一种最小化运输成本的应急氢能源站点优化方法及系统

本发明涉及站点优化，尤其涉及一种最小化运输成本的应急氢能源站点优化方法及系统。

背景技术：

1、我国高度重视清洁能源产业的发展，随着人们环保意识的不断提高，新能源汽车市场持续增长。氢能汽车是指使用氢气作为燃料和能源的汽车，与传统燃油汽车和电动汽车相比，具有许多优势。首先，氢能汽车采用燃料电池技术，将氢气与氧气反应产生电能，从而驱动电动马达，这意味着氢能汽车不像传统燃油汽车那样产生有害的尾气排放，只会释放水蒸气，对环境零排放，对空气质量有显著的改善作用；其次，氢能汽车具有高能量密度和快速加注的特点，相比电动汽车，氢能汽车的加注时间类似于传统燃油汽车，只需几分钟即可完成加氢过程，并且可以提供更长的续航里程，满足长途驾驶需求；此外，氢能汽车还具有可再生能源利用的潜力，通过水电解、生物质转化、天然气重整等方式生产，实现零排放。因此，氢能汽车与可再生能源相结合，有望推动能源转型和减少对化石燃料的依赖。

2、然而，氢能汽车的商业化还面临一个重要挑战，即缺乏氢基础设施，包括氢气生产、储存、运输和加注设施的完善。目前，我国的加氢站主要依赖外部供应的氢气，这意味着需要通过场外的制氢站来补充氢气。在规划和建设加氢站时，需要考虑氢气的来源、储运以及加氢站的运营等各个方面的内容。尽管面临挑战，氢能汽车作为清洁能源技术的一种重要应用，受到全球许多国家和地区的关注和推动。

3、为了解决氢基础设施的建设问题，通过综合考虑加氢站间距、制氢站位置、及运输过程中的地理因素等影响因素，以加氢车与加氢站之间的运输损失与加氢站与制氢站之间的运输损失为决策变量，构建了一个制氢站和加氢站站点布局优化模型，从而完善相关基础设施，使氢能汽车在未来能够发挥重要作用，推动可持续能源发展，减少环境污染。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种最小化运输成本的应急氢能源站点优化方法及系统，用以解决氢基础设施的建设问题。

2、根据本发明的第一方面，本发明提供一种最小化运输成本的应急氢能源站点优化方法，包括如下步骤：

3、步骤s1、根据加氢站的平均日加氢量、氢日需求总量和路况条件信息，得到加氢站数量和路况条件权重，由此计算施工路段全路段的损耗；

4、步骤s2、以所有加氢车到其临近加氢站的损耗最低为优化目标，构建加氢站布局优化模型；

5、步骤s3、以运氢车从制氢站到加氢站的运输成本最低为优化目标，构建制氢站布局优化模型，结合加氢站布局优化模型，形成施工损耗多目标优化模型，并求解模型最优解集；

6、步骤s4、以所有加氢车到加氢站的运输成本及运氢车从制氢站到加氢站的运输成本最低为优化目标，构建施工成本优化模型，并求解模型最优解。

7、在上述技术方案的基础上，本发明还可以作出如下改进。

8、可选的，步骤1中，所述得到加氢站数量包括：

9、s111、根据施工规划或相关需求调查预测，设施工路段的氢日需求总量为，每个加氢站的平均日加氢量为；

10、s112、根据加氢站的平均日加氢量和氢日需求总量，得出加氢站数量和加氢站数量优化目标；其中，加氢站数量计算公式为，加氢站数量优化目标为；

11、s113、根据优化目标，计算得到加氢站数量。

12、可选的，步骤1中，所述得到路况条件权重集合包括：

13、s121、根据施工现场调研，得到施工路段的路况条件种类数量，设为种；

14、s122、根据实际路况条件给出每个路段的路况条件系数，得到路况条件系数集合。

15、可选的，步骤1中，所述计算施工路段全路段的损耗包括：

16、s131、将个加氢站将整个施工路段划分为段，设每段路段的长度为km，且；

17、s132、设路段中，路况条件为的路段长度为km，则路段的损耗计算公式为；

18、s133、得到施工路段全路段的损耗，计算公式为。

19、可选的，步骤2中，所述构建加氢站布局优化模型包括：

20、设加氢车有辆，则加氢车集合为，取整数；

21、当加氢车在路段上，设其与相邻加氢站间路况条件为的路段长度为；

22、将加氢车所在路段的两个加氢站和中，损耗较小的定义为该加氢车的临近加氢站；

23、在加氢车到所在路段上临近加氢站的路段中，路况条件为的路段长度为，则加氢车到临近加氢站的距离为，计算加氢车到临近加氢站的损耗，计算公式为；

24、计算所有加氢车到其临近加氢站的损耗，计算公式为；

25、计算得到优化模型。

26、可选的，步骤3中，所述构建制氢站布局优化模型包括：

27、s31、设制氢站到所有加氢站的路段集合为；

28、s32、设制氢站到加氢站，路况条件为的路段长度为km，则制氢站到加氢站的距离为km；

29、s331、计算制氢站到加氢站的损耗，计算公式为；

30、s332、计算制氢站到所有加氢站的损耗，计算公式为；

31、s333、得到优化模型。

32、可选的，所述形成施工损耗多目标优化模型，并求解模型最优解集包括：根据加氢车到其临近加氢站的损耗优化模型和运氢车从制氢站到所有加氢站的损耗优化模型得到施工损耗多目标优化模型，利用遗传算法求解得到施工损耗多目标优化模型最优解集；其中，遗传算法采用染色体编码。

33、可选的，步骤4中，所述构建施工成本优化模型，并求解模型最优解包括：

34、设路况条件为的施工路段花费为元；

35、计算制氢站到所有加氢站的花费，计算公式为；

36、计算加氢车到所在路段上临近加氢站的花费，计算公式为；

37、计算所有加氢车到所在路段上临近加氢站的花费，计算公式为；

38、计算总花费，计算公式为；

39、得到花费优化模型，即施工成本优化模型；

40、将步骤3中得到的模型最优解集代入花费优化模型中进行求解，得到花费最少的解，即模型最优解。

41、可选的，所述花费优化模型表达式为：

42、。

43、根据本发明的第二方面，提供一种最小化运输成本的应急氢能源站点优化系统，包括：

44、第一计算模块，用于根据加氢站的平均日加氢量、氢日需求总量和路况条件信息，得到加氢站数量和路况条件权重，由此计算施工路段全路段的损耗；

45、第二计算模块，用于根据以所有加氢车到其临近加氢站的损耗最低为优化目标，构建加氢站布局优化模型；

46、第三计算模块，用于根据以运氢车从制氢站到加氢站的运输成本最低为优化目标，构建制氢站布局优化模型，结合加氢站布局优化模型，形成施工损耗多目标优化模型，并求解模型最优解集；

47、第四计算模块，用于根据以所有加氢车到加氢站的运输成本及运氢车从制氢站到加氢站的运输成本最低为优化目标，构建施工成本优化模型，并求解模型最优解。

48、本发明提供的一种最小化运输成本的应急氢能源站点优化方法及系统，具有以下技术效果和优点：

49、针对加氢车到加氢站间的运输损耗问题，对加氢车与相邻两个加氢站间的路况条件进行分析，构建了加氢站布局优化模型，得到损耗最小的加氢站布局，降低了加氢车到加氢站加氢过程中的损耗，提高了加氢车运输效益。

50、针对制氢站到加氢站间的运输损耗问题，对制氢站与所建加氢站间的路况条件进行分析，构建了制氢站布局优化模型，得到损耗最小的制氢站建设位置，降低了制氢站到加氢站间的运输损耗，提高了氢能源运输效益。

51、本技术提供的最小化运输成本的应急氢能源站点优化方法能够综合考虑加氢车到加氢站以及制氢站到加氢站间的运输损耗问题，避免只考虑单一方面影响所可能造成的不足，使运输损耗及成本达到最优，助力氢基础设施的建设，实现降本增效。