胺法脱碳系统动态特性及控制策略研究

由于电力需求的波动,受上游碳捕集电厂负荷变化的影响,胺法脱碳系统本质上是一个动态系统。但绝大多数关于胺法脱碳系统的研究是基于稳态运行方式展开的,对碳捕集系统动态研究还处于起步阶段。文中基于一个典型的燃煤电厂胺法脱碳装置,应用Aspen Dynamics软件建立胺法脱碳系统动态模型。研究了带基本控制结构胺法脱碳系统在再沸器热功率、烟气流量及烟气组分阶跃变化时,吸收和再生过程的动态响应特性。结果表明,在阶跃扰动下,CO2脱除率发生阶跃变化。为了实现固定的CO2脱除率,提出2种比例控制策略,根据烟气处理量及组分浓度变化,分别通过调节贫液流量及贫液CO2担载量来保持固定的CO2脱除率。动态分析表明,在烟气流量及组分阶跃变化时,2种控制策略下的胺法脱碳系统均可以实现固定的CO2脱除率。     

胺法脱碳系统动态特性及控制策略研究EI北大核心CSCD

由于电力需求的波动,受上游碳捕集电厂负荷变化的影响,胺法脱碳系统本质上是一个动态系统。但绝大多数关于胺法脱碳系统的研究是基于稳态运行方式展开的,对碳捕集系统动态研究还处于起步阶段。文中基于一个典型的燃煤电厂胺法脱碳装置,应用Aspen Dynamics软件建立胺法脱碳系统动态模型。研究了带基本控制结构胺法脱碳系统在再沸器热功率、烟气流量及烟气组分阶跃变化时,吸收和再生过程的动态响应特性。结果表明,在阶跃扰动下,CO2脱除率发生阶跃变化。为了实现固定的CO2脱除率,提出2种比例控制策略,根据烟气处理量及组分浓度变化,分别通过调节贫液流量及贫液CO2担载量来保持固定的CO2脱除率。动态分析表明,在烟气流量及组分阶跃变化时,2种控制策略下的胺法脱碳系统均可以实现固定的CO2脱除率。     

兼顾捕碳强度与可再生能源消纳的储能容量配置优化方法

碳捕集技术是实现发电行业碳达峰和碳中和目标的重要手段。传统碳捕集机组在灵活运行方式下参与可再生能源消纳时，将丧失一定的捕碳强度，无法在深度脱碳条件下灵活地进行可再生能源消纳。为此，面向碳捕集电厂和可再生能源电源，该文提出一种新型捕碳储能系统，主储能系统用于可再生能源消纳，次储能系统协助碳捕集机组实现电碳解耦，并分析瞬态与动态电碳解耦特性。在该捕碳储能系统架构下，基于KL散度刻画风电和光伏出力的不确定性，并构建储能容量配置的分布鲁棒优化模型。最后，通过算例分析进行仿真验证，结果证明了储能容量配置模型的有效性，验证了所提捕碳储能系统可提高可再生能源消纳水平的同时保证高捕碳强度。     

计及灵活运行碳捕集电厂捕获能耗的电力系统低碳经济调度

针对碳捕集设备会产生较大捕获能耗成本的问题,采用灵活捕获运行模式调节碳捕集设备的捕获水平以降低捕获能耗成本,同时利用储液罐实现捕获能耗时移.通过需求响应削峰填谷增加负荷峰值时碳捕集设备捕获能力并提高风电利用率,从而降低捕获能耗成本和碳排放.以降低捕获能耗、提高碳捕集设备灵活性为目标,建立碳捕集电厂灵活捕获和溶剂存储模型.以系统总调度成本最小为目标,构建采用灵活运行模式的碳捕集电厂并计及需求响应的电力系统低碳经济调度模型.最后基于改进的IEEE 30节点系统对所建立的模型进行仿真,算例分析结果表明,所建模型可有效减少系统总调度成本,降低系统碳排放,提高系统风电消纳能力.     

风电-碳捕集电厂联合运行的电力系统优化调度

碳捕集电厂的灵活运行方式使得其净出力的快速可调成为可能,利用碳捕集电厂灵活运行方式,将风电和碳捕集电厂联合调度,平抑风电的波动性,减小风电波动对系统造成的影响。通过引入火电机组成本、碳交易成本和风-碳捕集电厂联合出力波动最小的目标函数,兼顾系统的经济、低碳、安全效益。通过多目标粒子群算法求解模型,并用混沌搜索减小碳捕集电厂总出力对平抑风电波动的影响,通过改变权系数转换矩阵参数实现调度的灵活可调。算例分析验证所提模型的可行性和有效性。     

基于风电-碳捕集电力系统的灵活性调峰策略

高比例风电并网增大了电力系统调峰负担,因此亟需提高电力系统调峰灵活性,助力新型电力系统低碳-零碳化的发展。分析碳捕集电厂优良的调峰性能及其用于调峰辅助服务的必要性,并论证碳捕集电厂低碳特性在碳交易中发挥的积极作用,由此提出碳捕集电厂灵活性调峰的运行策略,并阐述所提策略的低碳性与经济性。构建以电力系统综合成本最优为目标的风电-碳捕集调度模型,并基于此模型对比不同灵活运行方式下碳捕集电厂的低碳性能与经济效益。最后,在改进的IEEE 39节点系统中进行仿真,结果验证了所提模型可有效协调调峰资源,在满足电力系统调峰需求的同时降低系统的碳排水平与运行成本。     

基于相对捕集度的碳捕集电厂灵活运行多目标优化决策分析

碳捕集设备的灵活运行模式给碳捕集电厂带来了更多的运行调控策略,在灵活运行模式的基础上,定义了相对捕集度的概念,根据相对捕集度推导出灵活运行模式下的运行公式。给出了碳捕集设备的启动能耗公式。基于相对捕集度,以减排量和机组煤耗作为目标函数,运用多目标细菌群体趋药性算法对目标函数进行优化,同时完成发电机组间的出力优化分配。最后以单个碳捕集电厂为例,将基准运行模式和灵活运行模式进行了对比分析,并通过减耗率的大小来评价灵活运行模式优化的效果,仿真结果说明了所提方法的有效性。     

碳捕集电厂不同运行方式的电碳特性分析

碳捕集电厂具有成为未来重要电源建设选项的巨大可能性。在深入考察碳捕集电厂的技术原理、工作流程与能量流关系的基础上,深入研究了碳捕集系统内部各个功能环节的协调关系以及灵活运行的机理,从本质上定义并分析了碳捕集电厂的各类典型运行方式,包括基准运行、烟气分流、富液分流、溶液存储以及综合灵活运行方式。针对每一类典型的运行方式,深入分析了碳捕集电厂所对应的电碳特性。最后,以一台典型碳捕集电厂为实证对象构建算例,验证了所得出的研究结论。     

基于多阶段不同政策机制的低碳电力调度模型

碳捕集技术是现阶段电力行业实现低碳目标最重要的手段之一,同时碳捕集电厂具有良好的运行特性。目前制约碳捕集技术在电厂应用的主要原因是建设成本和运行成本过大,所以制定与碳捕集技术发展相配套的激励措施和机制已经成为实现低碳电力发展的关键。首先分析了碳捕集电厂具备的优良运行特性及其为风电等间歇性电源并网提供备用资源的能力;接着分析了电厂碳捕集系统的成本构成对火电厂能耗和发电成本的影响,总结了在碳捕集技术发展的各个阶段,政府应分别采取的相应的行政手段和一定的市场机制提高碳捕集电厂的经济竞争力;针对碳捕集技术发展的不同阶段,分别建立了各个阶段适应不同政策机制的低碳调度决策模型,这些模型均以机组出力和碳捕集量为优化变量。最后通过仿真算例,证明了在多阶段过程中所提模型的有效性和适用性。     

考虑碳捕集电厂综合灵活运行方式的低碳经济调度

碳减排是能源革命的目标之一,大力发展风电是实现低碳的重要举措。随着风电渗透率的提高,电力系统的调峰压力骤增。储液式碳捕集电厂可通过储液罐进行"削峰填谷",同时实现火电机组低碳化,是风电理想的配合电源。考虑碳捕集电厂储液式和分流式相结合的综合灵活运行方式,建立含风电的电力系统低碳经济调度模型,兼顾低碳性和经济性。首先,对碳捕集电厂储液式和分流式运行的能流特性进行研究,并考虑其调峰特性,分析碳捕集电厂综合灵活运行相对于分流式运行的优势;其次,建立考虑碳捕集电厂综合灵活运行方式的低碳经济调度模型;最后,基于CPLEX对含碳捕集电厂的IEEE 39节点电力系统进行仿真,结果证明所提方法的有效性,可为电力系统低碳经济调度提供参考。     

碳捕集电厂灵活运行方法评述与展望

碳捕集电厂将赋予未来电力行业全新的运行模式和发展机制,具有深远的现实意义和研究价值。目前,尽管整个碳捕集技术领域得到了较多关注,但绝大多数仅针对碳捕集电厂的基准运行工况与静态运行方式展开研究,而对碳捕集电厂灵活运行方法的研究还处于起步阶段。文中分别从电厂层面和电力系统层面详细分析和展望了碳捕集电厂灵活运行方法的发展潜力、实现方式和技术特性,揭示了灵活运行的碳捕集电厂所具有的良好运行性能,指出碳捕集电厂将为电力系统带来巨大的效益提升空间。文中揭示了未来碳捕集电厂灵活运行方法这一领域的研究重点和发展方向,力图建立完整的碳捕集电厂灵活运行方法研究框架,以期为相关研究提供分析方向和研究思路。     

考虑碳捕集与CVaR的电力系统低碳经济调度

碳捕集电厂能够实现高碳火电的低碳化，是降低碳排放的有效举措之一。伴随着风电渗透率的不断增加，且风电出力具有间歇性等特点，给电力系统带来巨大的调峰压力。通过综合灵活运行碳捕集电厂中的溶液存储设备进行“能量时移”，以解决系统接入大规模风电所造成的调峰问题。同时考虑到风电的随机性会增加调度运行中的风险，引入金融风险管理方法中的条件风险价值(conditional value-at-risk, CVaR)对调度运行中的风险成本进行度量，以系统运行经济性最高为目标，建立计及CVaR含碳捕集电厂与风电电力系统的综合低碳优化调度模型。通过仿真算例证明了所提模型的可行性，在有效降低系统的碳排放与运行风险的同时保证系统经济性最优。     

考虑源荷低碳特性互补的含风电电力系统经济调度

碳捕集电厂与风电协调配合是实现电力系统低碳化的重要手段,由于碳捕集电厂能耗高且风电存在反调峰特性导致负荷高峰时段二者存在低碳配合问题。针对上述问题,首先,在源侧引入碳捕集电厂综合灵活运行方式,在荷侧考虑需求响应,分别论述源荷两侧的低碳机理及其局限性,并探讨两种手段低碳特性互补的调度优势,由此给出源荷互补的电力系统低碳实现机制;其次,在考虑系统不确定性的前提下,构建以电力系统综合成本最优为目标的低碳经济调度模型;最后,在含碳捕集电厂的改进IEEE-39节点系统中进行仿真验证,结果证明该文所提调度方法能够有效结合源荷两侧资源进行优化,提高系统风电消纳能力与运行效益的同时实现低碳排放的目标。     

考虑灵活碳捕集电厂与抽水蓄能联合的广义经济调度策略

“双碳”背景下,灵活碳捕集电厂成为风光大规模并网后保供电和低碳化的重要过渡电源之一;然而,因其储液容量制约和风光反调峰特性造成系统在应对持续增大的负荷峰谷差时存在局限,容易造成风光流失且碳经济性不高。为此,该文引入具有双向快速功率调节能力的大容量储能-抽水蓄能,提出一种基于灵活碳捕集电厂与抽水蓄能联合的广义经济调度策略;广义经济调度综合电厂运行成本、电网净负荷经济效益、碳经济效益等多种元素。首先充分利用能耗时移特性和抽水蓄能的双倍调节能力,结合净负荷典型峰谷特征制定二者联合运行在电碳解耦下“峰互补、谷协同”机制,实现深度调峰下兼顾碳捕集和新能源消纳;进而构建电-碳市场下考虑灵活性约束等因素的广义经济成本最小为目标的调度模型,用模糊参数表征净负荷的不确定性,采用改进灰狼算法求解。仿真结果表明所提两者联合的广义经济调度策略相较于仅考虑灵活碳捕集电厂,综合成本降低25.33%,碳排放量减少18.71%,弃风弃光成本下降98.70%,验证了所提联合调度策略的优越性。     

压气机抽气调控的燃气轮机电站系统动态特性分析

为进一步提高电站燃气轮机负荷爬坡速率，缩短电网负荷响应时间，增强燃气轮机电站系统调频服务市场竞争力，基于集总参数法和能量、动量、连续性方程，采用模块化建模方法，在MATLAB/Simulink仿真平台上建立了压气机抽气调控的燃气轮机系统动态模型。利用ThermoFlex和电厂运行数据分别验证了模型的稳态特性和动态特性，证明了模型的可靠性。功率-流量、温度-阀门开度采用PID控制器，通过试凑整定参数，保证了系统参数变化更加平滑稳定。分别模拟了20%、40%阶跃降负荷和20%斜坡降负荷指令下系统动态响应，并与传统燃气轮机调峰机组进行对比。结果表明:暂不考虑抽气系统储能利用，虽然抽气系统在效率方面劣于基准系统，但阶跃降负荷下抽气系统表现出更快的负荷调节速率。研究可为压气机抽气储能提升电站燃气轮机调峰调频潜力提供理论参考。     

考虑充放电策略的换电站与风电-碳捕集虚拟电厂的低碳经济调度

风电-碳捕集虚拟电厂与换电站均具有一定程度的低碳性能,有助于电力系统低碳化。考虑系统源荷两侧低碳配合问题,提出一种考虑充放电策略的换电站与风电-碳捕集虚拟电厂协调低碳调度方法。在源侧引入了采用综合灵活运行方式的碳捕集电厂与风电场聚合,形成风电-碳捕集虚拟电厂,在荷侧考虑了具备“源荷”双重角色的换电站,并制定充放电策略,分析二者各自在低碳运行方面的不足之处,研究二者的低碳互补问题,并建立了以系统综合成本最优为目标函数的低碳经济调度模型。最后,采用改进的IEEE 30节点系统进行仿真验证,算例结果表明所提调度模型能在提高全网风电消纳能力的同时,实现系统低碳经济运行。     

计及电转气协同的含碳捕集与垃圾焚烧虚拟电厂优化调度

为了促进多能源互补及能源低碳化,提出了计及电转气协同的含碳捕集与垃圾焚烧虚拟电厂优化调度模型。通过引入碳捕集电厂–电转气–燃气机组协同利用框架,碳捕集的CO2可作为电转气原料,生成的天然气则供应给燃气机组;并通过联合调度将碳捕集能耗和烟气处理能耗进行负荷转移以平抑可再生能源波动,使得风电/光伏实现间接可调度而被灵活利用。鉴于所建优化模型具有高维非线性的特点,求解难度大,设计一种新型的反余切复合微分进化算法对模型进行求解。仿真结果表明,所提出的模型和方法具备削峰填谷效用并能提升可再生能源消纳,可有效降低虚拟电厂成本和碳排放量。     

计及碳捕集的含新能源电网低碳调度策略

摘 要：在碳达峰、碳中和背景下,碳捕集机组可有效降低电力系统碳排放。但是在含新能源的电网中碳捕集机组频繁参与系统调峰会降低系统的经济性。为此,本文首先在分析灵活运行碳捕集机组运行原理和碳交易工作机制的基础上,提出引入抽水蓄能机组辅助碳捕集机组参与系统调峰,以促进风电消纳,使碳捕集机组更专注捕碳工作并降低系统碳排放量。然后针对风电并网后的不确定性,引入模糊理论,将系统功率约束中风电和负荷用模糊参数表示,使约束转变为基于可信性的模糊机会约束,运用清晰等价类将模糊机会约束清晰化。以系统净收益最高为目标函数,综合考虑机组上网收益、抽蓄收益、碳交易收益、运行成本以及系统安全性约束等因素,构建了碳捕集-抽蓄联合运行模型,最后通过CPLEX求解模型。仿真结果验证了引入抽蓄机组后系统净收益提高了7.62%,碳排放降低了7.01%;兼顾了系统的经济性和环保性。     

双碳量约束下风电–碳捕集虚拟电厂低碳经济调度

风电–碳捕集虚拟电厂由出力间歇且波动的风电机组和碳捕集机组聚合而成,可实现内部协同优化,整体参与电网调度。为更准确描述储液式碳捕集机组的捕集流程,将捕集系统正在处理的CO2量的传统单碳量形式,改进为再生塔正在处理的CO2量和吸收塔正在处理的CO2量的新型双碳量形式,并将其计入机组运行约束。以各时段内该虚拟电厂在电力市场与碳交易市场中的净收益最大化为目标,构建了日前–实时双阶段低碳经济调度模型。以日前调度结果作为虚拟电厂申报出力;在实时调度阶段,动态修正碳捕集机组的净输出功率,并辅以储能电池,以克服风电出力变化导致虚拟电厂实际出力偏离其申报值的难题。仿真结果表明,所提双碳量模型合理且正确。虚拟电厂联合运行模式可协调优化其内部各单元的出力安排与碳排放水平,使风电成为可调度资源,从而获得更高的运行收益;相较于虚拟电厂独立运行模式,可较大减少平衡出力偏差所需的储能电池配置容量,并能获得更显著的碳减排效益和更高的经济效益。同样条件下与传统单碳量模型相比,采用改进双碳量模型所需的储能电池配置容量将减少,且更经济和低碳。     

考虑碳捕集电厂综合灵活运行下的含P2G和光热电站虚拟电厂优化调度

为了实现电力系统能源低碳化,大力发展碳捕集与封存技术和风光等新能源是低碳化的重要举措。但碳捕集电厂的最小出力技术约束和风电的反调峰特性限制了风电消纳和碳减排,利用碳捕集灵活运行方式下储液罐进行“能量时移”和“碳转移”,间接消纳风电和减少碳排放。利用碳捕集设备捕集的CO₂作为电转气原料,降低碳封存成本和电转气成本,进一步消纳弃风电量并获得售气收益。由于负荷具有早晚高峰特性,因此利用含储热式光热电站的良好调峰性能将白天的部分热量转移至晚高峰发电,缓解系统调峰压力。为此,文章构建了碳捕集电厂综合灵活运行下含电转气和光热电站虚拟电厂优化调度模型。并运用Matlab软件中YALMIP工具包中的商用求解器Cplex对模型进行优化计算。仿真结果表明,所提模型能进一步减少弃风、减少碳排放和缓解调峰压力。