本發(fā)明涉及能源系統(tǒng)，具體為一種綜合能源系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)：

1、隨著世界范圍內(nèi)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和工業(yè)化步伐的加快，能源短缺、全球變暖等問題日益嚴(yán)峻，新能源的開發(fā)和利用迫在眉睫。太陽能和風(fēng)能作為清潔無污染、資源豐富且分布廣泛的可再生能源，充分利用太陽能、風(fēng)能這類可再生能源發(fā)電和制氫可大大降低化石能源的消耗，提高可再生能源的利用率和消納能力。并且將太陽能、風(fēng)能整合到能源系統(tǒng)中可以使能源結(jié)構(gòu)多樣化，創(chuàng)建更具彈性和靈活性的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，可以減少對化石燃料價(jià)格波動(dòng)和電力供應(yīng)不穩(wěn)定的影響，同時(shí)減少碳排放，這必將成為人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要選擇。根據(jù)國際能源機(jī)構(gòu)的調(diào)查，可再生能源發(fā)電量到2026年預(yù)計(jì)增長52％，將達(dá)到11300twh，其中太陽能和風(fēng)能發(fā)電將占主要部分；同時(shí)，生物質(zhì)等可再生能源的熱量利用也受到了廣泛的關(guān)注，到2026年預(yù)計(jì)增長25％。生物質(zhì)是來源最廣泛的非化石燃料，在農(nóng)業(yè)和食品工業(yè)領(lǐng)域中會(huì)產(chǎn)生大量的固體或液體廢物，如果管理不當(dāng)將會(huì)對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染問題，同時(shí)也將損失大量的熱量。值得注意的是，生物質(zhì)在氣化的過程中，生物質(zhì)燃料從低熱狀態(tài)通過氣化生成高熱的合成氣，可用于各種發(fā)電循環(huán)。由于太陽能、風(fēng)能存在較大的隨機(jī)性和波動(dòng)性，將太陽能、風(fēng)能和生物質(zhì)能結(jié)合的方式能夠提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和能量效率并減少溫室氣體的排放。

2、近年來，儲(chǔ)能在克服可再生能源發(fā)電的間歇性、波動(dòng)性方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。在所有的儲(chǔ)能方式中，氫儲(chǔ)能作為一種新型的高效可行的儲(chǔ)能方式，通過可再生能源制氫儲(chǔ)能可以提高系統(tǒng)的快速響應(yīng)能力，以平滑可再生能源的波動(dòng)輸出，使可再生能源更有效地并入電網(wǎng)，同時(shí)氫燃料電池可以靈活地部署在不同地理位置和規(guī)模的電力系統(tǒng)中，它們可以用作分布式能源系統(tǒng)的一部分，允許在更靠近消費(fèi)者的地方發(fā)電并減少傳輸損耗。綜上所述，在當(dāng)前國內(nèi)外的能源背景下，提出一種基于可再生能源互補(bǔ)發(fā)電和制-儲(chǔ)-用氫的綜合能源系統(tǒng)和控制方法顯得尤為必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述存在的問題，提出了本發(fā)明。

2、因此，本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：本發(fā)明是解決化石燃料價(jià)格波動(dòng)和電力供應(yīng)不穩(wěn)定，可再生能源存在較大的隨機(jī)性和波動(dòng)性，排放溫室氣體污染環(huán)境的問題。

3、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

4、第一方面，本發(fā)明提供了一種綜合能源系統(tǒng)，包括：光伏電池板、風(fēng)力發(fā)電裝置、生物質(zhì)氣化系統(tǒng)、雙級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)、吸收式制冷系統(tǒng)、管式海水淡化系統(tǒng)、質(zhì)子交換膜電解池系統(tǒng)、氫氣儲(chǔ)氣裝置和質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)；

5、所述光伏電池板、所述風(fēng)力發(fā)電裝置、所述雙級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)和所述質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)生的電力傳輸至電力母線并輸送給電網(wǎng)，電網(wǎng)將電力供給用戶使用；

6、所述生物質(zhì)氣化系統(tǒng)產(chǎn)生的高溫尾氣的余熱依次被所述雙級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的第一蒸發(fā)器、吸收式制冷系統(tǒng)的發(fā)生器以及管式海水淡化系統(tǒng)的海水管式蒸餾器所梯級(jí)吸收；

7、所述氫氣儲(chǔ)氣裝置分別與質(zhì)子交換膜電解池系統(tǒng)和質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)相連。

8、作為本發(fā)明所述的綜合能源系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：吸收式制冷系統(tǒng)包括：

9、吸收式制冷系統(tǒng)中第三蒸發(fā)器產(chǎn)生的冷量的預(yù)設(shè)部分通入到雙級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的第二冷凝器中，用于提供雙級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)第二冷凝器所需的全部冷量以及降低雙級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的冷凝壓力和冷凝溫度使其產(chǎn)生高發(fā)電量，剩余預(yù)設(shè)部分的冷量供應(yīng)給用戶。

10、第二方面，本發(fā)明提供了一種綜合能源系統(tǒng)的控制方法，包括：第一運(yùn)行模式和第二運(yùn)行模式；

11、第一運(yùn)行模式為：保持光伏電池板和風(fēng)力發(fā)電裝置持續(xù)運(yùn)行，獲取綜合能源系統(tǒng)所產(chǎn)生的總電量，對所述綜合能源系統(tǒng)所產(chǎn)生的總電量進(jìn)行第一判斷；

12、第二運(yùn)行模式為：保持光伏電池板、風(fēng)力發(fā)電裝置、生物質(zhì)氣化系統(tǒng)、雙級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)、吸收式制冷系統(tǒng)和管式海水淡化系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行，獲取綜合能源系統(tǒng)所產(chǎn)生的總電量，對所述綜合能源系統(tǒng)所產(chǎn)生的總電量進(jìn)行第二判斷。

13、作為本發(fā)明所述的綜合能源系統(tǒng)的控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：第一判斷包括：

14、當(dāng)綜合能源系統(tǒng)所產(chǎn)生的總電量大于用戶的用電需求時(shí)，生物質(zhì)氣化系統(tǒng)、雙級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)、吸收式制冷系統(tǒng)和管式海水淡化系統(tǒng)以及質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)停止工作，啟動(dòng)質(zhì)子交換膜電解池系統(tǒng)；

15、獲取綜合能源系統(tǒng)以外的水源，將水源輸送到質(zhì)子交換膜電解池系統(tǒng)，將電網(wǎng)中過剩的電力提供給質(zhì)子交換膜電解池系統(tǒng)對水源進(jìn)行電解制氫和儲(chǔ)能，將電網(wǎng)中多余的電力轉(zhuǎn)換成氫氣并存儲(chǔ)在氫氣儲(chǔ)氣裝置中。

16、作為本發(fā)明所述的綜合能源系統(tǒng)的控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：第一判斷還包括：

17、當(dāng)綜合能源系統(tǒng)所產(chǎn)生的總電量小于用戶的用電需求時(shí)，質(zhì)子交換膜電解池系統(tǒng)停止工作，啟動(dòng)生物質(zhì)氣化系統(tǒng)、雙級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)、吸收式制冷系統(tǒng)和管式海水淡化系統(tǒng)以及質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)；

18、將雙級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的第一透平、第二透平和質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)所產(chǎn)生的補(bǔ)充電力，與光伏電池板、風(fēng)力發(fā)電裝置所產(chǎn)生的電力一起輸送至電網(wǎng)并供給用戶。

19、作為本發(fā)明所述的綜合能源系統(tǒng)的控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：第二判斷包括：

20、當(dāng)綜合能源系統(tǒng)所產(chǎn)生的總電量大于用戶的用電需求時(shí)，質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)停止工作，啟動(dòng)質(zhì)子交換膜電解池系統(tǒng)；

21、利用管式海水淡化供給水進(jìn)行電解，將綜合能源系統(tǒng)發(fā)電產(chǎn)生的過剩電力提供給質(zhì)子交換膜電解池系統(tǒng)進(jìn)行電解制氫和儲(chǔ)能，將電網(wǎng)中多余的電力轉(zhuǎn)換為氫氣，將生物質(zhì)氣化系統(tǒng)產(chǎn)生的尾氣經(jīng)分離器除雜后與質(zhì)子交換膜電解池系統(tǒng)產(chǎn)生的氫氣一起傳輸至氫氣儲(chǔ)氣裝置。

22、作為本發(fā)明所述的綜合能源系統(tǒng)的控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：利用管式海水淡化供給水進(jìn)行電解包括：

23、獲取海水，將海水通過海水泵引入管式海水淡化系統(tǒng)，并與節(jié)流閥減壓后回收的海水混合，將混合后的海水通過海水泵加壓，進(jìn)入海水管式蒸餾器；

24、將海水管式蒸餾器內(nèi)的海水被生物質(zhì)氣化產(chǎn)生的合成氣加熱，使得海水蒸發(fā)，蒸發(fā)的水蒸氣在管殼內(nèi)表面凝結(jié)，得到淡水，并流入淡水池進(jìn)行存儲(chǔ)；

25、在質(zhì)子交換膜電解池系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，將淡水池中的淡水通過換熱器進(jìn)行預(yù)熱，將預(yù)熱后的淡水傳送至質(zhì)子交換膜電解池系統(tǒng)。

26、作為本發(fā)明所述的綜合能源系統(tǒng)的控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：第二判斷還包括：

27、當(dāng)綜合能源系統(tǒng)所產(chǎn)生的總電量小于用戶的用電需求時(shí)，質(zhì)子交換膜電解池系統(tǒng)停止工作，啟動(dòng)質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)，將質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)生的補(bǔ)充電力和雙級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的第一透平與第二透平、光伏電池板、風(fēng)力發(fā)電裝置產(chǎn)生的電力一起輸送至電網(wǎng)并供給用戶。

28、第三方面，本發(fā)明提供了一種計(jì)算設(shè)備，包括：

29、存儲(chǔ)器和處理器；

30、所述存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，所述處理器用于執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，該計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)所述綜合能源系統(tǒng)及控制方法的步驟。

31、第四方面，本發(fā)明提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，該計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)所述綜合能源系統(tǒng)及控制方法的步驟。

32、本發(fā)明的有益效果：把風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)、生物質(zhì)氣化系統(tǒng)、雙級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)、吸收式制冷系統(tǒng)、管式海水淡化系統(tǒng)、質(zhì)子交換膜電解池系統(tǒng)、質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合起來，高效地消納了可再生能源并利用氫儲(chǔ)能在時(shí)間尺度上來實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電力的“削峰填谷”，該系統(tǒng)還可為用戶提供電力、熱量、冷量、淡水等能量和物質(zhì)，生物質(zhì)氣化產(chǎn)生的高溫合成氣依次通過雙級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)的第一蒸發(fā)器、吸收式制冷的發(fā)生器和管式海水淡化系統(tǒng)的海水管式蒸餾器放熱，實(shí)現(xiàn)了余熱的梯級(jí)利用，提高了系統(tǒng)的發(fā)電量和效率，兩種綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行方式起到電網(wǎng)電力的“填谷”和“削峰”的作用。