本發(fā)明屬于區(qū)域分布式多能源系統(tǒng)，尤其涉及一種基于超臨界二氧化碳熱電聯產機組的區(qū)域多能源控制系統(tǒng)和方法。

背景技術：

1、隨著農村經濟不斷增長，農村產業(yè)日益增加，農村能源需求逐漸呈現多元化、清潔化、電氣化的趨勢。傳統(tǒng)的農村分布式多能源系統(tǒng)已經初步建立了耦合風光儲一體化的微電網，通過沼氣池實現了對禽畜糞污等生物質能的初級利用，但其在能源利用率和碳減排方面仍有較大的提升空間。

技術實現思路

1、本發(fā)明要解決的技術問題是，提供一種基于超臨界二氧化碳熱電聯產機組的區(qū)域多能源控制系統(tǒng)和方法，可以有效提高系統(tǒng)的能源利用效率，達到節(jié)能、減排、降費的目的。

2、為實現上述目的，本發(fā)明采用如下的技術方案：

3、一種區(qū)域多能源控制系統(tǒng)，包括：風力機組、光伏機組、光熱機組、電解水制氫系統(tǒng)、甲烷化反應器、超臨界二氧化碳熱電聯產機組、電制冷系統(tǒng)、沼氣池、沼氣提純裝置、天然氣儲存中心；其中，通過甲烷化反應器，深度耦合超臨界二氧化碳熱電聯產機組、電解水制氫系統(tǒng)、沼氣池、沼氣提純裝置，將co2、h2o、h2、o2、ch4進行循環(huán)利用，實現冷、熱、電、氣多能量形式輸出。

4、作為優(yōu)選，風力機組和光伏機組發(fā)出的電量匯集后，進行重新分配，部分電量流入電解水制氫系統(tǒng)，剩余電量與超臨界二氧化碳熱電聯產組件生產的電量匯集后，進行再分配，在有冷負荷要求時，分配與冷負荷相應的電量流入電制冷系統(tǒng)，由電制冷系統(tǒng)提供所需的制冷量，剩余的電量則全部流入電用戶；其中，風力和光伏所發(fā)電量的配電優(yōu)先級：用戶電負荷優(yōu)先級＞電制系統(tǒng)冷優(yōu)先級＞電解水制氫優(yōu)先級。

5、作為優(yōu)選，水電制氫系統(tǒng)接收作為原料的h2o后，在有電力供應的情況下，產出h2和o2，并輸送至氧氣儲罐和氫氣儲罐進行儲存，其中，氧氣儲罐為超臨界二氧化碳熱電聯產組件提供助燃劑o2，氫氣儲罐為甲烷化反應器提供原料h2。

6、作為優(yōu)選，將農村生物質能通過沼氣池，在適宜溫度下，發(fā)酵產出粗沼氣，再經過沼氣提純設備進行脫硫，提純，分離出co2和ch4，并輸送至二氧化碳儲罐和天然氣儲存中心進行儲存，其中，二氧化碳儲罐為甲烷化反應器提供原料co2，天然氣儲存中心為超臨界二氧化碳熱電聯產組件和氣用戶提供燃料ch4；甲烷化反應系統(tǒng)接收作為原料的h2和co2后，在對應的反應溫度，反應產出h2o和ch4，并分別送入儲水罐和天然氣儲存中心；儲水罐為水電制氫系統(tǒng)提供原料h2o；天然氣儲存中心分配給超臨界二氧化碳熱電聯系統(tǒng)的ch4，經過壓縮機壓縮，形成液態(tài)天然氣后，送入超臨界二氧化碳熱電聯產組件。

7、作為優(yōu)選，作為燃料的lng和作為助燃劑的o2同時被輸入超臨界二氧化碳熱電聯產組件參與燃燒反應；當o2不足時，則需輸入空氣，通過空氣分離裝置，分離出o2進行補充；超臨界二氧化碳熱電聯產組件輸出熱負荷和電負荷，熱負荷分別分流向熱用戶和儲熱設備，電負荷則在滿足系統(tǒng)用電后與新能源產生的電能匯集；其中，負荷的配比優(yōu)先級為：熱負荷＞電負荷；熱負荷的分配優(yōu)先級為：儲熱設備優(yōu)先級＞用戶熱負荷優(yōu)先級；超臨界二氧化碳熱電聯產組件運行產生的h2o和高濃度co2經不同管道運輸，送至對應的儲水罐和二氧化碳儲罐，分別作為電解水制氫系統(tǒng)和甲烷化反應器的原料進行循環(huán)使用。

8、本發(fā)明還提供一種區(qū)域多能源控制方法，包括：

9、獲取實時的價格數據、負荷需求數據、環(huán)境數據和設備運行數據、歷史關系數據和設備基礎參數；

10、基于實時的價格數據、負荷需求數據、環(huán)境數據和設備運行數據，根據歷史關系數據和設備基礎參數，建立項目規(guī)劃周期內投資和模擬運行函數，作為目標函數；

11、以臨界二氧化碳熱電聯產機組的lng進料量和電熱比為控制變量，對目標函數求解，得到系統(tǒng)利益最大化時，超臨界二氧化碳熱電聯產機組應控制的lng進料量和電熱比。

12、作為優(yōu)選，目標函數為：

13、

14、其中，feco為多能源控制系統(tǒng)的總收益，felec表示多能源控制系統(tǒng)的電收益，fheat表示多能源控制系統(tǒng)的熱收益，fcool表示多能源控制系統(tǒng)的冷收益，fgas表示多能源控制系統(tǒng)的天然氣收益，表示多能源控制系統(tǒng)的氫收益，表示多能源控制系統(tǒng)的氧收益，表示多能源控制系統(tǒng)的碳收益，表示多能源控制系統(tǒng)的水收益。

15、本發(fā)明區(qū)域多能源系統(tǒng)通過甲烷化反應器深度耦合超臨界二氧化碳熱電聯產機組、電解水制氫系統(tǒng)、沼氣池、沼氣提純裝置，有效利用太陽能、風能、生物能不同形式可再生能源，提高系統(tǒng)整體的能源利用效率，達到節(jié)能、減排、降費的目的。在保證系統(tǒng)安全運行的同時，也考慮售電、售冷價格的變化，通過儲冷設備對能量的分配進行優(yōu)化，達到利益最大化的目的。

技術特征：

1.一種區(qū)域多能源控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：風力機組、光伏機組、光熱機組、電解水制氫系統(tǒng)、甲烷化反應器、超臨界二氧化碳熱電聯產機組、電制冷系統(tǒng)、沼氣池、沼氣提純裝置、天然氣儲存中心；其中，通過甲烷化反應器，深度耦合超臨界二氧化碳熱電聯產機組、電解水制氫系統(tǒng)、沼氣池、沼氣提純裝置，將co2、h2o、h2、o2、ch4進行循環(huán)利用，實現冷、熱、電、氣多能量形式輸出。

2.如權利要求1所述的區(qū)域多能源控制系統(tǒng)，其特征在于，風力機組和光伏機組發(fā)出的電量匯集后，進行重新分配，部分電量流入電解水制氫系統(tǒng)，剩余電量與超臨界二氧化碳熱電聯產組件生產的電量匯集后，進行再分配，在有冷負荷要求時，分配與冷負荷相應的電量流入電制冷系統(tǒng)，由電制冷系統(tǒng)提供所需的制冷量，剩余的電量則全部流入電用戶；其中，風力和光伏所發(fā)電量的配電優(yōu)先級：用戶電負荷優(yōu)先級＞電制系統(tǒng)冷優(yōu)先級＞電解水制氫優(yōu)先級。

3.如權利要求2所述的區(qū)域多能源控制系統(tǒng)，其特征在于，水電制氫系統(tǒng)接收作為原料的h2o后，在有電力供應的情況下，產出h2和o2，并輸送至氧氣儲罐和氫氣儲罐進行儲存，其中，氧氣儲罐為超臨界二氧化碳熱電聯產組件提供助燃劑o2，氫氣儲罐為甲烷化反應器提供原料h2。

4.如權利要求3所述的區(qū)域多能源控制系統(tǒng)，其特征在于，將農村生物質能通過沼氣池，在適宜溫度下，發(fā)酵產出粗沼氣，再經過沼氣提純設備進行脫硫，提純，分離出co2和ch4，并輸送至二氧化碳儲罐和天然氣儲存中心進行儲存，其中，二氧化碳儲罐為甲烷化反應器提供原料co2，天然氣儲存中心為超臨界二氧化碳熱電聯產組件和氣用戶提供燃料ch4；甲烷化反應系統(tǒng)接收作為原料的h2和co2后，在對應的反應溫度，反應產出h2o和ch4，并分別送入儲水罐和天然氣儲存中心；儲水罐為水電制氫系統(tǒng)提供原料h2o；天然氣儲存中心分配給超臨界二氧化碳熱電聯系統(tǒng)的ch4，經過壓縮機壓縮，形成液態(tài)天然氣后，送入超臨界二氧化碳熱電聯產組件。

5.如權利要求4所述的區(qū)域多能源控制系統(tǒng)，其特征在于，作為燃料的lng和作為助燃劑的o2同時被輸入超臨界二氧化碳熱電聯產組件參與燃燒反應；當o2不足時，則需輸入空氣，通過空氣分離裝置，分離出o2進行補充；超臨界二氧化碳熱電聯產組件輸出熱負荷和電負荷，熱負荷分別分流向熱用戶和儲熱設備，電負荷則在滿足系統(tǒng)用電后與新能源產生的電能匯集；其中，負荷的配比優(yōu)先級為：熱負荷＞電負荷；熱負荷的分配優(yōu)先級為：儲熱設備優(yōu)先級＞用戶熱負荷優(yōu)先級；超臨界二氧化碳熱電聯產組件運行產生的h2o和高濃度co2經不同管道運輸，送至對應的儲水罐和二氧化碳儲罐，分別作為電解水制氫系統(tǒng)和甲烷化反應器的原料進行循環(huán)使用。

6.一種區(qū)域多能源控制方法，其特征在于，包括：

7.如權利要求6所述的區(qū)域多能源控制方法，其特征在于，目標函數為：

技術總結
本發(fā)明公開一種區(qū)域多能源控制系統(tǒng)和方法，通過甲烷化反應器，深度耦合超臨界二氧化碳熱電聯產機組、電解水制氫系統(tǒng)、沼氣池、沼氣提純裝置，將CO<subgt;2</subgt;、H<subgt;2</subgt;O、H<subgt;2</subgt;、O<subgt;2</subgt;、CH<subgt;4</subgt;進行循環(huán)利用，實現二氧化碳的近零排放；運行時，充分利用農村可再生能源，實現冷、熱、電、氣等多能量形式輸出。采用本發(fā)明的技術方案，可以有效提高系統(tǒng)的能源利用效率，達到節(jié)能、減排、降費的目的。

技術研發(fā)人員：許小峰,胡宇,毛加晶,陶永文
受保護的技術使用者：華北電力大學（保定）
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/9