一种新能源冷热电汽联供的多能源系统结构及其建模方法与流程

1.本发明属于新能源供能技术领域，特指一种新能源冷热电汽联供的多能源系统结构及其建模方法。


背景技术：

2.以新能源和天然气进行冷热电三联供系统，是现在多能源系统的主要建设思路，新能源主要是指太阳能和风能。太阳能和风能发电系统结合不同形式的能源转化设备和储能设备满足用户的不同负荷需求，通过天然气发电机组、换热器、余热溴化锂机组等将天然气的能量转化为用户需要的电能、热能、冷能等。通过此系统可以实现电力及天然气的峭峰填谷，即通过新能源和天然气冷热电三联供系统可以降低夏季建筑物空调用电量，减少电网负荷。同时提高夏季的天然气消耗量，充分利用清洁能源，提高能源的的利用效率，但随着电力行业的快速发展，用户的能量需求量不断加大，传统供能系统的供能量已无法满足用户的需求，且传统供能系统的利用效率低，供能种类少，无法有效为区域中的不同用户提供冷、热、电及汽能源。


技术实现要素：

3.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种新能源冷热电汽联供的多能源系统结构及其建模方法。
4.本发明的目的是这样实现的：一种新能源冷热电汽联供的多能源系统结构及其建模方法，其特征在于：所述的多能源系统结构包括光伏供能系统、风力供能系统和天然气供能系统，其中，所述光伏供能系统包括光伏发电系统，所述风力供能系统包括风力发电系统，所述光伏供能系统和风力供能系统设置有电制冷机和电热泵，所述天然气供能系统包括燃气轮机和锅炉系统；所述多能源系统结构的建模方法包括，建立光伏供能系统模型、建立风力供能系统模型和建立天然气供能系统模型，所述光伏供能系统模型包括光伏发电系统模型、所述风力供能系统模型包括风力发电系统模型，所述光伏发电系统模型和风力供能系统模型还包括电制冷机模型和电热泵模型，所述天然气供能系统模型包括燃气轮机模型和锅炉系统模型。
5.进一步地，所述光伏发电系统模型为：
[0006][0007]
式中，p
pv
表示光伏电池组件的实际输出功率(kw)；p
stc
表示标准条件下光伏电池的最大输出功率(kw)；g
ing
表示实际的太阳辐照强度(w/
㎡
)；g
stc
表示stc条件下辐照强度；k表示温度功率系数(％/℃)；tc表示电池板的实际工作温度(℃)；tr表示参考温度；
[0008]
所述风力发电系统模型为：
[0009][0010]
式中，p
wt
表示风力发电的输出功率(kw)；pr表示风力发电机的额定功率(kw)；v表示实际风速(m/s)；vr、v
ci
、v
vo
分别表示发电机的额定风速、切入风速和切出风速。
[0011]
进一步地，所述燃气轮机模型为：
[0012][0013]
式中，g
mt
(t)表示t时段的天然气消耗量(m3)；l表示天然气低热值(kwh/m3)；p
e,mt
(t)表示燃气轮机在t时段内的净输出电功率(kw)；表示t时段内燃气轮机的发电总效率；
[0014]
所述锅炉系统包括工业蒸汽锅炉和燃气锅炉，所述锅炉系统模型包括工业蒸汽锅炉模型和燃气锅炉模型，所述工业蒸汽锅炉模型为：
[0015]qigb
＝η
igbgigb
×
l
[0016][0017]
式中，q
igb
表示工业蒸汽锅炉的发热量(kj/h)；η
igb
表示工业蒸汽锅炉的工作效率；g
igb
表示工业蒸汽锅炉的天然气的消耗量(m3/h)；l表示天然气低热值(kj/m3)；h1表示工业蒸汽锅炉的进水焓值(kj/kg)；h2表示工业蒸汽锅炉的供汽焓值(kj/kg)；qm表示工业蒸汽锅炉的过热蒸汽量(t/h)；
[0018]
所述燃气锅炉模型为：
[0019]qgb
＝η
gbggb
×
l
[0020]
式中，q
gb
表示燃气锅炉输出的热功率；η
gb
表示燃气锅炉的工作效率：g
gb
表燃气锅炉的燃料消耗量(m3/h)。
[0021]
进一步地，所述光伏供能系统和风力供能系统配置有储电装置，所述储电装置的模型为：
[0022][0023]
式中，es(t)表示t时刻储电装置的剩余电量；α
in
表示充电效率；p
in
(t)表示t时刻储的充电功率；t
e,in
表示充电时长；p
out
(t)表示t时刻储的放电功率；t
e,out
表示放电时长；β表示自放电系数；δte表示储电设备的工作时间。
[0024]
进一步地，所述天然气供能系统还包括蓄热槽和储汽装置，所述天然气供能系统模型包括蓄热槽模型和储汽装置模型，所述蓄热槽模型为:
[0025][0026]
式中，hs(t)表示t时刻蓄热槽的剩余热量；δ
in
表示储热效率；q
in
(t)表示t时刻储的
储热量；t
h,in
表示储热时长；q
out
(t)表示t时刻储的放热量；t
h,out
表示放热时长；λ表示自放热系数；δth表示蓄热槽的工作时间；
[0027]
所述储汽装置模型为：
[0028][0029]
式中，m
sa
表示储汽装置中蒸汽的储存量(t)；表示储汽装置中初始蒸汽的储存量；q
m,cha
，q
m,dis
表示储汽装置储存和释放蒸汽的蒸汽量(t/h)；dt表示时间步长。
[0030]
进一步地，所述电热泵发热模型为：
[0031][0032]
式中，表示电热泵发热的输出功率(kw)；表示电热泵发热的工作效率；表示电热泵发热的输入功率(kw)；
[0033]
所述电热泵制冷模型为：
[0034][0035]
式中，表示电热泵制冷的输出功率(kw)；表示电热泵制冷的工作效率；表示电热泵制冷的输入功率(kw)。
[0036]
进一步地，所述电制冷机模型：
[0037][0038]
式中，表示电制冷机的输出功率(kw)；表示电制冷机的工作效率；表示电制冷机的输入功率(kw)。
[0039]
本发明相比现有技术突出且有益的技术效果是：本发明的多能源系统是将各种供能设备、能源转化设备、能源储存装置以及不同负荷聚集在一起的多能源网络系统，基于本新能网络系统可以实现能源互补，进一步完成自我调控，提高系统的灵活性，为区域中的不同用户提供冷、热、电及汽能源，满足其对能源的需求，提高了系统的经济性和可靠性，多能源系统可以同时向用户提供冷、热、电及汽多种能源，同时不同能源之间可以实现转化，进一步提高区域内能源的利用效率，与传统的多能能源系统相比，具有显著的优势。
附图说明
[0040]
图1是本发明新能源冷热电汽联供的多能源系统结构示意图；
具体实施方式
[0041]
为了使本技术领域的人员更好的理解本发明中的技术方案，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0042]
如图1所示，为了解决新能源的利用效率低，供能种类少等问题，本发明提供了以下技术方案：一种新能源冷热电汽联供的多能源系统结构及其建模方法，所述的多能源系
统结构包括光伏供能系统、风力供能系统和天然气供能系统，其中，所述光伏供能系统包括光伏发电系统，所述风力供能系统包括风力发电系统，所述光伏供能系统和风力供能系统设置有电制冷机、电热泵和储电装置，所述天然气供能系统包括燃气轮机、锅炉系统、蓄热槽和储汽装置，所述锅炉系统包括工业蒸汽锅炉和燃气锅炉；所述的光伏供能系统、风力供能系统可以满足用户的冷、热和电负荷，当新能源系统的发电量不足时，由天然气供能系统或电网补充不足的负荷，当发电量过剩时，将电能储存起来或转化为热能储存在蓄热槽当中。
[0043]
所述多能源系统结构的建模方法包括，建立光伏供能系统模型、建立风力供能系统模型和建立天然气供能系统模型，所述光伏供能系统模型包括光伏发电系统模型、所述风力供能系统模型包括风力发电系统模型，所述光伏发电系统模型和风力供能系统模型还包括电制冷机模型、电热泵模型和储电装置模型，所述天然气供能系统模型包括燃气轮机模型、蓄热槽模型、储汽装置模型和锅炉系统模型，所述锅炉系统模型包括工业蒸汽锅炉模型和燃气锅炉模型。
[0044]
在一般标准情况下，根据太阳辐照强度和电池温度，建立光伏发电系统模型为：
[0045][0046]
式中，p
pv
表示光伏电池组件的实际输出功率(kw)；p
stc
表示标准条件下光伏电池的最大输出功率(kw)；g
ing
表示实际的太阳辐照强度(w/
㎡
)；g
stc
表示stc条件下辐照强度，为1000w/
㎡
；k表示温度功率系数(％/℃)；tc表示电池板的实际工作温度(℃)；tr表示参考温度，25℃；
[0047]
建立风力发电系统模型：
[0048][0049]
式中，p
wt
表示风力发电的输出功率(kw)；pr表示风力发电机的额定功率(kw)；v表示实际风速(m/s)；vr、v
ci
、v
vo
分别表示发电机的额定风速、切入风速和切出风速，当实际风速未达到切入风速时，机组保持待机状态，出力为0。
[0050]
所述电制冷机模型：
[0051][0052]
式中，表示电制冷机的输出功率(kw)；表示电制冷机的工作效率；表示电制冷机的输入功率(kw)。
[0053]
所述电热泵发热模型为：
[0054][0055]
式中，表示电热泵发热的输出功率(kw)；表示电热泵发热的工作效率；表示电热泵发热的输入功率(kw)；
[0056]
所述电热泵制冷模型为：
[0057][0058]
式中，表示电热泵制冷的输出功率(kw)；表示电热泵制冷的工作效率；表示电热泵制冷的输入功率(kw)。
[0059]
所述燃气轮机模型为：
[0060][0061]
式中，g
mt
(t)表示t时段的天然气消耗量(m3)；l表示天然气低热值(kwh/m3)；p
e,mt
(t)表示燃气轮机在t时段内的净输出电功率(kw)；表示t时段内燃气轮机的发电总效率；
[0062]
所述工业蒸汽锅炉模型为：
[0063]qigb
＝η
igbgigb
×
l
[0064][0065]
式中，q
igb
表示工业蒸汽锅炉的发热量(kj/h)；η
igb
表示工业蒸汽锅炉的工作效率；g
igb
表示工业蒸汽锅炉的天然气的消耗量(m3/h)；l表示天然气低热值(kj/m3)；h1表示工业蒸汽锅炉的进水焓值(kj/kg)；h2表示工业蒸汽锅炉的供汽焓值(kj/kg)；qm表示工业蒸汽锅炉的过热蒸汽量(t/h)；
[0066]
所述燃气锅炉模型为：
[0067]qgb
＝η
gbggb
×
l
[0068]
式中，q
gb
表示燃气锅炉输出的热功率；η
gb
表示燃气锅炉的工作效率：g
gb
表燃气锅炉的燃料消耗量(m3/h)；
[0069]
对能量储存设备进行建模，所述储电装置的模型为：
[0070][0071]
式中，es(t)表示t时刻储电装置的剩余电量；α
in
表示充电效率；p
in
(t)表示t时刻储的充电功率；t
e,in
表示充电时长；p
out
(t)表示t时刻储的放电功率；t
e,out
表示放电时长；β表示自放电系数；δte表示储电设备的工作时间；
[0072]
所述蓄热槽模型为：
[0073][0074]
式中，hs(t)表示t时刻蓄热槽的剩余热量；δ
in
表示储热效率；q
in
(t)表示t时刻储的储热量；t
h,in
表示储热时长；q
out
(t)表示t时刻储的放热量；t
h,out
表示放热时长；λ表示自放热系数；δth表示蓄热槽的工作时间；
[0075]
所述储汽装置模型为：
[0076][0077]
式中，m
sa
表示储汽装置中蒸汽的储存量(t)；表示储汽装置中初始蒸汽的储存
量；q
m,cha
，q
m,dis
表示储汽装置储存和释放蒸汽的蒸汽量(t/h)；dt表示时间步长。
[0078]
上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明说明中所使用的术语，只是为了描述具体得实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。