本发明提供了一种低碳综合能源系统仿真建模方法及系统，包括：基于预先构建的低碳综合能源仿真模型库，在仿真平台根据仿真目标搭建低碳综合能源系统，并配置所述低碳综合能源系统各设备模块参数；通过仿真平台对所述低碳综合能源系统来进行能源转化调试，完场仿真模型封装；其中，所述低碳综合能源系统包括耦合的综合能源系统、碳捕集或应用技术和绿氢生产储用技术。本发明通过将综合能源系统、碳捕集或应用技术、绿氢生产储用技术相互耦合构建的低碳综合能源系统仿真建模的方法，可以缩短能量管理系统的开发和验证周期、提升研发效率、降低

  (19)国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 CN 116305894 A (43)申请公布日 2023.06.23 (21)申请号 5.3 G06Q 50/06 (2012.01) G06F 113/04 (2020.01) (22)申请日 2023.02.28 (71)申请人 中国电力科学研究院有限公司 地址 100192 北京市海淀区清河小营东路 15号 申请人 国家电网有限公司 (72)发明人 吴云召段青盛万兴沙广林 孟晓丽史常凯马春艳丛炘玮 张姚刘璐蔺海丽王昊晴 赵彩虹李佳 (74)专利代理机构 北京安博达知识产权代理有 限公司 11271 专利代理师 徐国文 (51)Int.Cl. G06F 30/20 (2020.01) 权利要求书3页 说明书11页 附图4页 (54)发明名称 一种低碳综合能源系统仿线)摘要 本发明提供了一种低碳综合能源系统仿真 建模方法及系统，包括 ：基于预先构建的低碳综 合能源仿真模型库，在仿真平台根据仿真目标搭 建低碳综合能源系统，并配置所述低碳综合能源 系统各设备模块参数；通过仿真平台对所述低碳 综合能源系统来进行能源转化调试，完场仿真模型 封装 ；其中，所述低碳综合能源系统包括耦合的 综合能源系统、碳捕集或应用技术和绿氢生产储 用技术。本发明通过将综合能源系统、碳捕集或 应用技术、绿氢生产储用技术相互耦合构建的低 碳综合能源系统仿真建模的方法，可以缩短能量 A 管理系统的开发和验证周期、提升研发效率、降 4 低开发成本，具有较高的经济和科研价值。 9 8 5 0 3 6 1 1 N C CN 116305894 A 权利要求书 1/3页 1.一种低碳综合能源系统仿真建模方法，其特征是，包括： 基于预先构建的低碳综合能源仿真模型库，在仿真平台根据仿真目标搭建低碳综合能 源系统，并配置所述低碳综合能源系统各设备模块参数； 通过仿真平台对所述低碳综合能源系统来进行能源转化调试，完场仿真模型封装； 其中，所述低碳综合能源系统包括耦合的综合能源系统、碳捕集或应用技术和绿氢生 产储用技术。 2.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述低碳综合能源仿真模型库至少包括下述 中的一种或多种模型：光伏模型、风机模型、电储能模型、电网模型、燃气轮机模型、溴化锂 机组模型、水蓄能模型和建筑负荷模型。 3.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述低碳综合能源系统至少包括下述中的一 种或多种子系统：电力能源子系统、综合能源子系统、绿氢能源子系统和碳捕获子系统； 所述电力能源子系统分别与所述综合能源子系统和绿氢能源子系统电连接； 所述碳捕获子系统分别与所述综合能源子系统和绿氢能源子系统连接； 所述综合能源子系统和绿氢能源子系统通过气网进行连接； 所述电力能源子系统，用于进行储电以及为所述电力能源子系统的各设备和绿氢能源 子系统进行供电，并对所述电力能源子系统的设备和绿氢能源子系统进行功率能量协调控 制； 所述综合能源子系统，用于通过所述综合能源子系统内部设备与所述电力能源子系统 和绿氢能源子系统进行冷热电的耦合和转化； 所述碳捕获子系统，用于捕获所述电力能源子系统中的CO ，并将所述CO运送至绿氢能 2 2 源子系统中； 所述绿氢能源子系统，用于根据所述电力能源子系统提供的电能进行水电解，获取氢 气和氧气，并根据获取的氢气和所述碳捕获子系统提供的CO 合成甲烷，并将所述甲烷输送 2 至综合能源子系统。 4.如权利要求3所述的方法，其特征是，所述电力能源子系统至少包括下述中的一种 或多种设备：风电、光伏、燃气轮机、电网、直流交流负载、充电桩、锂电池储能电站和多端口 电能路由器设备，所述多端口电能路由器设备包括多个直流端口和交流端口； 所述燃气轮机与所述碳捕获子系统连接； 所述交流端口分别连接燃气轮机、交流负载、电网、绿氢能源子系统和综合能源子系 统； 所述直流端口分别连接绿氢能源子系统、锂电池储能电站、直流负载、风电、光伏和充 电桩； 所述多端口电能路由器，用于对所述绿氢能源子系统、综合能源子系统和电力能源子 系统中各设备做功率能量协调控制。 5.如权利要求4所述的方法，其特征是，所述电力能源子系统还包括：变压器、变换 器、多电压等级的母线； 所述变压器、变换器和多电压等级的母线，用于根据预设控制策略连接所述电力能源 子系统的各设备，并连接综合能源子系统和绿氢能源子系统。 6.如权利要求4所述的方法，其特征是，所述综合能源子系统至少包括下述中的一种 2 2 CN 116305894 A 权利要求书 2/3页 或多种设备：天然气源、溴化锂机组和冷水储能水箱； 所述溴化锂机组与所述交流端口连接； 所述溴化锂机组还与电力能源子系统中燃气轮机连接； 所述天然气源通过气网将天然气输送至所述燃气轮机； 所述冷水储能水箱与所述溴化锂机组连接。 7.如权利要求4所述的方法，其特征是，所述碳捕获子系统至少包括下述中的一种或 多种设备：碳捕集设备和CO 汇流箱； 2 所述碳捕集设备与所述电力能源子系统中燃气轮机连接； 所述碳捕集设备还与所述CO 汇流箱连接； 2 所述CO 汇流箱与所述绿氢能源子系统连接； 2 所述碳捕集设备，用于捕获所述电力能源子系统中燃气轮机产生的CO ； 2 所述CO 汇流箱，用于对所述碳捕集设备捕获的CO进行汇流存储。 2 2 8.如权利要求4所述的方法，其特征是，所述绿氢能源子系统至少包括下述中的一种 或多种设备：电解水制氢设备、氢气储罐和甲烷合成设备； 所述电解水制氢设备与所述直流端口连接； 所述电解水制氢设备分别与所述氢气储罐和甲烷合成设备连接； 所述氢气储罐与所述甲烷合成设备连接； 所述甲烷合成设备与所述交流端口连接； 所述甲烷合成设备和碳捕获子系统连接； 所述电解水制氢设备，用于接收所述电力能源子系统的电能，并根据所述电能进行水 电解，获取氢气和氧气； 所述氢气储罐，用于将所述电解水制氢设备获取的氢气进行存储； 所述甲烷合成设备，用于根据所述电解水制氢设备中获取的氢气和碳捕获子系统中提 供的CO 合成甲烷。 2 9.一种低碳综合能源系统仿真建模系统，其特征是，包括： 仿真搭建模块，用于基于预先构建的低碳综合能源仿真模型库，在仿真平台根据仿真 目标搭建低碳综合能源系统，并配置所述低碳综合能源系统各设备模块参数； 仿真调试模块，用于通过仿真平台对所述低碳综合能源系统来进行能源转化调试，完场 仿真模型封装； 其中，所述低碳综合能源系统包括耦合的综合能源系统、碳捕集或应用技术和绿氢生 产储用技术。 10.如权利要求9所述的仿真建模系统，其特征是，所述仿真搭建模块中的低碳综合 能源仿真模型库至少包括下述中的一种或多种模型：光伏模型、风机模型、电储能模型、电 网模型、燃气轮机模型、溴化锂机组模型、水蓄能模型和建筑负荷模型。 11.如权利要求9所述的仿真建模系统，其特征是，所述仿真搭建模块中的低碳综合 能源系统至少包括下述中的一种或多种子系统：电力能源子系统、综合能源子系统、绿氢能 源子系统和碳捕获子系统； 所述电力能源子系统分别与所述综合能源子系统和绿氢能源子系统电连接； 所述碳捕获子系统分别与所述综合能源子系统和绿氢能源子系统连接； 3 3 CN 116305894 A 权利要求书 3/3页 所述综合能源子系统和绿氢能源子系统通过气网进行连接； 所述电力能源子系统，用于进行储电以及为所述电力能源子系统的各设备和绿氢能源 子系统进行供电，并对所述电力能源子系统的设备和绿氢能源子系统进行功率能量协调控 制； 所述综合能源子系统，用于通过所述综合能源子系统内部设备与所述电力能源子系统 和绿氢能源子系统进行冷热电的耦合和转化； 所述碳捕获子系统，用于捕获所述电力能源子系统中的CO ，并将所述CO运送至绿氢能 2 2 源子系统中； 所述绿氢能源子系统，用于根据所述电力能源子系统提供的电能进行水电解，获取氢 气和氧气，并根据获取的氢气和所述碳捕获子系统提供的CO 合成甲烷，并将所述甲烷输送 2 至综合能源子系统。 4 4 CN 116305894 A 说明书 1/11页 一种低碳综合能源系统仿真建模方法及系统 技术领域 [0001] 本发明属于综合能源系统建模仿真技术领域，具体涉及一种低碳综合能源系统仿 真建模方法及系统。 背景技术 [0002] 为实现低碳发展，在碳排放中占比较大的能源行业成为节能减排的主力军，具有 多能互补、能源梯级利用等优势的综合能源系统是能源行业低碳转型的重要解决方案。 [0003] 加入CO2进行封存或再利用的CCS系统构建的低碳综合能源系统是实现碳中和目 标重要的技术路径。 [0004] 目前，国内外针对低碳综合能源系统规划已经展开了部分研究，但是缺少系统性 的梳理和归纳。 发明内容 [0005] 为克服上述现存技术的不足，本发明提出一种低碳综合能源系统仿真建模方法， 包括： [0006] 基于预先构建的低碳综合能源仿真模型库，在仿真平台根据仿真目标搭建低碳综 合能源系统，并配置所述低碳综合能源系统各设备模块参数； [0007] 通过仿真平台对所述低碳综合能源系统来进行能源转化调试，完场仿线] 其中，所述低碳综合能源系统包括耦合的综合能源系统、碳捕集或应用技术和绿 氢生产储用技术。 [0009] 优选的，所述低碳综合能源仿真模型库至少包括下述中的一种或多种模型：光伏 模型、风机模型、电储能模型、电网模型、燃气轮机模型、溴化锂机组模型、水蓄能模型和建 筑负荷模型。 [0010] 优选的，所述低碳综合能源系统至少包括下述中的一种或多种子系统：电力能源 子系统、综合能源子系统、绿氢能源子系统和碳捕获子系统； [0011] 所述电力能源子系统分别与所述综合能源子系统和绿氢能源子系统电连接； [0012] 所述碳捕获子系统分别与所述综合能源子系统和绿氢能源子系统连接； [0013] 所述综合能源子系统和绿氢能源子系统通过气网进行连接； [0014] 所述电力能源子系统，用于进行储电以及为所述电力能源子系统的各设备和绿氢 能源子系统进行供电，并对所述电力能源子系统的设备和绿氢能源子系统进行功率能量协 调控制； [0015] 所述综合能源子系统，用于通过所述综合能源子系统内部设备与所述电力能源子 系统和绿氢能源子系统进行冷热电的耦合和转化； [0016] 所述碳捕获子系统，用于捕获所述电力能源子系统中的CO ，并将所述CO运送至绿 2 2 氢能源子系统中； [0017] 所述绿氢能源子系统，用于根据所述电力能源子系统提供的电能进行水电解，获 5 5 CN 116305894 A 说明书 2/11页 取氢气和氧气，并根据获取的氢气和所述碳捕获子系统提供的CO 合成甲烷，并将所述甲烷 2 输送至综合能源子系统。 [0018] 优选的，所述电力能源子系统至少包括下述中的一种或多种设备：风电、光伏、燃 气轮机、电网、直流交流负载、充电桩、锂电池储能电站和多端口电能路由器设备，所述多端 口电能路由器设备包括多个直流端口和交流端口； [0019] 所述燃气轮机与所述碳捕获子系统连接； [0020] 所述交流端口分别连接燃气轮机、交流负载、电网、绿氢能源子系统和综合能源子 系统； [0021] 所述直流端口分别连接绿氢能源子系统、锂电池储能电站、直流负载、风电、光伏 和充电桩； [0022] 所述多端口电能路由器，用于对所述绿氢能源子系统、综合能源子系统和电力能 源子系统中各设备做功率能量协调控制。 [0023] 优选的，所述电力能源子系统还包括：变压器、变换器、多电压等级的母线] 所述变压器、变换器和多电压等级的母线，用于根据预设控制策略连接所述电力 能源子系统的各设备，并连接综合能源子系统和绿氢能源子系统。 [0025] 优选的，所述综合能源子系统至少包括下述中的一种或多种设备：天然气源、溴化 锂机组和冷水储能水箱； [0026] 所述溴化锂机组与所述交流端口连接； [0027] 所述溴化锂机组还与电力能源子系统中燃气轮机连接； [0028] 所述天然气源通过气网将天然气输送至所述燃气轮机； [0029] 所述冷水储能水箱与所述溴化锂机组连接。 [0030] 优选的，所述碳捕获子系统至少包括下述中的一种或多种设备：碳捕集设备和CO2 汇流箱； [0031] 所述碳捕集设备与所述电力能源子系统中燃气轮机连接； [0032] 所述碳捕集设备还与所述CO 汇流箱连接； 2 [0033] 所述CO 汇流箱与所述绿氢能源子系统连接； 2 [0034] 所述碳捕集设备，用于捕获所述电力能源子系统中燃气轮机产生的CO ； 2 [0035] 所述CO 汇流箱，用于对所述碳捕集设备捕获的CO进行汇流存储。 2 2 [0036] 优选的，所述绿氢能源子系统至少包括下述中的一种或多种设备：电解水制氢设 备、氢气储罐和甲烷合成设备； [0037] 所述电解水制氢设备与所述直流端口连接； [0038] 所述电解水制氢设备分别与所述氢气储罐和甲烷合成设备连接； [0039] 所述氢气储罐与所述甲烷合成设备连接； [0040] 所述甲烷合成设备与所述交流端口连接； [0041] 所述甲烷合成设备和碳捕获子系统连接； [0042] 所述电解水制氢设备，用于接收所述电力能源子系统的电能，并根据所述电能进 行水电解，获取氢气和氧气； [0043] 所述氢气储罐，用于将所述电解水制氢设备获取的氢气进行存储； [0044] 所述甲烷合成设备，用于根据所述电解水制氢设备中获取的氢气和碳捕获子系统 6 6 CN 116305894 A 说明书 3/11页 中提供的CO合成甲烷。 2 [0045] 基于同一发明构思，本发明还提供一种低碳综合能源系统仿线] 仿真搭建模块，用于基于预先构建的低碳综合能源仿真模型库，在仿真平台根据 仿真目标搭建低碳综合能源系统，并配置所述低碳综合能源系统各设备模块参数； [0047] 仿真调试模块，用于通过仿真平台对所述低碳综合能源系统来进行能源转化调试， 完场仿线] 其中，所述低碳综合能源系统包括耦合的综合能源系统、碳捕集或应用技术和绿 氢生产储用技术。 [0049] 优选的，所述仿真搭建模块中的低碳综合能源仿真模型库至少包括下述中的一种 或多种模型：光伏模型、风机模型、电储能模型、电网模型、燃气轮机模型、溴化锂机组模型、 水蓄能模型和建筑负荷模型。 [0050] 优选的，所述仿真搭建模块中的低碳综合能源系统至少包括下述中的一种或多种 子系统：电力能源子系统、综合能源子系统、绿氢能源子系统和碳捕获子系统； [0051] 所述电力能源子系统分别与所述综合能源子系统和绿氢能源子系统电连接； [0052] 所述碳捕获子系统分别与所述综合能源子系统和绿氢能源子系统连接； [0053] 所述综合能源子系统和绿氢能源子系统通过气网进行连接； [0054] 所述电力能源子系统，用于进行储电以及为所述电力能源子系统的各设备和绿氢 能源子系统进行供电，并对所述电力能源子系统的设备和绿氢能源子系统进行功率能量协 调控制； [0055] 所述综合能源子系统，用于通过所述综合能源子系统内部设备与所述电力能源子 系统和绿氢能源子系统进行冷热电的耦合和转化； [0056] 所述碳捕获子系统，用于捕获所述电力能源子系统中的CO ，并将所述CO运送至绿 2 2 氢能源子系统中； [0057] 所述绿氢能源子系统，用于根据所述电力能源子系统提供的电能进行水电解，获 取氢气和氧气，并根据获取的氢气和所述碳捕获子系统提供的CO 合成甲烷，并将所述甲烷 2 输送至综合能源子系统。 [0058] 优选的，所述仿真搭建模块中电力能源子系统至少包括下述中的一种或多种设 备：风电、光伏、燃气轮机、电网、直流交流负载、充电桩、锂电池储能电站和多端口电能路由 器设备，所述多端口电能路由器设备包括多个直流端口和交流端口； [0059] 所述燃气轮机与所述碳捕获子系统连接； [0060] 所述交流端口分别连接燃气轮机、交流负载、电网、绿氢能源子系统和综合能源子 系统； [0061] 所述直流端口分别连接绿氢能源子系统、锂电池储能电站、直流负载、风电、光伏 和充电桩； [0062] 所述多端口电能路由器，用于对所述绿氢能源子系统、综合能源子系统和电力能 源子系统中各设备做功率能量协调控制。 [0063] 优选的，所述仿真搭建模块中电力能源子系统还包括：变压器、变换器、多电压等 级的母线] 所述变压器、变换器和多电压等级的母线，用于根据预设控制策略连接所述电力 7 7 CN 116305894 A 说明书 4/11页 能源子系统的各设备，并连接综合能源子系统和绿氢能源子系统。 [0065] 优选的，所述仿真搭建模块中综合能源子系统至少包括下述中的一种或多种设 备：天然气源、溴化锂机组和冷水储能水箱； [0066] 所述溴化锂机组与所述交流端口连接； [0067] 所述溴化锂机组还与电力能源子系统中燃气轮机连接； [0068] 所述天然气源通过气网将天然气输送至所述燃气轮机； [0069] 所述冷水储能水箱与所述溴化锂机组连接。 [0070] 优选的，所述仿真搭建模块中碳捕获子系统至少包括下述中的一种或多种设备： 碳捕集设备和CO 汇流箱； 2 [0071] 所述碳捕集设备与所述电力能源子系统中燃气轮机连接； [0072] 所述碳捕集设备还与所述CO 汇流箱连接； 2 [0073] 所述CO 汇流箱与所述绿氢能源子系统连接； 2 [0074] 所述碳捕集设备，用于捕获所述电力能源子系统中燃气轮机产生的CO ； 2 [0075] 所述CO 汇流箱，用于对所述碳捕集设备捕获的CO进行汇流存储。 2 2 [0076] 优选的，所述仿真搭建模块中绿氢能源子系统至少包括下述中的一种或多种设 备：电解水制氢设备、氢气储罐和甲烷合成设备； [0077] 所述电解水制氢设备与所述直流端口连接； [0078] 所述电解水制氢设备分别与所述氢气储罐和甲烷合成设备连接； [0079] 所述氢气储罐与所述甲烷合成设备连接； [0080] 所述甲烷合成设备与所述交流端口连接； [0081] 所述甲烷合成设备和碳捕获子系统连接； [0082] 所述电解水制氢设备，用于接收所述电力能源子系统的电能，并根据所述电能进 行水电解，获取氢气和氧气； [0083] 所述氢气储罐，用于将所述电解水制氢设备获取的氢气进行存储； [0084] 所述甲烷合成设备，用于根据所述电解水制氢设备中获取的氢气和碳捕获子系统 中提供的CO合成甲烷。 2 [0085] 与最接近的现存技术相比，本发明具有的有益效果如下： [0086] 1、本发明提供一种低碳综合能源系统仿真建模方法及系统，包括：基于预先构建 的低碳综合能源仿真模型库，在仿真平台根据仿真目标搭建低碳综合能源系统，并配置所 述低碳综合能源系统各设备模块参数；通过仿真平台对所述低碳综合能源系统来进行能源转 化调试，完场仿真模型封装；其中，所述低碳综合能源系统包括耦合的综合能源系统、碳捕 集或应用技术和绿氢生产储用技术。本发明通过将综合能源系统、碳捕集或应用技术、绿氢 生产储用技术相互耦合构建低碳综合能源系统仿真建模的方法，为低碳综合能源系统的能 量管理运行策略的研究开发、全方位测试和优化，提供有关技术平台和方法，缩短能量管理 系统的开发和验证周期、提升研发效率、降低开发成本，具有较高的经济和科研价值。 [0087] 2、本发明创建一个典型低碳绿氢综合能源系统场景模型，该系统模型基于模型库 中模块在Simulink中搭建，高度实现某现场实际系统运行流程数字模拟化。该系统模型在 不同工况不同边界参数下的运行方式，包括故障和极端非设计工况的模拟，对能量管理系 统的控制策略和算法进行全方位的测试和验证，如系统多目标优化配置、优化调度算法、控 8 8 CN 116305894 A 说明书 5/11页 制策略算法、系统稳定性优化算法。 [0088] 3、由于能源系统建设CCHP系统、储能系统、绿氢系统投资所需成本较高，可供使用的系 统建设方案较多。因此，本发明采用系统仿真模型进行各典型系统模块设计方案，多目标最优运 行策略、系统经济型评估的研究具备极其重大意义，既能保证运行数据精度、又可以灵活组态， 节约系统建设成本。 附图说明 [0089] 图1为本发明提供的一种低碳综合能源系统仿线为本发明提供的低碳绿氢综合能源系统供能拓扑结构图； [0091] 图3为本发明提供的电力能源子系统模型图a； [0092] 图4为本发明提供的电力能源子系统模型图b； [0093] 图5为本发明提供的综合能源子系统模型图； [0094] 图6为本发明提供的碳捕获子系统模型图； [0095] 图7为本发明提供的绿氢能源子系统模型图； [0096] 图8为本发明提供的一种低碳综合能源系统仿真建模系统中模块结构图。 具体实施方式 [0097] 下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。 [0098] 实施例1： [0099] 本发明提供的一种低碳综合能源系统仿真建模方法流程示意图如图1所示，包括： [0100] 步骤1：基于预先构建的低碳综合能源仿真模型库，在仿真平台根据仿真目标搭建 低碳综合能源系统，并配置所述低碳综合能源系统各设备模块参数； [0101] 步骤2：通过仿真平台对所述低碳综合能源系统来进行能源转化调试，完场仿线] 其中，所述低碳综合能源系统包括耦合的综合能源系统、碳捕集或应用技术和绿 氢生产储用技术。 [0103] 具体的，所述步骤1中低碳综合能源仿真模型库至少包括下述中的一种或多种模 型：光伏模型、风机模型、电储能模型、电网模型、燃气轮机模型、溴化锂机组模型、水蓄能模 型和建筑负荷模型。 [0104] 其中，本发明中建模方案采用Matlab/Simulink仿真建模软件，此软件提供一个动 态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真 精细、贴近实际、效率高、灵活等优点； [0105] 基于以上优点Simulink已被大范围的应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字 信号处理的建模和仿真中，为物理、电力等工业领域的仿线] 所述低碳综合能源仿真模型库是进行包含碳捕集应用以及绿氢生产应用的低碳 综合能源系统建模与仿线] 所述低碳综合能源仿真模型库可分为电力子系统仿真模型库和热力子系统仿真 模型库，包含搭建综合能源系统应用场景模型常用的各设备或子系统模型，如光伏、风机、 电储能、电网、燃气轮机、溴化锂机组、水蓄能、建筑负荷等模型； 9 9 CN 116305894 A 说明书 6/11页 [0108] 且所述低碳综合能源仿真模型库是基于Matlab/Simulink、以及专业电力工具包、 专业热力工具包搭建与封装； [0109] 将专业工具包完美嵌入Simulink模型库中，包含电力、热力设备系统中最基础的 元器件级模块，基于Simulink图形化建模界面，使用simulink基础模块和工具包模块，快速 便捷地完成整个设备或系统模型的创建。 [0110] 具体的，所述步骤1中低碳综合能源系统至少包括下述中的一种或多种子系统：电 力能源子系统、综合能源子系统、绿氢能源子系统和碳捕获子系统； [0111] 所述电力能源子系统分别与所述综合能源子系统和绿氢能源子系统电连接； [0112] 所述碳捕获子系统分别与所述综合能源子系统和绿氢能源子系统连接； [0113] 所述综合能源子系统和绿氢能源子系统通过气网进行连接； [0114] 所述电力能源子系统，用于进行储电以及为所述电力能源子系统的各设备和绿氢 能源子系统进行供电，并对所述电力能源子系统的设备和绿氢能源子系统进行功率能量协 调控制； [0115] 所述综合能源子系统，用于通过所述综合能源子系统内部设备与所述电力能源子 系统和绿氢能源子系统进行冷热电的耦合和转化； [0116] 所述碳捕获子系统，用于捕获所述电力能源子系统中的CO ，并将所述CO运送至绿 2 2 氢能源子系统中； [0117] 所述绿氢能源子系统，用于根据所述电力能源子系统提供的电能进行水电解，获 取氢气和氧气，并根据获取的氢气和所述碳捕获子系统提供的CO 合成甲烷，并将所述甲烷 2 输送至综合能源子系统； [0118] 所述电力能源子系统至少包括下述中的一种或多种设备：风电、光伏、燃气轮机、 电网、直流交流负载、充电桩、锂电池储能电站和多端口电能路由器设备，所述多端口电能 路由器设备包括多个直流端口和交流端口； [0119] 所述燃气轮机与所述碳捕获子系统连接； [0120] 所述交流端口分别连接燃气轮机、交流负载、电网、绿氢能源子系统和综合能源子 系统； [0121] 所述直流端口分别连接绿氢能源子系统、锂电池储能电站、直流负载、风电、光伏 和充电桩； [0122] 所述多端口电能路由器，用于对所述绿氢能源子系统、综合能源子系统和电力能 源子系统中各设备做功率能量协调控制。 [0123] 所述电力能源子系统还包括：变压器、变换器、多电压等级的母线] 所述变压器、变换器和多电压等级的母线，用于根据预设控制策略连接所述电力 能源子系统的各设备，并连接综合能源子系统和绿氢能源子系统。 [0125] 所述综合能源子系统至少包括下述中的一种或多种设备：天然气源、溴化锂机组 和冷水储能水箱； [0126] 所述溴化锂机组与所述交流端口连接； [0127] 所述溴化锂机组还与电力能源子系统中燃气轮机连接； [0128] 所述天然气源通过气网将天然气输送至所述燃气轮机； [0129] 所述冷水储能水箱与所述溴化锂机组连接。 10 10 CN 116305894 A 说明书 7/11页 [0130] 所述碳捕获子系统至少包括下述中的一种或多种设备：碳捕集设备和CO 汇流箱； 2 [0131] 所述碳捕集设备与所述电力能源子系统中燃气轮机连接； [0132] 所述碳捕集设备还与所述CO 汇流箱连接； 2 [0133] 所述CO 汇流箱与所述绿氢能源子系统连接； 2 [0134] 所述碳捕集设备，用于捕获所述电力能源子系统中燃气轮机产生的CO ； 2 [0135] 所述CO 汇流箱，用于对所述碳捕集设备捕获的CO进行汇流存储。 2 2 [0136] 所述绿氢能源子系统至少包括下述中的一种或多种设备：电解水制氢设备、氢气 储罐和甲烷合成设备； [0137] 所述电解水制氢设备与所述直流端口连接； [0138] 所述电解水制氢设备分别与所述氢气储罐和甲烷合成设备连接； [0139] 所述氢气储罐与所述甲烷合成设备连接； [0140] 所述甲烷合成设备与所述交流端口连接； [0141] 所述甲烷合成设备和碳捕获子系统连接； [0142] 所述电解水制氢设备，用于接收所述电力能源子系统的电能，并根据所述电能进 行水电解，获取氢气和氧气； [0143] 所述氢气储罐，用于将所述电解水制氢设备获取的氢气进行存储； [0144] 所述甲烷合成设备，用于根据所述电解水制氢设备中获取的氢气和碳捕获子系统 中提供的CO合成甲烷。 2 [0145] 其中，典型的低碳绿氢综合能源系统供能结构如图2所示，是源‑网‑荷‑储高度耦 合、协作的多能流集成系统； [0146] 低碳绿氢综合能源系统最重要的包含了四个部分的子系统：电力能源子系统、综合能 源子系统、绿氢能源子系统和碳捕获子系统(CCS子系统)，如图2所示为低碳绿氢综合能源 系统供能拓扑结构图； [0147] 所述低碳绿氢综合能源系统包括电力流、冷热能流、燃气流、氢能流、CO2气体流、 甲烷流等多能流系统能量传输网络，使用户得到满足对冷或热、电、气的需求。 [0148] (1)所述电力能源子系统中的多端口电能路由器作为电力能源系统中电能枢纽， 可实现能量的多向流动能力和对功率流的主动控制； [0149] 多端口电能路由器中含变压器的交流端口可连接电网，接受电网的电功率； [0150] 多个220V交流端口可分别连接燃气轮机、交流负载、甲烷合成、溴化锂机组等多种 交流用电设备，向其供电； [0151] 含变流器的直流端口可连接电制氢、储能、直流负载、风电、光伏等多种发电和用 电设备；内部包含变压器、变换器、多电压等级母线，将各端口用电设备连接，经过控制策略 实现电能的规则流动； [0152] 多端口电能路由器可同时接受交直流发电设备的电能，并可同时向各交直流用电 设备供电，实现整个电力能源系统的电能传输和分配。 [0153] 其中，所述电力能源子系统模型图如图3和图4所示： [0154] (2)所述综合能源子系统为包含冷热储能的传统综合能源系统，包括天然气源、燃 气轮机配套溴化锂机组构成的冷热电三联供系统； [0155] 冷水储能水箱、冷热建筑等设备一同承担了冷热能流的生产、输送、储存、消耗等 11 11 CN 116305894 A 说明书 8/11页 功能，实现冷热全流程的物理过程。综合能源子系统模型图如图5所示： [0156] 燃气轮机模块中实现了电力系统和热力系统中电能、机械能、热能等多质能源的 耦合与转化。天然气进入燃气轮机燃烧室中燃烧，高温度高压力燃气推动涡轮对外做功，做功后 任然温度比较高的烟气排出，经过此过程，燃气轮机设备将天然气的化学能转化为电能和排 气中的热能； [0157] 燃气轮机排出的一定温度的烟气可进入溴化锂制冷机组中作为热源驱动其进行 制冷，溴化锂机组将热源的热能作为冷量的驱动能源，实现冷冻水冷量的转移； [0158] 溴化锂机组生产的冷水可通过泵等流体输送设备送至冷热建筑等能源负荷终端 供能。在流程中可加入储能水箱，实现冷水的储存； [0159] 燃气轮机中发电机实现了动能和电能的转化和耦合，燃烧室中实现天然气化学能 和热能的的转化和耦合。 [0160] 在碳中和的大背景下，为降低综合能源三联供系统烟气中的CO2排放，实现整个能 源系统零碳排放的目标，引入碳捕获、储存、使用技术对未来零碳综合能源系统的应用起到 关键作用。 [0161] (3)碳捕获子系统主要包含烟气冷却设备、碳捕获设备、二氧化碳汇流储存装置； [0162] 碳捕获设备中只有物质的分离，没有能量和物质的转化，电力能源子系统中排出 的烟气进入碳捕获系统中，首先胺液将二氧化碳吸收，最后高温下，将胺液中的二氧化碳解 析分离出来。 [0163] 电力能源子系统产生的二氧化碳经过碳捕集设备做处理，所述碳捕获子系统模 型图如图6所示。 [0164] 其中，作为二次新能源，氢能具有来源广泛、利用过程清洁环保、能量转换效率高 以及单位体积内的包含的能量大等特点，另外研究表明氢能的生产和使用能够平移风光等新能源的波动 性，减少弃风弃电现象。 [0165] (4)绿氢能源子系统主要由电解水制氢设备、氢气储罐、甲烷合成设备构成，实现 氢气的生产、储存、使用全流程功能。 [0166] 电制氢装置接受电力系统中电能，在电解槽中电能将水分解为氢气和氧气后输 出； [0167] 电制氢装置中生产的氢气可作为甲烷合成装置生产甲烷的原料。碳捕获装置分离 输出的二氧化碳和电制氢装置生产的氢气共同进入甲烷合成装置中经过催化剂的作用合 成甲烷，可供综合能源子系统使用。 [0168] 在电制氢装置电解槽中实现了电能和气体能源的耦合，其中，所述绿氢能源子系 统模型图如图7所示； [0169] 电解水制氢设备实现了电力和氢气两种异质能源所代表的不同系统之间的耦合。 电解槽电解水制氢设备是电解制氢环节中主要产氢单元，主要类型包括碱性电解槽、质子 交换膜电解槽、固体氧化物电解槽。 [0170] 其中，质子交换膜电解槽效率高，且电解过程无污染，大范围的应用在目前低碳能源系 统中。本发明中采用的电解水制氢设备类型为质子交换膜电解槽； [0171] 甲烷合成设备用于氢气和二氧化碳的应用环节，是氢制甲烷环节主要设备，其可 利用储氢设备中氢气实现氢气甲烷化，并注入综合能源系统的天然气管网使用户得到满足用气需 12 12 CN 116305894 A 说明书 9/11页 求。 [0172] 本环节较好的消纳氢气和二氧化碳，并为综合能源子系统提供燃料，实现了二氧 化碳、氢气等质能的闭环管理应用。 [0173] 其中，包含低碳绿氢的综合能源系统以电制氢、甲烷合成、燃气轮机、溴化锂机组 等设备将电力、氢气、燃气、冷热等多质能源多能流系统耦合，共同求解整个能源系统物质 能量流参数。为总系统低碳甚至零碳运行提供技术是依据和数据参考。 [0174] 具体的，所述步骤2包括：通过仿真平台对所述低碳综合能源系统来进行能源转化调 试，完场仿线] 本发明构建的低碳绿氢综合能源系统，通过电力能源子系统、综合能源子系统、绿 氢能源子系统和碳捕获子系统，共同构建以零碳排放为目标的低碳绿氢综合能源仿真方 案。对于碳中和为目标的新型能源系统的研究提供仿线] 本发明提供的一种低碳综合能源系统仿真建模系统中模块结构图如图8所示，包 括： [0178] 仿真搭建模块，用于基于预先构建的低碳综合能源仿真模型库，在仿真平台根据 仿真目标搭建低碳综合能源系统，并配置所述低碳综合能源系统各设备模块参数； [0179] 仿真调试模块，用于通过仿真平台对所述低碳综合能源系统来进行能源转化调试， 完场仿线] 其中，所述低碳综合能源系统包括耦合的综合能源系统、碳捕集或应用技术和绿 氢生产储用技术。 [0181] 所述仿真搭建模块中的低碳综合能源仿真模型库至少包括下述中的一种或多种 模型：光伏模型、风机模型、电储能模型、电网模型、燃气轮机模型、溴化锂机组模型、水蓄能 模型和建筑负荷模型。 [0182] 所述仿真搭建模块中的低碳综合能源系统至少包括下述中的一种或多种子系统： 电力能源子系统、综合能源子系统、绿氢能源子系统和碳捕获子系统； [0183] 所述电力能源子系统分别与所述综合能源子系统和绿氢能源子系统电连接； [0184] 所述碳捕获子系统分别与所述综合能源子系统和绿氢能源子系统连接； [0185] 所述综合能源子系统和绿氢能源子系统通过气网进行连接； [0186] 所述电力能源子系统，用于进行储电以及为所述电力能源子系统的各设备和绿氢 能源子系统进行供电，并对所述电力能源子系统的设备和绿氢能源子系统进行功率能量协 调控制； [0187] 所述综合能源子系统，用于通过所述综合能源子系统内部设备与所述电力能源子 系统和绿氢能源子系统进行冷热电的耦合和转化； [0188] 所述碳捕获子系统，用于捕获所述电力能源子系统中的CO ，并将所述CO运送至绿 2 2 氢能源子系统中； [0189] 所述绿氢能源子系统，用于根据所述电力能源子系统提供的电能进行水电解，获 取氢气和氧气，并根据获取的氢气和所述碳捕获子系统提供的CO 合成甲烷，并将所述甲烷 2 输送至综合能源子系统。 [0190] 所述仿真搭建模块中电力能源子系统至少包括下述中的一种或多种设备：风电、 13 13 CN 116305894 A 说明书 10/11页 光伏、燃气轮机、电网、直流交流负载、充电桩、锂电池储能电站和多端口电能路由器设备， 所述多端口电能路由器设备包括多个直流端口和交流端口； [0191] 所述燃气轮机与所述碳捕获子系统连接； [0192] 所述交流端口分别连接燃气轮机、交流负载、电网、绿氢能源子系统和综合能源子 系统； [0193] 所述直流端口分别连接绿氢能源子系统、锂电池储能电站、直流负载、风电、光伏 和充电桩； [0194] 所述多端口电能路由器，用于对所述绿氢能源子系统、综合能源子系统和电力能 源子系统中各设备做功率能量协调控制。 [0195] 所述仿真搭建模块中电力能源子系统还包括：变压器、变换器、多电压等级的母 线] 所述变压器、变换器和多电压等级的母线，用于根据预设控制策略连接所述电力 能源子系统的各设备，并连接综合能源子系统和绿氢能源子系统。 [0197] 所述仿真搭建模块中综合能源子系统至少包括下述中的一种或多种设备：天然气 源、溴化锂机组和冷水储能水箱； [0198] 所述溴化锂机组与所述交流端口连接； [0199] 所述溴化锂机组还与电力能源子系统中燃气轮机连接； [0200] 所述天然气源通过气网将天然气输送至所述燃气轮机； [0201] 所述冷水储能水箱与所述溴化锂机组连接。 [0202] 所述仿真搭建模块中碳捕获子系统至少包括下述中的一种或多种设备：碳捕集设 备和CO汇流箱； 2 [0203] 所述碳捕集设备与所述电力能源子系统中燃气轮机连接； [0204] 所述碳捕集设备还与所述CO 汇流箱连接； 2 [0205] 所述CO 汇流箱与所述绿氢能源子系统连接； 2 [0206] 所述碳捕集设备，用于捕获所述电力能源子系统中燃气轮机产生的CO ； 2 [0207] 所述CO 汇流箱，用于对所述碳捕集设备捕获的CO进行汇流存储。 2 2 [0208] 所述仿真搭建模块中绿氢能源子系统至少包括下述中的一种或多种设备：电解水 制氢设备、氢气储罐和甲烷合成设备； [0209] 所述电解水制氢设备与所述直流端口连接； [0210] 所述电解水制氢设备分别与所述氢气储罐和甲烷合成设备连接； [0211] 所述氢气储罐与所述甲烷合成设备连接； [0212] 所述甲烷合成设备与所述交流端口连接； [0213] 所述甲烷合成设备和碳捕获子系统连接； [0214] 所述电解水制氢设备，用于接收所述电力能源子系统的电能，并根据所述电能进 行水电解，获取氢气和氧气； [0215] 所述氢气储罐，用于将所述电解水制氢设备获取的氢气进行存储； [0216] 所述甲烷合成设备，用于根据所述电解水制氢设备中获取的氢气和碳捕获子系统 中提供的CO合成甲烷。 2 [0217] 最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围 14 14 CN 116305894 A 说明书 11/11页 的限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当 理解:本领域技术人员阅读本发明后依然可对申请的具体实施方式来进行种种变更、修改或 者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围以内。 15 15 CN 116305894 A 说明书附图 1/4页 图1 图2 16 16 CN 116305894 A 说明书附图 2/4页 图3 图4 17 17 CN 116305894 A 说明书附图 3/4页 图5 图6 图7 18 18 CN 116305894 A 说明书附图 4/4页 图8 19 19

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