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基于粒子群算法的风电热泵混合储能系统容量配置优化的思考

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  • 用途: 硕士毕业论文 Master Thesis
  • 作者:上海论文网
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  • 论文字数:45655
  • 论文编号:el202203011341100
  • 日期:2022-04-02
  • 来源:上海论文网

电力论文哪里有?本文通过 DeST 软件建立建筑模型,并对供暖负荷进行模拟,同时对于风电资源进行风力发电机出力建模得到全年的风电运行曲线,可以看到建筑供暖负荷的高峰出现在 1 月、2 月和 12 月,而风电资源的高峰出现在 4 月、7 月、8 月。供暖负荷和风电负荷的高峰不匹配,需要储能系统进行调控。


第 1 章  绪论


1.2 国内外研究现状

1.2.1 储能技术

储能设备具有消除昼夜峰谷差,实现平滑输出、调峰调频和备用容量的作用,可以将风电等不稳定的可再生资源转换为稳定、持续的能源,减少弃风等现象的发生[21]。在将来的风电等新能源消纳技术中,电网生态与独立混合储能协同作用将成为新的发展趋势,将会有越来越多的风电等不稳定可再生资源借助大容量大规模的储能设备技术成为稳定的可持续的能源,平稳接入用户负荷。

目前的可再生能源的储能设备以及系统的运行等关键技术仍在探索阶段,大规模储能设备仍然比较昂贵,且没有相对应的设备容量配置依据,往往造成投资成本的浪费。供暖期热负荷的增加不可避免地导致热电联产机组的输出热功率居高不下,从而造成供暖期弃风问题严重。对于不稳定的风能资源,储能系统能够很好的稳定风电资源。目前储能系统在可再生能源的利用较为广泛,是第三次供暖革命的关键技术。储能系统形式主要分为机械储能、蓄电储能、热能储存三类[22]。

机械储能能够将各种势能转化为系统机械能进行储存,具有较高的能源转化效率,主要应用形式有抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能,具体应用形式见表 1.1[23]。

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第 3 章  风电混合储能系统的数学建模


3.1 风电热泵储能系统供热模式

3.1.1 风能热泵供暖系统结构

本文主要探讨的是构建合理的风电热泵系统,通过建筑群的能耗模拟进行集中供暖和其他能源需求,建立以风电为主的区域能源系统[67]。本文设计的能源系统主要考虑较为偏远地区提供能源需求。风电区域能源系统主要由风力发电机、水源热泵、及蓄热、储冷水箱等三大组成部分构成。

(1)风力发电机承担风能转换为电能的作用。风力发电机在实际运行中,除了检修期外一般不会停机。本文结合全年的风电数据和风力发电机的出力功率可以得到单台风力发电机全年的风力发电功率,提供本次能源系统的全部动力来源。

(2)热泵系统可以将风电的电能转化为热能,且具有较高的运行效率。水源热泵系统在本次的能源系统中属于能源的输出,承担整个系统能源转换,在整个系统的分析过程中,只考虑制热量对于热泵性能的影响,不考虑其他的因素。

(3)蓄电和储能装置是整个能源系统的核心装置,可以保障热泵的平稳运行,以及能源系统供暖供冷的质量[68]。本次的蓄电系统采用能量型的蓄电池,采用集成锂电池储能电池组,以便大型能源系统的使用。

(4)蓄热系统以集成式的固体蓄热机组为主[69]。蓄电和储能装置是整个系统运行策略调节的核心,通过能源系统的蓄能装置可以在不同的季节进行调节。其中蓄热水箱在系统主要的蓄热能力是存有相变材料的蓄热单元承担,同时蓄热水箱起着应对管网波动补水定压的作用。


第 5 章  风电混合混合储能系统仿真研究


5.1 TRNSYS 系统的建立


5.1.1 TRNSYS 软件介绍

TRNSYS 可以对能源系统、动力系统进行仿真模拟,且 TRNSYS  软件具有模块化分析的特色[84]。可以分为不同的小系统,每个一个小系统实现一个特定的功能,最后组合到一起即可完成对整个系统的瞬时仿真模拟。系统的模块化设计板块取代了复杂的设备系统编程,只有要清楚系统之间的运行公式和系统的参数设置就可以实现目标的需求  [85]。本章通过 TRNSYS 系统的小系统功能能建立风能蓄电系统、热泵蓄热系统、供暖系统等进行组合配置,完成了风能热泵混合储能供暖系统平台的搭建。对于能源系统能够有很好的预测和指导设计,通过系统的仿真设计可以节省大量资源,优化能源系统。

5.1.2 TRNSYS 模型建立流程 本课题通过改造设计已有的电蓄热供暖系统,并在 TRNSYS 平台搭建风电热泵混合储能系统。系统的耗能设备主要包括吸收式热泵机组、配套循环水泵、生物质热源锅炉等。采用 TRNSYS 对供暖系统进行全年运行模拟,得出系统的供暖能力,分析影响热泵效率的因素,并提出优化措施。采用 TRNSYS 进行动态模拟,主要分为以下几个步骤[86]:

(1)添加风电热泵混合储能系统的供暖系统所需的部件。

(2)定义系统中的建筑负荷、风力发电量、水源热泵制热量、水泵参数等。

(3)利用计算器模块系统之前的运行方案,转化为数学模型。

(4)按照系统所需要的设备和必备附件,确定设定连接的参数,进行模拟运行。

(5)根据系统的能源导向和系统各设备的数学模型进行内部连线,设置公式。

(6)出力模拟结果,对模拟的数据进行分析验证,同时调节模型。

(7)对系统结果进行导出,绘制图表,进行分析与讨论。


5.2 热泵蓄热系统的运行能效分析

风能蓄电系统是本系统的重要子系统,承担电能的输出和储存,保证系统的能源供给。本文通过系统模拟,得到风力发电机在模拟过程中的运行状态,和蓄电系统平均的 SOC 曲线。蓄电系统的电流波形。热泵蓄热系统是系统的能源动力系统,承担着热能的产生和储存,能够为用户提供持续的热能。根据系统的模拟结果,观察日变化区间的蓄电系统、热泵、固体蓄热机组的逐时运行规律,研究日曲线变化能够分析负荷特点研究系统内部的运行规律,典型日的供暖量曲线变化见图 5.3。

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第 6 章  结论与展望


6.2  展望

本文主要针对混合储能系统容量优化配置问题进行了研究,并取得了一定的成果。 但是由于作者本人水平有限,系统的研究内容还需进一步深化。因此本课题可以从以下两个方面进一步推进:

(1)本文选取了一年的数据进行了设备选型和运行优化,对于典型日的分析不够精确,需要扩展到逐时的供暖进行分析。

(2)本文在混合储能系统容量优化配置中主要考虑了北方地区的储能装置选址与分布问题,应该全面研究风电的供冷和供暖问题。本文选取选取了一年的数据进行了设备选型和运行优化,对于典型日的分析不够精确,需要扩展到典型月和典型日进行分析。

(3)本章系统的实现,需要精密的电气设施和自控系统,本章对电气系统和自控系统没有涉及,需要加强这方面的研究。

参考文献(略)

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