基于供热系统建模对弃风消纳问题的研究

作     者：郝云飞 

作者单位：东北电力大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张立栋

授予年度：2021年

学科分类：080702[工学-热能工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：风电消纳 供热系统 EBSILON仿真 工业余热 蓄热罐 

摘      要：我国“三北地区主要的供热方式是燃煤供热,燃煤供热带来了严重的环境污染问题,加剧了二氧化碳的排放。为了促进实现我国“2030年碳达峰,2060年碳中和的目标,清洁能源替代化石能源逐渐成为有效降低碳排放的重要手段,多热源协同供热同样成为了倡导的供热方式。本文主要利用EBSILON建模仿真软件对接入清洁能源的供热系统进行了模型的搭建,在利用实际供热系统的历史运行数据验证了模型正确性的基础上,结合不同供热时期不同供热方式下清洁能源的消纳量以及二氧化碳的减排量,最终确定了不同供热时期合理的供热策略。首先对蓄热罐与供热系统源-荷两侧不同的连接方式进行了相关研究,最终根据实际情况选择了蓄热罐与一次网间接连接的方式。在该连接方式下得出相关结论:较高的蓄热罐罐内温度可以使热电机组热出力水平降低程度更大,极端情况下可以取代热电机组来满足热用户的热需求;在一定的罐内温度下,蓄热罐循环流量越大,蓄热罐提供的热量就越多,热电机组热出力水平就越低。另外蓄热罐容积越大,其所能储存的能量就越多,在某一出口流量下维持的放热时间就越长,相对而言,其建设成本也会随之增大,在建设投资过程中同样需要考虑。其次本文提出了风电协同热电联产机组的供热策略,并利用EBSILON仿真软件完成了模型的搭建。在此基础上,针对不同供热时期制定了相应的供热方式,结果表明:供热初期采用只利用蓄热罐供热的方式且该方式下风电消纳量最大;供热中期采用控制热电机组出力协同蓄热罐供热的供热方式,且该方式下风电消纳量居中,综合考虑是明智的选择;供热末期采用控制热电机组出力协同蓄热罐供热的方式,虽然该方式下弃风消纳量最小,但相比传统供热方式具有一定的优越性。另外对不同热电联产机组热出力水平下的电力、热力平衡及弃风消纳量进行比较得出,随热电联产机组热出力水平的逐渐升高,风电供热系统的弃风消纳量逐渐降低。最后本文提出了工业余热协同热电联产机组的供热策略,并利用EBSILON仿真软件完成了模型的搭建。在此基础上,针对间断性与非间断性的工业余热在不同供热时期结合工业余热出力特性及不同供热方式下风电消纳情况的比较,结果表明:对于两种不同性质的工业余热协同热电联产供热时,整个供热周期均采用控制热电机组出力,工业余热协同配合的供热方式较为合理。同时,本文提出了风电、工业余热协同热电联产机组的供热策略,并完成了模型的搭建。经过对不同供热时期不同供热方式下供热系统经济性以及工业余热利用情况、弃风消纳量情况进行对比,得出供热初期采用停运热电联产机组,利用蓄热罐协同工业余热完成供热,在该方式下实现了弃风消纳量最大化,具有较好的环境效益;供热中期及供热末期均采用控制热电机组出力,蓄热罐协同工业余热完成供热的方式,在控制热电机组出力方式下虽然弃风消纳量以及工业余热利用量均有所下降,但是热电机组的安全经济性得以保障。