基于电转氢的能源系统操作灵活性提升方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于电转氢的能源系统操作灵活性提升方法，包括以下步骤：分析包含电解器和储氢罐的电转氢系统运行情况，推导出电转氢系统的数学模型；获取热电联产机组模型，并将电转氢系统数学模型、电锅炉模型、储电装置模型和热电联产机组模型结合，得到了综合电、热、氢的系统模型；根据综合电、热、氢的系统模型，求出最佳调度方案使经济效应最好，实现能源系统操作灵活性提升。本发明专利技术综合调度了电解器、储氢罐、电锅炉、储电装置来大幅度增加热电联产机组的灵活性，从而减少了弃风。

A method to improve the flexibility of energy system operation based on Electro hydrogen conversion

【技术实现步骤摘要】
基于电转氢的能源系统操作灵活性提升方法
本专利技术属于电力系统
，具体涉及一种基于电转氢的能源系统操作灵活性提升方法。
技术介绍
在热电、风电共同存在的区域内，由于以热定电的规则存在，使得热电联供机组调节方式不灵活，风电机组缺乏可控性，导致大型风电场被削减。所以，找到一种有效方法来增强热电联供机组在操作上的灵活性会对风电的利用产生积极影响。现在常规使用的方法有利用储热罐、电锅炉和热泵来增加热电联供机组的灵活性，这是一个减少风能损耗的可行的解决方案。也可以采用电转氢的解决方案，在电解水的过程中加入热能回收系统，也能减轻热电联供机组的供热压力。尽管这些装置都会提升综合能源系统的灵活性，但是含电、热、氢的综合能源系统的操作特性尚未经过彻底研究，增加热源和电转氢系统的综合影响也没有被深入分析。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种基于电转氢的能源系统操作灵活性提升方法，综合调度了电解器、储氢罐、电锅炉、储电装置来大幅度增加热电联产机组的灵活性，从而减少了弃风。r>为解决上述技术问本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电转氢的能源系统操作灵活性提升方法，其特征是，包括以下步骤：/n分析包含电解器和储氢罐的电转氢系统运行情况，推导出电转氢系统的数学模型；/n获取热电联产机组模型，并将电转氢系统数学模型、电锅炉模型、储电装置模型和热电联产机组模型结合，得到了综合电、热、氢的系统模型；/n根据综合电、热、氢的系统模型，求出最佳调度方案使经济效应最好，实现能源系统操作灵活性提升。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于电转氢的能源系统操作灵活性提升方法，其特征是，包括以下步骤：
分析包含电解器和储氢罐的电转氢系统运行情况，推导出电转氢系统的数学模型；
获取热电联产机组模型，并将电转氢系统数学模型、电锅炉模型、储电装置模型和热电联产机组模型结合，得到了综合电、热、氢的系统模型；
根据综合电、热、氢的系统模型，求出最佳调度方案使经济效应最好，实现能源系统操作灵活性提升。


2.根据权利要求1所述的一种基于电转氢的能源系统操作灵活性提升方法，其特征是，所述分析包含电解器和储氢罐的电转氢系统运行情况，推导出电转氢系统的数学模型包括：
电网络给电解器提供电能pi,t，其中i代表第i电解器，t代表第t个小时，电能pi,t通过一个AC/DC变换器以效率ηi,1转换为然后通过碱性电解器的电化学反应，将电能中一部分电能用于生产氢气，另一部分电能被转化为热能用公式表达记为：



把碱性电解器模型分解为热子模型和化学子模型，各个模型详细描述如下：
电化学子模型：
电化学子模型仔细描述了有关能量和的数学公式；根据电化学理论，和可以用公式(2)和(3)表示；






式中icell为电解器中电解电池的电流密度，Ucell函数为电池操作电压，Utn函数为非应激电压，Ti,t为电解器的工作温度；
基于公式(2)和(3)，可以得到和电解电池的工作温度Ti,t三个状态变量之间的关系为：



公式(4)阐述了温度Ti,t可以通过电网络决定和的输出比例；
碱性电解器的可操作区域分割成4个三角形，这4个三角形区域分别用ΔABE,ΔBCE,ΔCDE,ΔADE表示，则操作区域可以表示为：
σABCD＝ΔABE∪ΔBCE∪ΔCDE∪ΔADE(5)
如果碱性电解器在ABE区域里，它满足：



式中，x,y,z为各个坐标值，a是凸优化系数，代表三角形ABE的角落数；
因此，对于j∈σABCD，j代表σABCD的一个区域，Nj代表区域j的角落数，本发明由(6)式推出的(7)式和(8)式来获得电解器中用于产生氢气的能量用于发热的能量和温度Ti,t：






式中，M是一个非常大的正数，δj是电解器模型的系数；
热子模型：
热子模型描述了有关电解器和供热网络交换的数学模型；通过控制电解器的热输出qi,t,i∈εL来决定工作温度Ti,t：






式中，εL是指电解器集合，Ct是热容常数，Rt＝0.164℃/W，ηi,2是电解器把热量转化成温度的效率，是损失到空气中的能量，Ti,t是电解器工作温度，Ta是环境温度；并且公式(9)可以被转化为离散化模型；



工作温度应该满足以下约束：




Ti是电解器允许温度下限，是电解器允许温度上限；
储氢罐的数学模型：
电解器用于产生的氢的能量为



式中，ni,t是氢气的产量，是生产每千克氢气所需的能量；由(13)式可知对于储氢罐来说，氢气的产量ni,t主要的调度变量是储氢罐的气压，可以用理想气体定律来计算：



式中，HS是储氢罐集合，ΔPri,t是第i个储氢罐在时间t的气压变化，R是理想气体常数，Ti是第i个储氢罐的温度，Vi是第i个储氢罐体积；其他的限制如下：



式中，Pri是储氢罐允许的气压下限，是储氢罐允许的气压上限。


3.根据权利要求2所述的一种基于电转氢的能源系统操作灵活性提升方法，其特征是，所述获取热电联产机组模型包括：
热电联供机组的电能及热能输出为：



式中，x,y,z为各个坐标值，x坐标对应的热能；y坐标对应电能；z坐标对应成本；c是燃料...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，丁昊晖，郝浩，胡秦然，
申请(专利权)人：南京华盾电力信息安全测评有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32