计及碳捕集电厂灵活响应的电...生产调度优化模型设计与仿真_刘岩.pdf
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1、电子设计工程Electronic Design Engineering第31卷Vol.31第6期No.62023年3月Mar.2023收稿日期:2021-09-07稿件编号:202109038基金项目:南方电网技改项目(090000GS62191470)作者简介:刘 岩(1988),男,广东深圳人,硕士,高级工程师。研究方向:电网调度自动化管理及自动发电控制系统管理。计及碳捕集电厂灵活响应的电力生产调度优化模型设计与仿真刘 岩1,叶振豪1,张夕佳1,黄红伟2,毛文照2(1.深圳供电局有限公司,广东 深圳 518000;2.北京清大科越股份有限公司,北京 100102)摘要:为了充分发挥碳捕集电
2、厂灵活运行的潜力并提升电网新能源的消纳能力,研究了溶液存储型碳捕集电厂的运行调整方式,提出了考虑碳捕集电厂灵活响应的低碳经济调度模型。溶液存储型碳捕集电厂是当前火电碳捕集的主要技术路线,其通过调整贫液罐与富液罐中吸附液的流速和流向,能够在不影响火电厂尾气 CO2吸收的基础上调整电厂对外发电功率的特性。考虑到负荷高峰及低谷时段电网运行需求,设计了激励碳捕集电厂高峰减速捕集、低谷加速捕集的价格机制,并引入了溶液存储型碳捕集电厂运行特性约束。算例结果显示,充分考虑碳捕集电厂灵活调度因素可有效提升碳捕集电厂的调峰能力。关键词:碳捕集电厂;溶液存储型;低碳经济调度;新能源中图分类号:TN99;TM743
3、文献标识码:A文章编号:1674-6236(2023)06-0094-05DOI:10.14022/j.issn1674-6236.2023.06.020Design and simulation of power production scheduling optimization modelconsidering flexible response of carbon capture power plantLIU Yan1,YE Zhenhao1,ZHANG Xijia1,HUANG Hongwei2,MAO Wenzhao2(1.Shenzhen Power Supply Company
4、,Shenzhen 518000,China;2.Beijing QU Creative Technology Co.,Ltd.,Beijing 100102,China)Abstract:In order to give full play to the potential of flexible operation of carbon capture power plant andimprove the consumption capacity of new energy in power grid,the operation adjustment mode of solutionstor
5、age carbon capture power plant is studied,and a lowcarbon economic dispatching model consideringthe flexible response of carbon capture power plant is proposed.Solution storage carbon capture powerplant is the main technical route of carbon capture in thermal power at present.By adjusting the flow r
6、ateand flow direction of adsorbed liquid in lean liquid tank and rich liquid tank,it can adjust thecharacteristics of external power generation power of the power plant without affecting the CO2absorptionof tail gas of thermal power plant.Considering the power grid operation demand in peak and troug
7、hperiods,the price mechanism to stimulate the peak deceleration capture and trough acceleration captureof carbon capture power plant is designed,and the operation characteristic constraints of solution storagecarbon capture power plant are introduced.The example results show that fully considering t
8、he flexiblescheduling factors of carbon capture power plant can effectively improve the peak shaving capacity ofcarbon capture power plant.Keywords:carbon capture power plant;solution storage;lowcarbon economic dispatch;new energy-94碳捕集电厂本质上是对传统火电厂实施改造,增设碳捕集装置后形成的新型常规能源电厂1-2。文献3-4研究了碳捕集电厂参与低碳经济调度后系统
9、优化目标的转变,从传统的经济调度转向了碳排放与经济协调优化的问题。文献5-6研究了碳捕集电厂灵活调度的特性,构建了考虑能量转移特性的优化调度方法,同时讨论不同时序优化中备用容量的预留合理性问题。文献7研究了碳捕集电厂与电价型需求侧响应互动问题,并提出一种考虑二者互动的综合能源系统低碳经济调度模型。文献8-9研究了新能源及负荷不确定性特征,讨论了考虑不确定性因素影响的含碳捕集电厂协调优化调度方法。文献10-11研究了碳捕集电厂、储能装置、电转气装置的协同问题,并构建面向碳捕集、储能、电气协同的优化调度方法。从上述分析可以看出,当前对碳捕集电厂参与下的低碳经济调度方法研究仍处于起步阶段,且对碳捕集
10、电厂运行特性分析及其与大电网协调互动机制的研究并不充分。该文以溶液存储型碳捕集电厂为对象,研究其灵活调度特性,提出了考虑其灵活调度的大电网低碳经济调度方法。1运行特性与灵活调度模型1.1结构特征碳捕集电厂是在传统火电机组中加装碳捕集装置改造形成的具有 CO2捕集功能的新型电源12-13。火电厂实施碳捕集包括 CO2分离与 CO2压缩两个关键环节。如图1所示,火电厂燃烧发电产生富含CO2的尾气。首先经过吸收塔进行尾气脱碳,产生低碳尾气和吸附液,以当前常用的乙醇胺类吸收法为例,CO2吸收率能够达到 85%95%14,可直接降低火电厂产生的碳排放量。随后 CO2吸附液被送至解析塔,实现 CO2与吸附
11、液的分离,脱碳的吸附液重新返回吸收塔循环利用;而解析产生的 CO2将在压缩器中压缩并进行集中处理,以避免对环境产生直接影响。其中由吸收塔流向解析塔的吸附液 CO2含量较高,通常称为富液;而解析塔流向吸收塔的吸附液CO2含量较低,称为贫液。1.2灵活运行方式碳捕集电厂的灵活调度可通过分流和溶液存储两种方式来实现,从而改变其电-碳特性。分流方式是指通过调整进入 CO2吸收塔的尾气量,改变碳捕集装置运行工况,从而优化整个碳捕集电厂电-碳运行特性的灵活运行方式15。而溶液存储方式则是通过调整吸收塔、解析塔之间的吸附液流速及流向改变 CO2处理效率,从而优化整个碳捕集电厂电-碳运行特性的灵活运行方法16
12、。两种方式相比,溶液存储型碳捕集电厂在灵活调度期间并不会改变实际CO2的排放,即不影响其减排效果且更符合运行要求,具有更广阔的应用前景。如图 2 所示,溶液存储型碳捕集电厂在吸收塔与解析塔之间,增加了富液罐和贫液罐,从而改变CO2的实际处理效率。该方式下,碳捕集电厂具有正常处理、加速处理、减速处理三种运行方式。正常处理方式下,富液罐和贫液罐不参与吸附液循环,吸收塔及解析塔按照实际 CO2排放速率进行捕集;加速处理方式下,富液罐将存储的 CO2富液排向解析塔,贫液罐将主动存储解析塔排出的过量 CO2贫液,通过提升解析塔工作速率,提高 CO2解析处理的效率;减速处理与加速处理方式相反,吸收塔产生的
13、部分富液将流向富液罐短时存储,贫液罐将向吸收塔对应补充吸附液,解析塔处理效率下降,因此整体 CO2处理效率也相应降低。需要指出的是 3种运行方式下,吸收塔对火电厂尾气的吸收效率并未改变,即不影响整个电厂的实际碳排放,而是改变解析塔中CO2解析以及后续压缩效率。图2溶液存储型碳捕集电厂运行方式1.3灵活调度模型碳捕集装置对火电厂而言本质上属于耗电设图1碳捕集框架刘 岩,等计及碳捕集电厂灵活响应的电力生产调度优化模型设计与仿真-95电子设计工程 2023年第6期备,其耗电功率既包括固定部分,也包括与捕集效率相关的部分,可表示为:PGNg,t=PGg,t-PCCg,t(1)PCCg,t=PCCFg+
14、QCCRg,t(2)式中,PGg,t、PGNg,t为火电机组g时段t的发电功率和净发电功率,PCCg,t为该火电机组碳捕集装置耗电功率,PCCFg为该火电机组碳捕集固定功率,QCCRg,t为该时段碳捕集量,为单位捕集能耗。对吸收塔而言,其 CO2吸收速率与火电厂碳排放强度及吸收率有关,可表示为:QCCAg,t=cg,tPGg,tgT(3)式中,QCCAg,t为火电机组g时段t尾气 CO2吸收量,cg,t为该机组时段的碳排放强度,g为吸收塔的吸收效率,T为时段间隔时长。对解析塔和压缩塔,其处理效率应与吸收塔吸收效率及溶液存储器交换效率相匹配,可表示为:QCCRg,t=QCCSg,t+QCCAg,
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