一种利用弃风弃光绿电耦合电池储能的空分系统的制作方法

本发明涉及储能，尤其是指一种利用弃风弃光绿电耦合电池储能的空分系统。

背景技术：

1、空分系统作为煤化工、钢铁冶炼及电子制造等领域的关键工业装置，通过低温精馏原理实现空气中氮、氧、氩等组分的分离，其运行高度依赖连续稳定的电力供应，且压缩机组功率常达数千千瓦，电力成本占总运行成本的60%以上。相关技术中，随着风力发电与光伏发电在电力结构中占比提升，弃风弃光现象日益突出，而储能系统成为消纳此类绿电的关键手段。具体地，现有空分系统通过谷电期提高负荷生产液态产品、峰电期降低负荷消耗液体的模式，试图适配电价波动，但该模式依赖于电网峰谷价差调度，并未直接利用弃风弃光绿电的零边际成本优势。

2、然而，现有的空分储能方案中，直接采用单一的液空返灌路线，并没有将电池储能模块作为独立储能载体与新能源发电模块进行协同集成，由此可能会导致频繁变负荷操作引发精馏塔工况波动，影响产品纯度与产量稳定性，同时液空返灌需敷设低温管线并配套大量安全附件，工程成本高且安全风险大。此外，现有技术对弃风弃光固有的间歇性与波动性缺乏应对机制，无法保障空分装置在供电波动下的连续稳定运行，从而限制了新能源电能的消纳能力与系统的整体经济效益。

技术实现思路

1、为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中对弃风弃光绿电利用率低、供电稳定性差以及变负荷运行导致空分工况波动的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种利用弃风弃光绿电耦合电池储能的空分系统，包括：

3、新能源发电模块；

4、电池储能模块；

5、电力调度控制单元，用于实时监测所述新能源发电模块的发电出力、所述电池储能模块的荷电状态和电网电价信息；

6、能量管理和优化模块，用于根据所述电力调度控制单元的监测数据执行调度策略：当所述新能源发电模块发电出力高于空分装置模块实时功率需求时，判定为弃风弃光时段，优先将所述新能源发电模块产生的绿电全部用于驱动所述空分装置模块运行，并将冗余电能储存至所述电池储能模块；当所述新能源发电模块发电出力低于所述空分装置模块实时功率需求但所述电池储能模块荷电状态高于预设阈值时，控制所述电池储能模块释放存储电能进行补充供电，维持所述空分装置模块在额定功率区间内连续运行；当所述电池储能模块荷电状态低于所述预设阈值且所述新能源发电模块发电出力仍然不足时，切入电网供电模式以保证所述空分装置模块的连续运行；

7、空分装置模块，用于在各供电模式下保持额定工况或缓变负荷工况运行，以连续进行空气分离操作，所述空分装置模块包括原料空气过滤单元、多级空气压缩机组、预冷纯化单元、主换热单元和精馏分离单元，所述空气分离操作包括：原料空气经所述原料空气过滤单元过滤后进入所述多级空气压缩机组压缩至设定压力，压缩空气经所述预冷纯化单元降温、去除水和二氧化碳后进入所述主换热单元进一步降温至接近液化温度，低温空气送入所述精馏分离单元进行低温精馏分离，分别得到氮气产品、氧气产品和氩气产品。

8、优选地，所述电力调度控制单元实时监测所述新能源发电模块的发电出力包括：

9、通过部署于风力发电机组和光伏发电阵列并网点的功率传感器实时采集有功功率数据，并将所述有功功率数据经通信总线传输至所述电力调度控制单元的数据采集模块，生成所述新能源发电模块的实时出力曲线。

10、优选地，所述能量管理和优化模块根据监测数据执行调度策略包括：

11、所述能量管理和优化模块接收所述电力调度控制单元传输的所述新能源发电模块发电出力、所述电池储能模块荷电状态和所述电网电价信息，基于预设的优先级逻辑判断当前供电模式，并将供电模式切换指令下发至所述电力调度控制单元的电力电子开关阵列，以执行新能源绿电供电模式、电池储电供电模式和电网供电模式之间的自动切换。

12、优选地，所述能量管理和优化模块基于预设的优先级逻辑判断当前供电模式包括：

13、所述能量管理和优化模块将所述新能源发电模块发电出力与所述空分装置模块实时功率需求进行比较，当所述发电出力大于或等于所述实时功率需求时，生成所述新能源绿电供电模式指令；

14、当所述发电出力小于所述实时功率需求且所述电池储能模块荷电状态高于所述预设阈值时，生成所述电池储电供电模式指令；

15、当所述发电出力小于所述实时功率需求且所述电池储能模块荷电状态低于所述预设阈值时，生成所述电网供电模式指令。

16、优选地，所述当新能源发电模块发电出力高于空分装置模块实时功率需求时，判定为弃风弃光时段包括：

17、所述能量管理和优化模块将所述新能源发电模块的实时发电出力与所述空分装置模块的额定功率上限进行比较，当所述实时发电出力超过所述额定功率上限且超出部分持续超过预设时间阈值时，判定当前处于弃风弃光时段，并触发冗余电能储存流程。

18、优选地，所述将冗余电能储存至所述电池储能模块包括：

19、所述电力调度控制单元根据所述能量管理和优化模块下发的储能指令，控制所述电池储能模块的直流-直流变换器将所述新能源发电模块产生的冗余绿电转换为适配所述电池储能模块充电电压的直流电，并按照电池管理系统设定的恒流恒压充电策略对电化学储能电池组进行充电。

20、优选地，所述由电池储能模块释放存储电能进行补充供电包括：

21、所述电力调度控制单元根据所述能量管理和优化模块下发的放电指令，控制所述电池储能模块的直流-交流逆变器将电化学储能电池组存储的直流电转换为与所述空分装置模块供电电压和频率匹配的交流电，并与所述新能源发电模块的出力叠加后共同驱动所述空分装置模块运行。

22、优选地，所述切入电网供电模式包括：

23、所述电力调度控制单元根据所述能量管理和优化模块下发的电网取电指令，闭合与电网电力输入端相连的并网开关，同时断开所述电池储能模块的放电回路，使所述空分装置模块完全由电网供电，并维持所述空分装置模块在额定功率区间内连续运行。

24、优选地，所述空分装置模块在各供电模式下保持额定工况或缓变负荷工况运行包括：

25、所述能量管理和优化模块根据供电模式切换信号，向所述多级空气压缩机组的变频驱动器发送负荷调节指令，使所述多级空气压缩机组在额定转速的设定范围内缓变调节，以维持所述精馏分离单元的精馏塔内上升气与回流液之间的气液平衡稳定。

26、优选地，所述空分系统还包括与所述空分装置模块连接的液态产品储罐，用于存储所述精馏分离单元产出的液态产品本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

27、本发明所述的利用弃风弃光绿电耦合电池储能的空分系统，通过电力调度控制单元和能量管理和优化模块的协同控制，实现了对弃风弃光绿电的直接优先消纳和冗余电能的电池储存，并利用电池储能模块的缓冲供电平抑新能源发电的间歇性和波动性，同时以电网供电作为后备保障，从而在最大程度利用零边际成本绿电以大幅降低用电成本的基础上，有效避免了空分装置频繁变负荷运行，保障了空分装置在各供电模式切换过程中维持额定或缓变负荷工况连续稳定运行，显著提升了精馏塔内气液平衡的稳定性和产品纯度，并因无需设置液空返灌低温管线而降低了工程成本和安全隐患。