风电制氢系统容量匹配方法技术方案

本发明专利技术关于风电制氢系统容量匹配方法，以电脑设备与程序进行运作，按照如下步骤进行：步骤A：采集当地制氢容量数据、风电资源数据并进行预处理；步骤B：确定风机装机位置及容量数据；步骤C：日产氢量与储存容量数据匹配计算的相关数据预处理；步骤D：按照日供氢系数及存储倍数的组合进行遍历计算并获取匹配的决策参数；步骤E：根据决策参数筛选可行的容量匹配组合；步骤F：对于上述步骤E中的匹配组合参数进行供氢成本测算；步骤G：判断是否遍历完成所有组合；步骤H：对比所有匹配组合的制氢成本测算结果确定最优制氢系统容量匹配方案。实现了新能源在制氢系统产、供、储的优化配置，提高了新能源利用率，降低制氢成本，提升经济效益。

【技术实现步骤摘要】
风电制氢系统容量匹配方法
本专利技术涉及新能源领域，具体关于一种风电制氢系统容量匹配方法。
技术介绍
电解水制氢是一种高效、清洁的制氢技术，其制氢工艺简单，产品纯度高，氢气纯度一般可达99.9％，是最有潜力的大规模制氢技术。特别是随着目前可再生能源发电的日益增长，氢气将成为电能存储的理想载体。具体为通过将可再生能源发电经过电解水制氢技术，将可再生能源产生的电能转化为氢能进行储存，氢能再根据实际需要后续利用。但是，目前在离网条件下，由于风力发电出力固有的随机波动性，且波动幅度较大，必然导致下游制氢系统制氢量的波动。如何做到风力发电机与制氢设备的出力的优化匹配是一个工程难题。如果简单的将制氢容量与风电发电容量取等值，这样虽然可以最大限度的利用可再生能源，但同时会导致制氢容量的大量闲置和浪费。同理如果制氢容量相比风力发电容量过小，必然会导致发电装机容量的浪费。同时，氢气的存储作为连接生产与用户的纽带，其容量对上下游的配置都有一定的影响。存储量大，在风电资源丰富时，可更多的存储富裕的氢气，在风电资源贫乏时，释放存储的氢气来满足下游需求。然而如果存储量过大，无疑会大规模增加成本和占地。同理，如果存储量小又会造成发电容量和制氢容量的严重浪费。由上述可见，制氢容量、风机容量、氢气存储容量的大小及匹配关系对制氢成本造成很大影响。因此，寻求一种合理的风电制氢的容量匹配方法成为目前迫切的需求。
技术实现思路
有鉴于先前技术的问题，本专利技术者认为应有一种改进的技术方案，为此设计一种风电制氢系统容量匹配方法，其具体的技术手段为：本专利技术提供一种风电制氢系统容量匹配方法，以电脑设备与程序进行运作，至少包含以下步骤：步骤A：采集当地制氢容量数据、风电资源数据并进行预处理；步骤B：确定风机装机位置及容量数据；步骤C：日产氢量与储存容量数据匹配计算的相关数据预处理；步骤D：按照日供氢系数及存储倍数的组合进行遍历计算并获取匹配的决策参数；步骤E：根据决策参数筛选可行的容量匹配组合；步骤F：对于上述步骤E中的匹配组合参数进行供氢成本测算；步骤G：判断是否遍历完成所有组合，如果没有完成所有组合遍历返回到步骤D并重复后续步骤，如果完成所有组合遍历计算，执行步骤H；步骤H：对比所有匹配组合的制氢成本测算结果，确定最优制氢系统容量匹配方案。进一步的，上述步骤C包含采集并计算理想日均产氢量qo、约定日供氢系数η并计算理想氢气日供应量qm、确定存储倍数n并计算氢气存储容量Qc；其中，上述日均产氢量qo的计算方法包含如下步骤：步骤C1-1：根据制氢耗电量Wa及压缩机耗电量Wb计算输出单位氢气所需要的耗电量；步骤C1-2：根据上述步骤A中的风资源数据、上述步骤B中的风机装机位置及容量数据计算逐时发电功率Pgj；步骤C1-3：计算全厂最大耗电功率Pmax；步骤C1-4：计算逐时耗电量Pj；步骤C1-5：将上述逐时耗电量Pj求和计算理想全年产氢量Qo；步骤C1-6：根据上述理想全年产氢量Qo计算理想日均产氢量qo；其中，上述日供氢系数η为约定的每日所需氢气量的占比，其为固定值或变量；其中，上述理想氢气日供应量qm为上述理想日均产氢量qo与上述日供氢系数η的乘积；其中，上述存储倍数n是确定的上述氢气存储容量Qc与上述理想氢气日供应量qm的比值；其中，上述氢气存储容量Qc为上述理想氢气日供应量qm与上述存储倍数n的乘积。进一步的，上述步骤D中计算并获取的匹配的决策参数包含且不限于最小压缩机容量Pc、日供氢量qei、日产氢量qpi、不满供日数Nf、全年总供氢量Qe、年供氢稳定保证率、及日外购电量wni。进一步的，上述最小压缩机容量Pc的计算方法包含如下步骤：步骤D1-1：根据所述理想氢气日供应量qm以及所述压缩机耗电量Wb计算理想日压缩机耗电量Wc；步骤D1-2：计算日风电可供电量Pgi；步骤D1-3：根据上述日风电可供电量Pgi计算日压缩机耗电量Wci并与上述理想日压缩机耗电量Wc进行逐日对比分析，确定供电量不足日及日数，同时获取上述日压缩机耗电量Wci的最小值并推算出最小压缩机容量Pc。进一步的，上述日供氢量qei为压缩机每日压缩氢气的量值，其可通过上述日压缩机耗电量Wci除以上述压缩机的耗电量Wb计算获得；其中，上述日供氢量qei的计算方法包含如下步骤：步骤D2-1：计算一日24小时每时的逐时压缩机耗电量Wcij；步骤D2-2：将上述逐时压缩机耗电量Wcij逐日求和计算上述日压缩机耗电量Wci；步骤D2-3：计算上述日供氢量qei。进一步的，上述逐时压缩机耗电量Wcij的计算方法包含如下步骤：步骤D2-1-1：根据步骤D1-3中的上述日压缩机耗电量Wci确定压缩机可用的电负荷；步骤D2-1-2：逐时判断是否有足够的氢气源供压缩机压缩，如果有足够的氢气源供压缩机压缩，则该小时压缩机的上述逐时压缩机耗电量wcij即为该时段压缩机可用电负荷，否则执行步骤D2-1-3；步骤D2-1-3：计算并判断风电发电耗电量是否小于或等于制氢装机容量，如果风电发电耗电量小于或等于制氢装机容量，则该小时压缩机的上述逐时压缩机耗电量wcij即为风电制氢量与上一个时段存储的氢气量之和，否则该小时压缩机的耗电量wcij即为制氢装机容量与上一个时段存储的氢气量之和；步骤D2-1-4：累计上述逐时压缩机耗电量Wcij并判断累计值是否大于或等于上述理想日压缩机耗电量Wc，如果累计耗电量大于或等于上述日压缩机耗电量Wc，则上述时压缩机耗电量Wcij在j时之前按照上述日压缩机耗电量Wc与上述逐时压缩机耗电量Wcij累计值的差值累计，而在j+1小时至23时按照0值累计，否则设定j＝j+1返回上述步骤D2-1-2重复执行直至j＝23结束计算。进一步的，上述日产氢量qpi包含如下计算步骤：步骤D3-1：按照每日每小时计算逐时制氢耗电量wpij，其决定参数包含，该时可用的制氢电量、制氢装机容量及剩余存储容量；步骤D3-2：累计24小时的上述逐时制氢耗电量wpij获得日制氢耗电量wpi；步骤D3-3：根据步骤D3-2中的上述日制氢耗电量wpi计算获得上述日产氢量qpi。进一步的，上述年供氢稳定保证率包含如下计算步骤：步骤D4-1：判断日供氢量qei是否大于等于上述理想氢气日供应量qm，如果日供氢量qei大于或等于上述理想氢气日供应量qm，则累计一日年供氢稳定日；步骤D4-2：按照累计的上述年供氢稳定日的天数与全年天数的比值计算上述年供氢稳定保证率；上述日外购电量wni为每天供氢缺口量对应的制氢及压缩氢气的耗电量。进一步的，上述步骤E包含进行以下运算：(1)根据核算的风电制氢系统容量各指标，估算风电制氢投资成本；(2)根据上述风电制氢投资成本，计算年本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.风电制氢系统容量匹配方法，其特征在于，以电脑设备与程序进行运作，至少包含以下步骤：/n步骤A：采集当地制氢容量数据、风电资源数据并进行预处理；/n步骤B：确定风机装机位置及容量数据；/n步骤C：日产氢量与储存容量数据匹配计算的相关数据预处理；/n步骤D：按照日供氢系数及存储倍数的组合进行遍历计算并获取匹配的决策参数；/n步骤E：根据决策参数筛选可行的容量匹配组合；/n步骤F：对于上述步骤E中的匹配组合参数进行供氢成本测算；/n步骤G：判断是否遍历完成所有组合，如果没有完成所有组合遍历返回到步骤D并重复后续步骤，如果完成所有组合遍历计算，执行步骤H；/n步骤H：对比所有匹配组合的制氢成本测算结果，确定最优制氢系统容量匹配方案。/n

【技术特征摘要】
1.风电制氢系统容量匹配方法，其特征在于，以电脑设备与程序进行运作，至少包含以下步骤：
步骤A：采集当地制氢容量数据、风电资源数据并进行预处理；
步骤B：确定风机装机位置及容量数据；
步骤C：日产氢量与储存容量数据匹配计算的相关数据预处理；
步骤D：按照日供氢系数及存储倍数的组合进行遍历计算并获取匹配的决策参数；
步骤E：根据决策参数筛选可行的容量匹配组合；
步骤F：对于上述步骤E中的匹配组合参数进行供氢成本测算；
步骤G：判断是否遍历完成所有组合，如果没有完成所有组合遍历返回到步骤D并重复后续步骤，如果完成所有组合遍历计算，执行步骤H；
步骤H：对比所有匹配组合的制氢成本测算结果，确定最优制氢系统容量匹配方案。


2.如权利要求1所述的风电制氢系统容量匹配方法，其特征在于，所述步骤C包含采集并计算理想日均产氢量qo、约定日供氢系数η并计算理想氢气日供应量qm、确定存储倍数n并计算氢气存储容量Qc；
其中，所述日均产氢量qo的计算方法包含如下步骤：
步骤C1-1：根据制氢耗电量Wa及压缩机耗电量Wb计算输出单位氢气所需要的耗电量；
步骤C1-2：根据所述步骤A中的风资源数据、所述步骤B中的风机装机位置及容量数据计算逐时发电功率Pgj；
步骤C1-3：计算全厂最大耗电功率Pmax；
步骤C1-4：计算逐时耗电量Pj；
步骤C1-5：将所述逐时耗电量Pj求和计算理想全年产氢量Qo；
步骤C1-6：根据所述理想全年产氢量Qo计算理想日均产氢量qo；
其中，所述日供氢系数η为约定的每日所需氢气量的占比，其为固定值或变量；
其中，所述理想氢气日供应量qm为所述理想日均产氢量qo与所述日供氢系数η的乘积；
其中，所述存储倍数n是确定的所述氢气存储容量Qc与所述理想氢气日供应量qm的比值；
其中，所述氢气存储容量Qc为所述理想氢气日供应量qm与所述存储倍数n的乘积。


3.如权利要求1所述的风电制氢系统容量匹配方法，其特征在于，所述步骤D中计算并获取的匹配的决策参数包含且不限于最小压缩机容量Pc、日供氢量qei、日产氢量qpi、不满供日数Nf、全年总供氢量Qe、年供氢稳定保证率、及日外购电量wni。


4.如权利要求3所述的风电制氢系统容量匹配方法，其特征在于，所述最小压缩机容量Pc的计算方法包含如下步骤：
步骤D1-1：根据所述理想氢气日供应量qm以及所述压缩机耗电量Wb计算理想日压缩机耗电量Wc；
步骤D1-2：计算日风电可供电量Pgi；
步骤D1-3：根据所述日风电可供电量Pgi计算日压缩机耗电量Wci并与所述理想日压缩机耗电量Wc进行逐日对比分析，确定供电量不足日及日数，同时获取所述日压缩机耗电量Wci的最小值并推算出最小压缩机容量Pc。


5.如权利要求3所述的风电制氢系统容量匹配方法，其特征在于，所述日供氢量qei为压缩机每日压缩氢气的量值，其可通过所述日压缩机耗电量Wci除以所述压缩机的耗电量Wb计算获得；
其中，所述日供氢量qei的计算方法包含如下步骤：...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤晓舒，周军，衡德锋，涂宏，杜小军，李鹏，吕晶，田江南，李少华，刘军梅，
申请(专利权)人：中国电力工程顾问集团华北电力设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11