一种混合可再生能源耦合制氢方法及其系统与流程

文档序号:25309287发布日期:2021-06-04 15:16阅读:来源:国知局

技术特征:
1.一种混合可再生能源耦合制氢方法,其特征在于:包括如下步骤:构建生物质



光能源的多能联供系统,所述多能联供系统包括电解槽堆、风力发电组件、太阳能发电组件、太阳能集热组件、储氢组件、电储能组件、电锅炉和燃料电池;其中,所述太阳能发电组件分别与所述电储能组件和电锅炉连接,所述风力发电组件分别与所述电储能组件和电锅炉连接,所述电解槽堆分别与所述风力发电组件、所述太阳能发电组件、所述电储能组件、所述储氢组件、所述电锅炉和所述燃料电池连接,所述太阳能集热组件用于将由太阳产生的光能转换成热能;获取预设的风能出力值、光能出力值、输出热负荷值和输出电负荷值;将所述风能出力值和所述光能出力值作为所述多能联供系统的输入数据,控制所述多能联供系统在最小的电解功率波动条件下运行,以使所述多能联供系统提供所述输出热负荷值和所述输出电负荷值。2.根据权利要求1所述的一种混合可再生能源耦合制氢方法,其特征在于,所述获取预设的风能出力值、光能出力值、输出热负荷值和输出电负荷值的步骤,以及所述将所述风能出力值和所述光能出力值作为所述多能联供系统的输入数据,控制所述多能联供系统在最小的电解功率波动条件下运行,以使所述多能联供系统提供所述输出热负荷值和所述输出电负荷值的步骤之间,还包括:根据所述风能出力值、所述光能出力值、所述输出热负荷值和所述输出电负荷值,通过如下公式控制所述多能联供系统的多能转换和存储:其中,l
e,t
表示输出电负荷值;l
h,t
表示输出热负荷值;cm'为多能耦合矩阵,矩阵cm'的每个元素称为耦合因子,表示能量转换效率、能量分配以及能量枢纽的内部连接拓扑;η
b
表示电锅炉的电热转化效率;和分别表示燃料电
池的气电转化效率和气热转化效率;表示氢气的热值;表示太阳能发电组件在时间t输出的电功率,表示太阳能集热组件在时间t输出的热功率,所述光能出力值包括太阳能发电组件在时间t输出的电功率和太阳能集热组件在时间t输出的热功率;p
wt,t
表示风力发电组件在时间t输出的电功率,所述风能出力值包括风力发电组件在时间t输出的电功率;m
s,t
表示所述电解槽堆在时间t内的总产氢速率;p
bes,t
表示电储能组件的净输出值(正值表示放电,负值表示充电);m
hst,t
表示所述储氢组件的净输出值(正值表示放气,负值表示充气);p
elz,t
表示电解槽堆的电解功耗;e
b,t
表示电锅炉热能输出;e
fc,t
表示燃料电池的电功率输出;e
ef,t
表示加热电解槽的电能;e
hf,t
表示加热电解槽的热能。3.根据权利要求1所述的一种混合可再生能源耦合制氢方法,其特征在于,所述混合可再生能源耦合制氢方法还包括如下步骤:构建系统运行成本模型,所述系统运行成本模型包括系统总运行成本sc
t
;获取所述多能联供系统的设备参数;控制所述多能联供系统的设备在约束条件下运行,以使所述多能联供系统在最小的系统总运行成本条件下和在最小的电解功率波动条件下运行。4.根据权利要求3所述的一种混合可再生能源耦合制氢方法,其特征在于,所述系统运行成本模型还包括电解槽堆退化成本sdc
t
、电储能组件退化成本bdc
t
和负荷削减成本lsc
t
;所述系统总运行成本sc
t
根据如下公式计算:sc
t
=sdc
t
+bdc
t
+lsc
t
。5.根据权利要求4所述的一种混合可再生能源耦合制氢方法,其特征在于,所述电解槽堆退化成本sdc
t
根据如下公式计算:sdc
t
=τ
s,t
n
c
d
c
δt+n
c
d
su
max{(τ
s,t

τ
s,t
‑1),0}+n
c
d
sd
max{(τ
s,t
‑1‑
τ
s,t
),0}+n
c
d
f
|i
c,t

i
c,t
‑1|,其中,d
c
、d
su
、d
sd
和d
f
分别表示常规运行时电解槽每小时的退化成本、电解槽启动的单位退化成本、电解槽关闭的单位退化成本和电解电流波动引起的单位退化成本;τ
s,t
是一个二进制变量,表示电解槽在时间t的运行状态,1表示运行状态,0表示关闭状态;τ
s,t
‑1是一个二进制变量,表示电解槽在时间t

1的运行状态,1表示运行状态,0表示关闭状态;n
c
表示电解槽堆中电解槽的数量;δt是控制的时间间隔;i
c,t
表示电解槽在时间t的电解电流;i
c,t
‑1表示电解槽在时间t

1的电解电流;所述电储能组件退化成本bdc
t
根据如下公式计算:其中,δ、cp
b
和η
sr
分别表示电储能组件的生命周期内总充放电量、电储能组件的投资成本和可用容量百分比;p
ch,t
、p
dis,t
、η
ch
和η
dis
分别表示电储能组件的充电功率、放电功率、充电效率和放电效率;所述负荷削减成本lsc
t
根据如下公式计算:lsc
t
=μ
sc
(ls
e,t
+ls
h,t
)δt,其中,ls
e,t
和ls
h,t
分别表示电热负荷削减量;μ
sc
是单位负荷削减成本;δt是控制的时
间间隔。6.根据权利要求5所述的一种混合可再生能源耦合制氢方法,其特征在于,所述设备参数包括电解槽的电解电流上下限、电解槽的电解电压上下限、电解槽的运行温度上下限、电储能组件的最大充电功率值、电储能组件的最大放电功率值、电储能组件的最大能量状态、电储能组件的最小能量状态和电储能组件的额定容量。7.根据权利要求6所述的一种混合可再生能源耦合制氢方法,其特征在于,所述约束条件包括电解槽的运行约束条件;所述电解槽的运行约束条件为:i
c,min
≤i
c,t
≤i
c,max
,u
c,min
≤u
c,t
≤u
c,max
,t
c,min
≤t
c,t
≤t
c,max
,其中,i
c,min
和i
c,max
分别表示电解槽的电解电流的下限和电解槽的电解电流的上限;u
c,min
和u
c,max
分别表示电解槽的电解电压的下限和电解槽的电解电压的上限;t
c,min
和t
c,max
分别表示电解槽的运行温度的下限和电解槽的运行温度的上限;i
c,t
、u
c,t
和t
c,t
分别表示电解槽在时间t的电解电流、电解电压和运行温度。8.根据权利要求7所述的一种混合可再生能源耦合制氢方法,其特征在于,所述约束条件还包括电储能组件的运行约束条件;所述电储能组件的运行约束条件为:还包括电储能组件的运行约束条件;所述电储能组件的运行约束条件为:soc
bes,min
≤soc
bes,t
≤soc
bes,max
,其中,p
ch,max
和p
dis,max
分别表示电储能组件的最大充电功率值和电储能组件的最大放电功率值;是一个二进制变量,表示电储能组件在时间t的充电状态,1表示充电,0表示非充电状态;soc
bes,min
和soc
bes,max
分别表示电储能组件的能量状态下限和电储能组件的能量状态下限;p
ch,t
、p
dis,t
和soc
bes,t
分别表示电储能组件在时间t的充电功率值、电储能组件在时间t的放电功率值和电储能组件在时间t的能量状态。9.根据权利要求1

8中任一项所述的一种混合可再生能源耦合制氢方法,其特征在于,所述电解槽堆还与所述太阳能集热组件连接;所述太阳能集热组件与所述电锅炉用于向所述电解槽堆提供热能,促进所述电解槽堆的电解反应速率。10.一种混合可再生能源耦合制氢系统,其特征在于,应用如权利要求1至9中任一项所述的一种混合可再生能源耦合制氢方法的步骤。
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