申请/专利权人：中国矿业大学

申请日：2023-05-22

公开（公告）日：2024-04-30

公开（公告）号：CN116608078B

主分类号：F03B13/00

分类号：F03B13/00;F03B13/02;F03B13/06;F03D9/00;F03D9/25;H02S10/12;G06F17/18

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.30#授权;2023.09.05#实质审查的生效;2023.08.18#公开

摘要：本发明公开了一种基于清洁能源的矿山高品质能源‑资源协同产出系统，包括可再生能源电站、煤矿综合能源系统、废弃矿井抽水蓄能系统，适用于可再生资源、煤矿伴生能源和采后地下空间资源的综合利用与协同调度。对于新老矿区的梯次利用，在废弃矿井的地上与地下巨大空间发展可再生能源与矿山抽水蓄能，实现了煤矿采中伴生能源高效利用，采后余留资源的再利用，以及清洁能源的高比例消纳；对于可再生能源进行综合开发利用，结合开采矿山，就地消纳可再生能源，改善可再生能源的间歇性、波动性，将传统矿山转变集“矿‑风‑光‑热‑储”一体化的传统能源与新能源耦合的用能系统。本发明还公开了一种基于清洁能源的矿山高品质能源‑资源协同产出方法。

主权项：1.一种基于清洁能源的矿山高品质能源-资源协同产出方法，其特征在于：采用基于清洁能源的矿山高品质能源-资源协同产出系统实现，所述矿山高品质能源-资源协同产出系统包括：煤矿综合能源系统，包括用能负荷和衍生能源利用，所述用能负荷包括柔性可控负荷和常规负荷；可再生能源电站，包括分布式的可再生能源发电设备和并网控制设备；废弃矿井抽水蓄能系统，包括抽水蓄能装置、上水库和下水库，用于平抑可再生能源出力的间歇性、波动性；所述抽水蓄能装置包括地下抽水机组和水力发电机组；所述可再生能源电站、废弃矿井抽水蓄能系统以及煤矿综合能源系统通过区域内输电线路形成区域型电力网络，所述区域型电力网络与外部电网之间连接交互；所述可再生能源电站与所述废弃矿井抽水蓄能系统之间的电能互补以所述外部电网的电价实现，且：当所述可再生能源电站与所述废弃矿井抽水蓄能系统的发电可以满足所述煤矿综合能源系统的用电需求时：在电价谷和电价平时段：若所述可再生能源电站出力大于煤矿综合能源系统的生产运行需要，则盈余的电能则输送到所述废弃矿井抽水蓄能系统，进行抽水蓄能；若所述可再生能源电站出力小于煤矿综合能源系统的生产运行需要，所述废弃矿井抽水蓄能系统放水发电仅对可再生能源出力的不足进行补充，以满足所述煤矿综合能源系统的负荷需求；在电价峰时段：在满足所述抽水蓄能装置容量、爬坡约束的条件以及所述区域型电力网络的调峰需求的条件下，所述可再生能源电站和所述废弃矿井抽水蓄能系统的发电盈余对所述外部电网送电；当所述可再生能源电站与所述废弃矿井抽水蓄能系统的发电不能满足所述煤矿综合能源系统的用电需求时，则从所述外部电网购电；所述方法包括如下步骤：步骤一：分别建立可再生能源电站的出力预测模型、废弃矿井抽水蓄能系统的充放电模型和煤矿综合能源系统的用能负荷模型及衍生能源利用模型；步骤二：基于所述矿山高品质能源-资源协同产出系统的供能和用能特征参数和历史运行数据，采用聚类分析算法对所述可再生能源电站的出力进行预测，同时结合废弃矿井抽水蓄能系统的充放电模型、用能负荷模型、衍生能源利用模型和所述外部电网的电价，设定运行优化变量和目标函数并求解；步骤三：根据求解结果设定所述废弃矿井抽水蓄能系统的启停计划以及所述煤矿综合能源系统的需求侧响应调度策略；所述衍生能源利用模型包括：抽采瓦斯发电模型： 其中，为t时刻燃气轮机发电功率，ηGT为发电效率，为t时刻消耗的煤矿瓦斯流量，为煤矿瓦斯中甲烷体积分数，为瓦斯发电模块自消耗电率；为甲烷的热值；涌水余热利用模型： 其中，为t时刻热泵热功率输出，ηHP为热泵转化效率，为t时刻涌水流过的体积，ρgw为涌水的密度，Cgw为涌水的比热容；ΔT为热泵调度时间周期；乏风蓄热氧化模型： 其中，为t时刻蓄热氧化装置的热功率输出，ηRTO为产热效率，为t时刻乏风中甲烷浓度，Ccm为乏风低位热值，为t时刻输入到蓄热氧化装置中甲烷的流量；所述步骤二中，目标函数为： 其中，Csys为系统用能总成本；分别为燃气轮机在t时刻的用能成本与发电功率；分别为热泵在t时刻的用能成本与发电功率；为第i个设备的运行与维修费用；分别为氧化锅炉、燃气轮机、热泵在t时刻的发热功率；分别为抽水蓄能装置在t时刻的充放电功率；分别为储能装置在t时刻的充放电功率；分别为协同产出系统在t时刻的购售电价格；分别为在t时刻的购售电功率；热功率平衡约束为： 其中，为t时刻煤矿热负荷功率；为t时刻热泵热功率输出；为t时刻氧化锅炉的发热功率；电功率平衡约束为： 其中，分别为光伏与风力发电在t时刻的发电功率；为t时刻燃气轮机发电功率；Pt为t时刻煤矿综合能源系统生产用电需求。

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百度查询： 中国矿业大学 基于清洁能源的矿山高品质能源-资源协同产出系统及方法

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