计及寿命损耗的光热机组调峰全成本量化方法及相关设备与流程

本发明涉及电力系统经济性评估，具体涉及一种计及寿命损耗的光热机组调峰全成本量化方法及相关设备。

背景技术：

1、随着新能源发电比例的不断提升，电力系统对调峰能力的需求日益增长。太阳能光热发电机组凭借其熔盐储热系统的灵活调节能力，成为电力系统调峰的重要支撑力量。熔盐储热系统能够实现光热能量的时空解耦，使光热机组具备在夜间或阴雨天气条件下持续发电的能力，从而有效应对电网负荷波动。然而，为满足电网调峰需求，光热机组需要频繁执行启停操作与深度调峰运行，这对汽轮机转子、阀门、换热器以及熔盐储热系统等关键设备造成显著的寿命损耗，导致设备运维成本上升，直接影响光热机组调峰的经济性。

2、现有的调峰经济性评估技术中，部分方案基于全生命周期理论构建调峰成本模型，例如针对燃煤机组构建成本模型、收入模型和支出模型，结合生命周期理论对深度调峰成本进行预测；部分方案通过建立碳排放交易成本模型，将碳排放权交易成本纳入经济调度模型以优化火电机组的调峰策略；还有方案通过建立汽轮机热应力简化计算模型，计算汽轮机寿命损耗并将其纳入检修成本进行调峰运行经济性评价。然而，上述现有技术至少存在以下问题：其一，现有方法均未针对光热机组建立冷态、温态、热态三种启动状态的差异化寿命损耗计算模型，不同启动状态下转子温升速率差异显著，热疲劳损伤程度呈数量级差异，统一采用单一损伤因子计算导致启停成本严重失真；其二，现有方法均忽视了熔盐储热系统在高温蠕变与热疲劳累积损伤下的寿命损耗，熔盐储热系统的集热场管道和蒸汽发生器长期工作在高温环境，频繁的热循环导致管道材料承受双重损伤，但现有方法仅考虑熔盐储热系统的建设成本与运行能耗，未将熔盐系统特有的寿命损耗折算为货币化成本，导致光热机组调峰全成本被严重低估，光热电站在参与电力市场调峰服务时报价低于真实成本，长期运营面临经济亏损风险。

3、因此，现有技术存在未针对光热机组建立冷态、温态、热态三种启动状态的差异化寿命损耗模型，导致启停成本计算失真；以及未将熔盐储热系统高温蠕变与热疲劳累积损伤折算为货币化成本，导致调峰全成本被严重低估的技术问题亟需解决。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种计及寿命损耗的光热机组调峰全成本量化方法及相关设备，以克服现有技术中存在的问题，本发明能够通过建立光热汽轮机冷态、温态、热态三种启动状态的差异化寿命损耗计算模型，实现光热汽轮机启停寿命损耗的精准量化，并且，通过建立熔盐储热系统热循环损伤模型，引入高温蠕变系数与热疲劳累积损伤因子，实现熔盐系统寿命损耗的货币化评估。

2、为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供了一种计及寿命损耗的光热机组调峰全成本量化方法，包括以下步骤：

4、获取太阳能光热机组的运行数据，所述运行数据包括启停次数、启动前停机时长、转子温升速率、负荷变化率、热循环次数以及热循环过程中的温度参数；

5、将启动前停机时长输入训练好的启动状态判定模型，通过启动状态判定模型获得启动状态判定结果；其中，所述启动状态判定模型的内部配置有基于阈值比较的分类逻辑；

6、将启动状态判定结果与转子温升速率输入训练好的汽轮机寿命损耗预测模型，通过汽轮机寿命损耗预测模型获得转子热疲劳损伤因子，通过转子热疲劳损伤因子得到等效运行小时消耗；

7、将热循环过程中的温度参数和热循环次数输入训练好的熔盐储热系统损伤预测模型，通过熔盐储热系统损伤预测模型获得熔盐储热系统累积损伤程度；其中，所述熔盐储热系统损伤预测模型包括损伤程度评估模块，所述损伤程度评估模块分别连接有高温蠕变计算模块、热疲劳累积计算模块；

8、通过启停次数、负荷变化率、转子热疲劳损伤因子将等效运行小时消耗、熔盐储热系统累积损伤程度折算为货币化成本；

9、基于货币化成本生成叠加调峰全成本函数，用于实现光热机组调峰全成本量化。

10、在一些实施例中，所述通过启动状态判定模型获得启动状态判定结果，具体包括：

11、通过启动状态判定模型的分类逻辑将输入的启动前停机时长依次与预设的冷态启动判定阈值、温态启动判定阈值进行比较：

12、若启动前停机时长＞冷态启动判定阈值，则输出冷态启动状态；

13、若冷态启动判定阈值≤启动前停机时长＜温态启动判定阈值，则输出温态启动状态；

14、若启动前停机时长≤温态启动判定阈值，则输出热态启动状态；

15、将冷态启动状态、温态启动状态或热态启动状态作为启动状态判定结果输出。

16、在一些实施例中，所述通过汽轮机寿命损耗预测模型获得转子热疲劳损伤因子与等效运行小时消耗，具体包括：

17、汽轮机寿命损耗预测模型根据启动状态判定结果识别当前启动类型，调用与当前启动类型对应的损伤因子计算参数，再结合转子温升速率，计算得到与当前启动类型相匹配的转子热疲劳损伤因子；

18、汽轮机寿命损耗预测模型进一步调用与当前启动类型对应的最大启停次数，通过转子热疲劳损伤因子、预设的汽轮机设计寿命以及最大启停次数得到等效运行小时消耗后输出。

19、在一些实施例中，所述通过熔盐储热系统损伤预测模型获得熔盐储热系统累积损伤程度，具体包括：

20、通过熔盐储热系统损伤预测模型的高温蠕变计算模块根据热循环过程中的温度参数和预设的材料常数，得到高温蠕变系数；

21、通过熔盐储热系统损伤预测模型的热疲劳累积计算模块根据热循环次数与预设的对应疲劳寿命次数的比值进行累加计算，得到热疲劳累积损伤因子；

22、通过损伤程度评估模块根据高温蠕变系数与热疲劳累积损伤因子评估熔盐储热系统累积损伤程度。

23、在一些实施例中，所述通过损伤程度评估模块根据高温蠕变系数与热疲劳累积损伤因子评估熔盐储热系统累积损伤程度，具体包括：

24、将高温蠕变系数与预设的高温蠕变安全阈值进行比较，获得高温蠕变超越量；

25、将热疲劳累积损伤因子与预设的热疲劳累积损伤极限阈值进行比较，获得热疲劳累积损伤超越量；

26、将高温蠕变超越量与热疲劳累积损伤超越量进行加权融合，得到熔盐储热系统累积损伤综合指数；

27、将熔盐储热系统累积损伤综合指数作为熔盐储热系统累积损伤程度输出。

28、在一些实施例中，所述通过启停次数、负荷变化率、转子热疲劳损伤因子将等效运行小时消耗、熔盐储热系统累积损伤程度折算为货币化成本，具体包括：

29、通过启停次数、等效运行小时消耗以及预设的单位运行小时成本得到启停成本；

30、将负荷变化率按调峰时段进行累加，得到累积负荷变化量，通过累积负荷变化量与预设的单位变负荷成本，得到变负荷成本；

31、通过等效运行小时消耗对应的转子热疲劳损伤因子、熔盐储热系统累积损伤程度对应的热疲劳累积损伤因子、设备总投资成本以及设计寿命月数，得到设备折旧加速成本；

32、将启停成本、变负荷成本以及设备折旧加速成本作为货币化成本输出。

33、在一些实施例中，所述基于货币化成本生成叠加调峰全成本函数，具体包括：

34、将启停成本与变负荷成本叠加，生成用于反映调峰运行直接消耗的第一层可变成本函数；

35、将设备折旧加速成本作为第二层固定成本函数；

36、将第一层可变成本函数与第二层固定成本函数逐时段相加，生成第三层全成本函数，作为叠加调峰全成本函数。

37、第二方面，本发明提供了一种计及寿命损耗的光热机组调峰全成本量化系统，包括：

38、数据采集模块，用于获取太阳能光热机组的运行数据，所述运行数据包括启停次数、启动前停机时长、转子温升速率、负荷变化率、热循环次数以及热循环过程中的温度参数；

39、启动状态判定模块，用于将启动前停机时长输入训练好的启动状态判定模型，通过启动状态判定模型获得启动状态判定结果；其中，所述启动状态判定模型的内部配置有基于阈值比较的分类逻辑；

40、汽轮机寿命损耗计算模块，用于将启动状态判定结果与转子温升速率输入训练好的汽轮机寿命损耗预测模型，通过汽轮机寿命损耗预测模型获得转子热疲劳损伤因子，通过转子热疲劳损伤因子得到等效运行小时消耗；

41、熔盐储热系统损伤计算模块，用于将热循环过程中的温度参数和热循环次数输入训练好的熔盐储热系统损伤预测模型，通过熔盐储热系统损伤预测模型获得熔盐储热系统累积损伤程度；其中，所述熔盐储热系统损伤预测模型包括损伤程度评估模块，所述损伤程度评估模块分别连接有高温蠕变计算模块、热疲劳累积计算模块；

42、成本量化模块，用于通过启停次数、负荷变化率、转子热疲劳损伤因子将等效运行小时消耗、熔盐储热系统累积损伤程度折算为货币化成本；

43、报价优化模块，用于基于货币化成本生成叠加调峰全成本函数，用于实现光热机组调峰全成本量化。

44、第三方面，本发明提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述计及寿命损耗的光热机组调峰全成本量化方法的步骤。

45、第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述计及寿命损耗的光热机组调峰全成本量化方法的步骤。

46、上述技术方案具有如下优势或者有益效果：

47、第一方面，本发明提供了一种计及寿命损耗的光热机组调峰全成本量化方法，首先，通过建立光热汽轮机冷态、温态、热态三种启动状态的差异化寿命损耗计算模型，针对不同启动状态的温升速率特性分别计算转子热疲劳损伤因子，解决了现有方法未区分启动状态导致启停成本计算不准确的问题，实现了光热汽轮机启停寿命损耗的精准量化。其次，通过建立熔盐储热系统热循环损伤模型，引入高温蠕变系数与热疲劳累积损伤因子，将集热场管道和蒸汽发生器在热循环过程中承受的高温蠕变与热疲劳累积损伤折算为设备剩余寿命减损成本，解决了现有方法未考虑熔盐系统特有的高温蠕变与热疲劳损伤的问题，实现了熔盐系统寿命损耗的货币化评估。另外，通过构建叠加调峰全成本函数，将汽轮机与熔盐系统的联合寿命损耗纳入统一核算框架，实现了调峰真实成本的全面反映，确保调峰报价覆盖真实成本，有效避免光热电站长期运营亏损，提高了光热机组调峰的经济可持续性。

48、第二方面，本发明提供了一种计及寿命损耗的光热机组调峰全成本量化系统，通过各功能模块的协同配合，实现了从数据采集、状态判定、寿命损耗计算到成本量化和报价优化的完整闭环。该方案解决了现有光热机组调峰成本核算中未区分启动状态导致成本失真、以及忽视熔盐系统热循环损伤导致全成本被低估的技术问题，能够自动执行调峰全成本量化方法，为光热电站参与电力市场调峰服务提供科学决策依据，有效避免长期运营亏损，提高了光热机组调峰的经济可持续性。

49、第三方面，本发明提供了一种计算机设备，通过处理器执行特定的计算机程序，能够高效地实现本发明方法的步骤，计算机设备在执行数据处理任务时，能够精准进行数值计算和逻辑判断，避免了人为因素导致的误差；同时，由于计算机程序具有高度的稳定性和可靠性，因此可以确保数据处理结果的准确性和一致性。

50、第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，通过将本发明方法的步骤编程为计算机程序并存储在计算机可读存储介质上，用户可以轻松地将这些程序加载到任何兼容的计算机设备上并执行，而无需重新编写或转换代码，大大提高了程序执行的便捷性和灵活性。