均与用户相连。
2.根据权利要求1所述的一种含二氧化碳储能的区域综合能源系统，其特征在于：所述的能源输入模块包括：可再生能源、电网、天然气、地热；所述的可再生能源与电力母线相连；所述的天然气与燃气轮机和燃气锅炉的输入端相连；所述的地热与地源热泵的热能输入端相连；所述的可再生能源包括风电和光伏。
3.根据权利要求2所述的一种含二氧化碳储能的区域综合能源系统，其特征在于：所述跨临界二氧化碳储能子系统包括：压缩机、透平、液态二氧化碳存储罐、超临界二氧化碳存储罐、换热器1、换热器2、换热器3、换热器4、节流阀1和节流阀2；
所述压缩机的电力输入端与电力母线相连，二氧化碳输入端与换热器4的端口2相连，输出端与换热器1的端口1相连；冷却水从换热器1的端口2流入，端口4流出，端口4与热负荷母线相连，换热器1的端口3与超临界二氧化碳存储罐相连；超临界二氧化碳存储罐的输出端与与节流阀1相连；节流阀1与换热器2的端口1相连；换热器2的端口2与热负荷母线相连，端口3与透平的输入端相连；透平的电力输出端与电力母线相连，尾气输出端与换热器3的端口4相连；换热器3的端口1与冷负荷母线相连，端口3与热负荷母线相连，端口2与液态二氧化碳存储罐相连；液态二氧化碳存储罐输出端与节流阀2相连，节流阀2的输出端与换热器4的端口4相连，换热器4的端口2与压缩机的二氧化碳输入端相连、端口1与热负荷母线相连。
4.一种含二氧化碳储能的区域综合能源系统的运行方法，基于权利要求3所述系统运行，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：通过负荷预测获得当前时刻的负荷需求，并判断可再生能源能否满足当前时刻的电负荷需求量PL(t)，如果满足则由可再生能源进行供电，执行步骤3，否则执行步骤2，进行供电设备的选择；
步骤2：根据分时电价结合燃气轮机发电的净成本与电网电价的关系，判断跨临界二氧化碳储能子系统的运行状态，进行供电设备的选择；
步骤3：由燃气锅炉、地源热泵、余热锅炉以及热储能装置来供热，电制冷机和吸收式制冷机来供冷；
步骤3.1：设定燃气锅炉与地源热泵所产生的热量相等，判断燃气锅炉和地源热泵的供热成本关系，进而选择供热设备；
步骤3.2：设定电制冷机和吸收式制冷机所产生冷量相等，判断电制冷和吸收式制冷的成本关系，进而选择制冷设备；
步骤4：根据跨临界二氧化碳储能子系统不同运行状态时的运行方法和设定的子系统内各设备的约束以及区域综合能源系统的供需平衡，进而确定区域综合能源系统中各个设备的出力；
所述跨临界二氧化碳储能子系统的运行状态包括储能状态和释能状态；
根据跨临界二氧化碳储能子系统的运行状态及各个设备的约束，所述区域综合能源系统的供需平衡为电力母线、热负荷母线和冷负荷母线的平衡，具体为：
电力母线平衡：
其中，PW表示风电的电功率；PV表示光伏的电功率；PPGU表示燃气轮机的电功率； 表示跨临界二氧化碳储能子系统所需的电功率；Pgrid表示电网的电功率；PL表示用户消耗的电功率；PEC表示电制冷机消耗的电功率；
热负荷母线平衡：
其中，QPGU表示燃气轮机的热功率；QGB表示燃气锅炉的热功率；QGSHP表示地源热泵的热功率；QTES表示热出能模块的热功率； 表示跨临界二氧化碳储能子系统在压缩过程中产生的压缩热；QL表示用户消耗的热功率；Qac表示吸收式制冷机所消耗的热功率；
冷负荷母线平衡：
其中，QEC表示电制冷机的电功率；QAC表示吸收式制冷机的电功率；QL表示用户所消耗的冷功率； 表示跨临界二氧化碳储能子系统所消耗的冷功率。
5.根据权利要求4所述的一种含二氧化碳储能的区域综合能源系统的运行方法，其特征在于：所述步骤1的具体方法为：
计算可再生能源的出力，如下公式所示：
Pre(t)＝PW(t)+PV(t)
其中，Pre(t)表示可再生能源的出力；PW(t)表示当前时刻的风电出力；PV(t)表示当前时刻的光伏出力；
若Pre(t)＜PL(t)，则执行步骤2，进行供电设备的选择；
若Pre(t)＞PL(t)，则由可再生能源进行供电，其余供能设备的耗电量费用为零，转至步骤3。
6.根据权利要求5所述的一种含二氧化碳储能的区域综合能源系统的运行方法，其特征在于：步骤2所述燃气轮机发电的净成本和电网电价如下公式所示：
CT(t)＝C(t)·PPGU(t)
其中，CPGU(t)为燃气轮机发电的净成本，CT(t)表示电网的电价；PPGU(t)表示燃气轮机所发的电量；ηPGU表示燃气轮机的发电效率；ηRS表示燃气轮机的热损失系数； 表示天然气的单位价格；δ表示燃气轮机的制热系数；CQ(t)表示热负荷的单位价格； 表示天然气的低热值；C(t)表示分时电价；
若CPGU(t)＞CT(t)，跨临界二氧化碳储能子系统位于储能状态，优先考虑由电网供电；
若CPGU(t)＜CT(t)，跨临界二氧化碳储能子系统位于释能状态，优先考虑由燃气轮机供电。
7.根据权利要求6所述的一种含二氧化碳储能的区域综合能源系统的运行方法，其特征在于：步骤3.1所述燃气锅炉和地源热泵的供热成本如下公式所示：
其中，CHP(t)为燃气锅炉产热时的单位成本，CGB(t)为地源热泵产热时所消耗的单位成本；QHP表示地源热泵所产生的热量；COPHP表示地源热泵的制热系数；CT(t)表示电网的电价；
QGB表示燃气锅炉产生的热量；ηGB表示燃气轮机的制热效率；
若CGB(t)＞CHP(t)，则优先考虑由地源热泵供热，当地源热泵和热储能装置不足以满足供热要求时，启用燃气轮机作为补充供热；
若CGB(t)＜CHP(t)，则优先考虑由燃气锅炉供热，当燃气锅炉和热储能装置不足以满足供热要求时，启用地源热泵作为补充供热。
8.根据权利要求7所述的一种含二氧化碳储能的区域综合能源系统的运行方法，其特征在于：步骤3.2所述电制冷和吸收式制冷的成本如下公式所示：
其中，CEC(t)为电制冷机制冷时的单位成本，CAC(t)为吸收式制冷机制冷时的单位成本；
QEC表示电制冷机所产生的冷量；COPEC表示电制冷机的制冷系数；CT(t)表示电网的电价；QAC表示吸收式制冷机所产生的冷量；COPAC表示吸收式制冷机的制冷系数；
若CEC(t)＞CAC(t)，则优先考虑吸收式制冷机供冷，当吸收式制冷机不足以满足供冷要求时，启用电制冷机作为补充供冷；
若CEC(t)＜CAC(t)，则优先考虑电制冷机供冷，当电制冷机不足以满足供冷要求时，启用吸收式制冷机作为补充供冷。
9.根据权利要求8所述的一种含二氧化碳储能的区域综合能源系统的运行方法，其特征在于：步骤4所述跨临界二氧化碳储能子系统位于储能状态时的运行方法如下：
储能状态下，打开节流阀2，液态二氧化碳存储罐里的液态二氧化碳通过节流阀2降压到储能压力，再经过换热器4加热转变为二氧化碳的气体，多余的电能驱动压缩机压缩气态的二氧化碳，经过压缩后的二氧化碳通过换热器1；压缩热被冷却水吸收，随后通入热负荷母线；被压缩后的高压二氧化碳经过换热器1降温后以超临界状态存储在超临界二氧化碳存储罐中；
跨临界二氧化碳储能子系统位于释能状态时的运行方法如下：
释能状态下，打开节流阀1，超临界二氧化碳降压到释能压力，再经过换热器2进行加热提高做功能力，高压二氧化碳进入透平膨胀做功，所发的电能通过电力输出端与电力母线相连接，做功之后的二氧化碳经过换热器3进行降温转变为液态，冷却所需的冷量由冷负荷母线提供，液态二氧化碳进入液态二氧化碳存储罐中进行存储。
10.根据权利要求9所述的一种含二氧化碳储能的区域综合能源系统的运行方法，其特征在于：步骤4所述跨临界二氧化碳储能子系统在运行时，设定的跨临界二氧化碳储能子系统中各个设备的约束，如下：
液态二氧化碳存储罐约束：
ps，min＜ps＜ps，max
其中，ps表示液态二氧化碳存储罐在运行时的压力；ps，min表示液态二氧化碳存储罐在运行时的最小释能压力；ps，max表示液态二氧化碳存储罐在运行时的最大储能压力；
压缩机约束：
PCE，min＜PCE＜PCE，max
其中，PCE表示压缩机的电功率；PCE，min表示压缩机在运行时的最小功率；PCE，max表示压缩机在运行时的最大功率；
超临界二氧化碳存储罐约束：
pcs，min＜pcs＜pcs，max
其中，pcs表示超临界二氧化碳存储罐在运行过程中的压力；pcs，min表示超临界二氧化碳存储罐在运行过程中的最小压力；pcs，max表示超临界二氧化碳存储罐在运行过程中的最大压力。
透平约束：
Ptur，min＜Ptur＜Ptur，max
其中，Ptur表示透平在运行过程中的功率；Ptur，min表示透平在运行过程中的最小功率；
Ptur，max表示透平在运行过程中的最大功率。
一种含二氧化碳储能的区域综合能源系统及其运行方法
技术领域
背景技术
发明内容
附图说明
具体实施方式
2-3的输出端与与节流阀1相连；节流阀1与换热器2的端口1相连；换热器2的端口2与热负荷母线相连，端口3与透平2-4的输入端相连；透平2-4的电力输出端与电力母线相连，尾气输出端与换热器3的端口4相连；换热器3的端口1与冷负荷母线相连，端口3与热负荷母线相连，端口2与液态二氧化碳存储罐2-2相连；液态二氧化碳存储罐2-2输出端与节流阀2相连，节流阀2的输出端与换热器4的端口4相连，换热器4的端口2与压缩机2-1的二氧化碳输入端相连、端口1与热负荷母线相连；
3、COPAC＝1.3、PAC＝1000kW、PHP＝500kW；
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