CN110752610B - 含储热罐的热电联产机组的电功率调节方法 - Google Patents
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Abstract
一种含储热罐的热电联产机组的电功率调节方法，该调节方法针对“以热定电”的热电联产机组的运行模式对电功率调节的限制问题，通过加入储热罐改变了热电联产系统的工作特性，一定程度解开了以往“以热定电”的耦合关系，提升了电网的负荷调节能力，有助于电网对风电等新能源的消纳能力。本发明的电功率调节方法，解决了由于供热季热电联产机组的投入挤压了风电等新能源上网容量，造成系统调峰能力不足的矛盾。因此，本发明意义重大。
Description
技术领域
本发明涉及综合能源领域，特别是一种含储热罐的热电联产机组的电功率调节方法。
背景技术
为了解决化石类资源的短缺以及燃煤等带来的环境污染问题，大力发展清洁环保的风电等可再生能源是我国乃至世界其他国家的必然选择。
为实现低碳、环保、绿色以及可持续发展的能源战略，我国近几年大力发展可再生能源，针对可再生能源出台了一系列的标准和政策，可再生能源得到了长足发展，尤其是风电能源的开发与利用领域。截至2019年6月底，我国装机容量已达193GW。
目前风力和光伏装机主要集中在“三北”地区(东北、西北、华北)，占全国的比重为77％和68％，且以大规模集中开发为主。“三北”地区电源结构以煤电为主，燃煤热电机组比重高达56％。开发高效系统的一个行之有效的解决方案是成熟的热电联产技术。热电联产包括多个发动机的发电，所有发动机都耦合在一个系统中，或同时产生电能和加热，即热电联产，可进一步扩展到包括冷却发电，即联合冷却，热电联产系统是一项非常有前途的技术，它能有效地降低燃料消耗和温室气体排放。但是，为了在冬季供热，热电联产机组以“热定发电”方式运行，不能降低其输出功率，导致系统调峰能力不足，电网整体调节能力较差。
北方冬天采暖期供热机组“以热定电”运行，导致系统调峰能力严重不足，不能适应大规模风力和光伏发电消纳要求，造成弃风、弃光现象严重。
提高能源综合利用效率，减少弃风、弃光现象的方法很多，但投入成本大，比较经济实用的方法就是研究利用热电联产(combined heat and power,CHP)机组提高能源综合效率，同时提高对风电、光伏等新能源的消纳能力。因此，上述方法具有很重要的现实意义与实际应用价值。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种含储热罐的热电联产机组的电功率调节方法，针对“以热定电”的热电联产机组的运行模式对电功率调节的限制问题，通过加入储热罐改变了热电联产系统的工作特性，一定程度解开了以往“以热定电”的耦合关系，提升了电网的负荷调节能力，有助于电网对风电等新能源的消纳能力。因此，可以有效解决上述问题。
本发明的技术解决方案如下：
一种含储热罐的热电联产机组的电功率调节方法，包括具有第一通讯口、第二通讯口、第三通讯口、第四通讯口、第五通讯口、第六通讯口和控制单元的控制器；
所述的第一通讯口的新能源发电信号输入端与新能源发电的通讯输出端相连，所述的第一通讯口的新能源发电信号输出端与所述的控制单元的新能源发电信号输入端相连；
所述的第二通讯口的发电厂信号输入端与发电厂的通讯输出端相连，所述的第二通讯口的发电厂信号输出端与所述的控制单元的发电厂信号输入端相连；
所述的第三通讯口的热电联产电厂信号输入端与热电联产电厂的通讯输出端相连，所述的第三通讯口的热电联产电厂信号输出端与所述的控制单元的热电联产电厂信号输入端相连；
所述的第四通讯口的电池储能信号输入端与电池储能的通讯输出端相连，所述的第四通讯口的电池储能信号输出端与所述的控制单元的电池储能信号输入端相连；
所述的第五通讯口的工业信号输入端与工业的通讯输出端相连，所述的第五通讯口的工业信号输出端与所述的控制单元的工业信号输入端相连；
所述的第六通讯口的电负荷信号输入端与电负荷的通讯输出端相连，所述的第六通讯口的电负荷信号输出端与所述的控制单元的电负荷信号输入端相连；
设热电联产机组(combined heat and power,CHP)热功率最大输出Ph_max，储热罐最大放热功率为Phs1，最大吸热功率为Phs2；
所述的控制单元实现热电联产机组的电功率调节包括下列步骤：
1)储热罐放热：
当储热罐处于放热阶段时，含储热罐的热电联产机组系统最大输出热功率为Ph_max+Phs1；
2)储热罐吸热：
当储热罐处于吸热阶段时，含储热罐的热电联产机组系统最小放热功率为Ph_max-Phs2；
3)不含储热罐的CHP机组电功率的可供调节范围为：(Pe_N_min,Pe_N_max)；
4)含储热罐的CHP机组电功率的可供调节范围：
设CHP机组在输出最小电功率时输出热功率为Ph1，则含储热罐的热电联产机组的电功率PH的可供调节范围变为(Pe_N_min1，Pe_N_max1)；
Pe_N_min1＝Pe_N_min-(Ph_N-Ph1)·c2 (1)
Pe_N_max1＝Pe_N_max+Phs1·c1 (2)
其中，Ph_N为CHP机组输出的热功率，c1为CHP机组在最大凝汽量工况下输出的电热特性线段的斜率，c2为CHP机组在最小凝气量工况下输出的电热特性线段的斜率；
计算热电联产机组的电功率调节范围相比于未配置储热时提升了ηs1，即：
ηs1＝[Phs1·c1+(Ph_N-Ph1)·c2]/(Pe_N_max-Pe_N_min)；
5)调节CHP机组输出功率：
根据下式调节CHP机组输出功率PH：
PH＝PI+PL-(PW+PT+PE) (3)
其中，PI为工业用电功率，PL为电负荷用电功率，PW为新能源发电功率，PT为发电厂发电功率，PE为电池储能输出功率；
6)控制器输出
61)调节电池储能输出功率PE
根据调节模型(4)，所述控制器输出电池储能调节命令PE：
PE＝PI+PL-(PW+PT+PH) (4)
62)调节新能源输出功率PW
根据调节模型(5)，所述控制器输出调节新能源功率命令PW：
PW＝PI+PL-(PE+PT+PH) (5)
与现有技术相比，本发明的效果如下：
实验表明，本发明含储热罐的热电联产机组的电功率调节方法针对“以热定电”的热电联产机组的运行模式对电功率调节的限制问题，通过加入储热罐改变了热电联产系统的工作特性，一定程度解开了以往“以热定电”的耦合关系，提升了电网的负荷调节能力，有助于电网对风电等新能源的消纳能力。本发明的电功率调节方法，解决了由于供热季热电联产机组的投入挤压了风电等新能源上网容量，造成系统调峰能力不足的矛盾。因此，本发明意义重大。
附图说明
图1是本发明含储热罐的热电联产机组的电功率控制的示意图。
图2是本发明配置储热的抽汽式机组电热工作特性对比。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
先请参阅图1，图1是本发明含储热罐的热电联产机组的电功率控制的示意图。由图可见，本发明含储热罐的热电联产机组的电功率调节方法，包括具有第一通讯口1、第二通讯口2、第三通讯口3、第四通讯口4、第五通讯口5、第六通讯口6和控制单元7的控制器；
所述的第一通讯口1的新能源发电信号输入端与新能源发电的通讯输出端相连，所述的第一通讯口1的新能源发电信号输出端与所述的控制单元7的新能源发电信号输入端相连；
所述的第二通讯口2的发电厂信号输入端与发电厂的通讯输出端相连，所述的第二通讯口2的发电厂信号输出端与所述的控制单元7的发电厂信号输入端相连；
所述的第三通讯口3的热电联产电厂信号输入端与热电联产电厂的通讯输出端相连，所述的第三通讯口3的热电联产电厂信号输出端与所述的控制单元7的热电联产电厂信号输入端相连；
所述的第四通讯口4的电池储能信号输入端与电池储能的通讯输出端相连，所述的第四通讯口4的电池储能信号输出端与所述的控制单元7的电池储能信号输入端相连；
所述的第五通讯口5的工业信号输入端与工业的通讯输出端相连，所述的第五通讯口5的工业信号输出端与所述的控制单元7的工业信号输入端相连；
所述的第六通讯口6的电负荷信号输入端与电负荷的通讯输出端相连，所述的第六通讯口6的电负荷信号输出端与所述的控制单元7的电负荷信号输入端相连；
设热电联产机组(combined heat and power,CHP)热功率最大输出Ph_max，储热罐最大放热功率为Phs1，最大吸热功率为Phs2；
所述的控制单元7实现热电联产机组的电功率调节包括下列步骤：
1)储热罐放热：
当储热罐处于放热阶段时，含储热罐的热电联产机组系统最大输出热功率为Ph_max+Phs1；
2)储热罐吸热：
当储热罐处于吸热阶段时，含储热罐的热电联产机组系统最小放热功率为Ph_max-Phs2；
3)不含储热罐的CHP机组电功率的可供调节范围为：(Pe_N_min,Pe_N_max)；
4)含储热罐的CHP机组电功率的可供调节范围：
设CHP机组在输出最小电功率时输出热功率为Ph1，则含储热罐的热电联产机组的电功率PH的可供调节范围变为(Pe_N_min1，Pe_N_max1)；
Pe_N_min1＝Pe_N_min-(Ph_N-Ph1)·c2 (1)
Pe_N_max1＝Pe_N_max+Phs1·c1 (2)
其中，Ph_N为CHP机组输出的热功率，c1为CHP机组在最大凝汽量工况下输出的电热特性线段的斜率，c2为CHP机组在最小凝气量工况下输出的电热特性线段的斜率；
计算热电联产机组的电功率调节范围相比于未配置储热时提升了ηs1，即：
ηs1＝[Phs1·c1+(Ph_N-Ph1)·c2]/(Pe_N_max-Pe_N_min)；
5)调节CHP机组输出功率：
根据下式调节CHP机组输出功率PH：
PH＝PI+PL-(PW+PT+PE) (3)
其中，PI为工业用电功率，PL为电负荷用电功率，PW为新能源发电功率，PT为发电厂发电功率，PE为电池储能输出功率；
6)控制器输出
61)调节电池储能输出功率PE
根据调节模型(4)，所述控制器输出电池储能调节命令PE：
PE＝PI+PL-(PW+PT+PH) (4)
62)调节新能源输出功率PW
根据调节模型(5)，所述控制器输出调节新能源功率命令PW：
PW＝PI+PL-(PE+PT+PH) (5)
图2显示了配置储热的抽汽式机组电热工作特性与不配置储热的抽汽式机组电热工作特性的对比。
不配置储热的抽汽式机组电热工作特性为图2中ACGM区域。其中，机组处于A点状态时，电功率达到最大输出Pe_max；机组处于G点状态时，电功率达到最小输出Pe_min。机组处于C点状态时，热功率达到最大输出Ph_max。机组在AC段最大凝汽量工况下，输出的电热特性为斜率为c1的线段。机组在CG段最小凝气量工况下，输出的电热特性是斜率为c2的线段。
本发明配置储热罐后的热电联产机组电热工作特性为图2中ABDHPR区域。加入储热罐改变了热电联产系统的工作特性。当储热罐处于放热状态时，系统最大输出热功率为Ph_max+Phs1，当储热罐处于吸热阶段时，系统最小放热功率为Ph_max-Phs2。当系统处于N点的状态时，设储热罐出力为Phs1，则热电联产机组的电功率的可供调节范围变为(Pe_N_min1，Pe_N_max1)。
很显然，配置了储热罐后的热电联产机组的电功率调节范围大大增加。热电联产机组的电功率调节范围相比于未配置储热时提升了ηs1，即：
ηs1＝[Phs1·c1+(Ph_N-Ph1)·c2]/(Pe_N_max-Pe_N_min)。
实验表明，本发明调节方法针对“以热定电”的热电联产机组的运行模式对电功率调节的限制问题，通过加入储热罐改变了热电联产系统的工作特性，一定程度解开了以往“以热定电”的耦合关系，提升了电网的负荷调节能力，有助于电网对风电等新能源的消纳能力。本发明的电功率调节方法，解决了由于供热季热电联产机组的投入挤压了风电等新能源上网容量，造成系统调峰能力不足的矛盾。因此，本发明意义重大。
Claims (1)
1.一种含储热罐的热电联产机组的电功率调节方法，包括具有第一通讯口(1)、第二通讯口(2)、第三通讯口(3)、第四通讯口(4)、第五通讯口(5)、第六通讯口(6)和控制单元(7)的控制器；
所述的第一通讯口(1)的新能源发电信号输入端与新能源发电的通讯输出端相连，所述的第一通讯口(1)的新能源发电信号输出端与所述的控制单元(7)的新能源发电信号输入端相连；
所述的第二通讯口(2)的发电厂信号输入端与发电厂的通讯输出端相连，所述的第二通讯口(2)的发电厂信号输出端与所述的控制单元(7)的发电厂信号输入端相连；
所述的第三通讯口(3)的热电联产电厂信号输入端与热电联产电厂的通讯输出端相连，所述的第三通讯口(3)的热电联产电厂信号输出端与所述的控制单元(7)的热电联产电厂信号输入端相连；
所述的第四通讯口(4)的电池储能信号输入端与电池储能的通讯输出端相连，所述的第四通讯口(4)的电池储能信号输出端与所述的控制单元(7)的电池储能信号输入端相连；
所述的第五通讯口(5)的工业信号输入端与工业的通讯输出端相连，所述的第五通讯口(5)的工业信号输出端与所述的控制单元(7)的工业信号输入端相连；
所述的第六通讯口(6)的电负荷信号输入端与电负荷的通讯输出端相连，所述的第六通讯口(6)的电负荷信号输出端与所述的控制单元(7)的电负荷信号输入端相连；
设热电联产机组(以下简称CHP机组)的热功率最大输出Ph_max，储热罐最大放热功率为Phs1，最大吸热功率为Phs2；其特征在于，所述的控制单元(7)实现热电联产机组的电功率调节方法包括下列步骤：
1)储热罐放热：
当储热罐处于放热阶段时，含储热罐的热电联产机组系统最大输出热功率为Ph_max+Phs1；
2)储热罐吸热：
当储热罐处于吸热阶段时，含储热罐的热电联产机组系统最小放热功率为Ph_max-Phs2；
3)不含储热罐的CHP机组电功率的可供调节范围为：(Pe_N_min,Pe_N_max)；
4)含储热罐的CHP机组电功率的可供调节范围：
设CHP机组在输出最小电功率时的输出热功率为Ph1，则含储热罐的热电联产机组的电功率PH的可供调节范围变为(Pe_N_min1，Pe_N_max1)；
Pe_N_min1＝Pe_N_min-(Ph_N-Ph1)·c2 (1)
Pe_N_max1＝Pe_N_max+Phs1·c1 (2)
其中，Ph_N为CHP机组输出的热功率，c1为CHP机组在最大凝汽量工况下输出的电热特性线段的斜率，c2为CHP机组在最小凝气量工况下输出的电热特性线段的斜率；
计算热电联产机组的电功率调节范围相比于未配置储热时提升了ηs1，即：
ηs1＝[Phs1·c1+(Ph_N-Ph1)·c2]/(Pe_N_max-Pe_N_min)；
5)调节CHP机组输出功率PH，公式如下：
PH＝PI+PL-(PW+PT+PE) (3)
其中，PI为工业用电功率，PL为电负荷用电功率，PW为新能源发电功率，PT为发电厂发电功率，PE为电池储能输出功率；
6)控制器输出
61)调节电池储能输出功率PE，公式如下：
PE＝PI+PL-(PW+PT+PH) (4)
62)调节新能源输出功率PW，公式如下：
PW＝PI+PL-(PE+PT+PH) (5)。
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