[发明专利]一种考虑氢能应用的电力系统低碳经济调度方法及系统

说明书

本发明涉及一种考虑氢能应用的电力系统低碳经济调度方法及系统，方法包括：以系统总运行成本最小为目标，以电解水过程模型、时空网络模型、运输车每个时间跨度的状态变量、碳捕集电厂模型、储碳装置模型和甲烷化反应模型、燃料电池发电功率与氢气消耗关系模型和火电厂引起的监测点大气COsubgt;2/subgt;浓度为约束条件，确定低碳经济调度模型。本发明能够提高新能源利用效率，实现电力系统的低碳性。

技术领域

本发明涉及电力系统低碳经济调度领域，特别是涉及一种考虑氢能应用的电力系统低碳经济调度方法及系统。

背景技术

“碳达峰、碳中和”目标引领和加速能源革命，电力成为支撑经济发展和民生改善的主体终端能源，未来，新能源占比不断提升和节能减排将是电力行业长期重点工作。现阶段火力发电仍是我国主要的发电方式，化石燃料燃烧产生的CO₂对气候和环境产生了恶劣的影响。在此背景下，寻求清洁的能源载体，探索电力系统低碳经济调度方法具有重要意义。

未来不断增长的能源需求将通过更高的能源利用效率和更多的清洁可再生能源如风能、太阳能来满足。然而，可再生能源的间歇性导致电力供需不匹配，给电网经济运行带来了挑战。以风电为例，风电场输出功率高峰期一般出现在夜间，而此时电力系统处于用电低谷时期，这种供需时间上的不匹配导致系统中存在大量的弃风。有技术提出利用电转气技术(Powerto Gas,PtG)将富余的风电转换为天然气，为风电的消纳提供了有效途径，但是其忽略了PtG技术分为2个阶段，第一阶段通过电解水产生氢气，第二阶段为甲烷化过程，指在催化剂的作用下将电解水生成的氢气和CO₂反应生成甲烷和水。电解的效率可以达到85％，而整个电转天然气过程的效率不高于60％，将风电直接转化为天然气间接降低了能源利用效率，而且现有技术并没有考虑甲烷化反应原料CO₂的来源，导致反应成本较高，技术的经济性较差。PtG技术的中间产物氢气的节能减排潜力也没有得到充分挖掘，技术的低碳性不足。另外，现有的低碳经济调度研究往往从减少碳排放总量的角度进行优化，如考虑火电厂的碳排放配额，在经济成本中设置碳排放惩罚，建立单目标经济调度模型，或以碳排放为优化目标，形成多目标低碳调度模型。但火电厂CO₂排放对环境的影响不仅与排放总量有关，还与CO₂在大气中的扩散过程以及不同环境对CO₂浓度的承受能力有关，仅仅从控制碳排放总量角度出发容易产生对发电机组控制不足或过度，系统的低碳性也是片面的。

发明内容

本发明的目的是提供一种考虑氢能应用的电力系统低碳经济调度方法及系统，以提高新能源利用效率，实现电力系统的低碳性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种考虑氢能应用的电力系统低碳经济调度方法，包括：

在风电场中利用风电电解水产生氢气，确定电解水过程模型；

采用时空网络模型对所述氢气的运输过程进行建模，确定运输车每个时间跨度的状态变量；

根据所述运输车每个时间跨度的状态变量对碳捕集系统和甲烷化装置进行调度，确定碳捕集电厂模型、储碳装置模型和甲烷化反应模型；

根据所述运输车每个时间跨度的状态变量利用燃料电池进行发电，确定燃料电池发电功率与氢气消耗关系模型；

获取监测点在设定监测时间内，火电厂引起的监测点大气CO₂浓度；

以系统总运行成本最小为目标，以所述电解水过程模型、所述时空网络模型、所述运输车每个时间跨度的状态变量、所述碳捕集电厂模型、所述储碳装置模型、所述甲烷化反应模型、所述燃料电池发电功率与氢气消耗关系模型和所述火电厂引起的监测点大气CO₂浓度为约束条件，确定低碳经济调度模型。