具备热平衡保持能力的氢储能系统及优化方法技术方案

本发明专利技术提供一种具备热平衡保持能力的氢储能系统及优化方法，所述系统包括：能量管理单元、电解槽、燃料电池和热能循环回路；所述能量管理单元的输出端与所述电解槽连接；所述电解槽与所述燃料电池连接；所述燃料电池与所述能量管理单元的输入端连接；所述热能循环回路分别与所述电解槽和所述燃料电池连接；其中，所述电解槽将所述能量管理单元输送的电能转化为氢能；所述燃料电池将氢能转化为电能，并通过所述能量管理单元实现向电负荷供电；所述热能循环回路用于实现热能在所述电解槽和所述燃料电池之间的循环传递。本发明专利技术通过配置电解槽和燃料电池吸收和发出功率，为新能源场提供正、负备用，实现调峰服务。实现调峰服务。实现调峰服务。

【技术实现步骤摘要】
具备热平衡保持能力的氢储能系统及优化方法


[0001]本专利技术涉及能源
，尤其涉及一种具备热平衡保持能力的氢储能系统及优化方法。

技术介绍

[0002]近年来，以风能、光伏为代表的新能源产业得到了快速发展。随着世界能源生产、消费格局的变革，以新能源为主体的新型电力系统已成为未来电力系统转型发展的重要方向。在一些资源富集地区，新能源装机容量已超过常规机组。然而，新能源输出功率间歇性、波动性特征，已成为高比例新能源电网安全和稳定的运行所面临的主要挑战。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供一种具备热平衡保持能力的氢储能系统，用以解决现有技术中新能源输出功率具有间歇性、波动性的特征，影响高比例新能源电网安全和稳定运行的缺陷，通过利用氢储能作为完全清洁的储能方式，既具备电化学储能响应速度快的特点，又具备物理储能大规模、跨季节的优势，配置电解槽和燃料电池吸收和发出功率，为新能源场提供正、负备用，实现调峰服务。
[0004]本专利技术还提供一种具备热平衡保持能力的氢储能系统的优化方法，用以解决现有技术中新能源输出功率具有间歇性、波动性的特征，影响高比例新能源电网安全和稳定运行的缺陷，通过氢储能系统进行优化，保证系统响应速度以及实际运行中的可用容量的同时，采用最小的投资成本，使得经济效益最大化。
[0005]根据本专利技术第一方面提供的一种具备热平衡保持能力的氢储能系统，包括：能量管理单元、电解槽、燃料电池和热能循环回路；
[0006]所述能量管理单元的输出端与所述电解槽连接；<br/>[0007]所述电解槽与所述燃料电池连接；
[0008]所述燃料电池与所述能量管理单元的输入端连接；
[0009]所述热能循环回路分别与所述电解槽和所述燃料电池连接；
[0010]其中，所述电解槽将所述能量管理单元输送的电能转化为氢能；
[0011]所述燃料电池将氢能转化为电能，并通过所述能量管理单元实现向电负荷供电；
[0012]所述热能循环回路用于实现热能在所述电解槽和所述燃料电池之间的循环传递。
[0013]根据本专利技术的一种实施方式，还包括：储氢罐和储氧罐；
[0014]所述储氢罐的输入端与所述电解槽连接，所述储氢罐的输出端与所述燃料电池连接；
[0015]所述储氧罐的输入端与所述电解槽连接，所述储氧罐的输出端与所述燃料电池连接。
[0016]具体来说，本实施例提供了一种储氢罐和储氧罐的实施方式，通过设置储氢罐和储氧罐，实现了通过电解槽将水进行分解，并将电能转化成氢能进行存储，并且被收集的氧
气还可以与氢能在燃料电池处进行反应，变成水的同时释放能量。
[0017]在可能的实施方式中，储氧罐与燃料电池的连接管路上还设置有与空气连接的阀门和管路，便于当氧气不足时，通过外部空气实现氧气的供给。
[0018]在可能的实施方式中，电解槽为碱池电解槽。
[0019]在可能的实施方式中，燃料电池为质子膜燃料电池。
[0020]根据本专利技术的一种实施方式，还包括：供水通路，所述供水通路分别与所述电解槽的输入端和所述燃料电池的输出端连接，用于将所述燃料电池形成的水输送至所述电解槽。
[0021]具体来说，本实施例提供了一种供水通路的实施方式，通过设置供水通路，实现了将燃料电池处生成的水导流至电解槽，供给电解槽对水的分解，生成氢气和氧气，实现能量的循环利用。
[0022]根据本专利技术的一种实施方式，所述供水通路与所述热能循环回路耦合，用于通过所述热能循环回路内的热能对所述供水通路内的水进行预热。
[0023]具体来说，本实施例提供了一种供水通路与热能循环回路耦合的实施方式，通过将供水通路与热能循环回路进行耦合，使得从燃料电池流向电解槽的水得到预热，提升工作效率。
[0024]根据本专利技术的一种实施方式，还包括：换热器和储热罐；
[0025]所述换热器与所述热能循环回路耦合；
[0026]所述储热罐与所述换热器连接，用于通过所述换热器实现对所述热能循环回路内热能的存储。
[0027]具体来说，本实施例提供了一种换热器和储热罐的实施方式，通过设置换热器和储热罐，实现了对热能循环回路中热能的存储，对热能循环回路中的热能进行调节，维持系统温度的稳定。
[0028]在可能的实施方式中，储热罐还为热负荷供热。
[0029]根据本专利技术第二方面提供的一种上述的具备热平衡保持能力的氢储能系统的优化方法，包括：
[0030]获取电解槽的目标电功率和电解槽投资系数，并构建电解槽成本函数；
[0031]获取燃料电池的目标电功率和燃料电池投资系数，并构建燃料电池成本函数；
[0032]获取氢储能的目标容量和氢储能投资系数，并构建氢储能成本函数；
[0033]根据所述电解槽成本函数、所述燃料电池成本函数和所述氢储能成本函数构建总成本目标函数；
[0034]对所述总成本目标函数添加约束条件，并根据所述约束条件对所述总成本目标函数进行计算，获得对应的最小投资成本。
[0035]根据本专利技术的一种实施方式，所述获取电解槽的目标电功率和电解槽投资系数，并构建电解槽成本函数的步骤中，具体包括：
[0036]获取t时刻电解槽产生的热功率、电解槽的产氢速率、氢能的高热值和电解槽效率，并计算出t时刻电解槽消耗的电功率；
[0037]重复上述步骤，将计算出电解槽消耗的最大电功率作为电解槽的目标电功率。
[0038]具体来说，本实施例提供了一种构建电解槽成本函数的实施方式。
[0039]根据本专利技术的一种实施方式，所述获取燃料电池的目标电功率和燃料电池投资系数，并构建燃料电池成本函数的步骤中，具体包括：
[0040]获取t时刻燃料电池产生的热功率、燃料电池的耗氢速率、氢能的高热值和燃料电池效率，并计算出t时刻燃料电池产生的电功率；
[0041]重复上述步骤，将计算出燃料电池产生的最大电功率作为燃料电池的目标电功率。
[0042]具体来说，本实施例提供了一种构建燃料电池成本函数的实施方式。
[0043]根据本专利技术的一种实施方式，所述获取氢储能的目标容量和氢储能投资系数，并构建氢储能成本函数的步骤中，具体包括
[0044]获取t
‑
1时刻的氢容量，并根据t时刻电解槽产生的电功率、电解槽效率、燃料电池产生的电功率和燃料电池效率计算t时刻的氢容量；
[0045]重复上述步骤，将计算出的最大氢容量作为氢储能的目标容量。
[0046]具体来说，本实施例提供了一种构建氢储能成本函数的实施方式。
[0047]根据本专利技术的一种实施方式，所述对所述总成本目标函数添加约束条件，并根据所述约束条件对所述总成本目标函数进行计算，获得对应的最小投资成本的步骤中，具体包括：
[0048]获取电解槽产生的热功率、燃料电池生产的热功率、氢储能系统消耗的热功率、供给热负荷的热功率和换热器的效率，并构建热本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具备热平衡保持能力的氢储能系统，其特征在于，包括：能量管理单元、电解槽、燃料电池和热能循环回路；所述能量管理单元的输出端与所述电解槽连接；所述电解槽与所述燃料电池连接；所述燃料电池与所述能量管理单元的输入端连接；所述热能循环回路分别与所述电解槽和所述燃料电池连接；其中，所述电解槽将所述能量管理单元输送的电能转化为氢能；所述燃料电池将氢能转化为电能，并通过所述能量管理单元实现向电负荷供电；所述热能循环回路用于实现热能在所述电解槽和所述燃料电池之间的循环传递。2.根据权利要求1所述的一种具备热平衡保持能力的氢储能系统，其特征在于，还包括：储氢罐和储氧罐；所述储氢罐的输入端与所述电解槽连接，所述储氢罐的输出端与所述燃料电池连接；所述储氧罐的输入端与所述电解槽连接，所述储氧罐的输出端与所述燃料电池连接。3.根据权利要求1所述的一种具备热平衡保持能力的氢储能系统，其特征在于，还包括：供水通路，所述供水通路分别与所述电解槽的输入端和所述燃料电池的输出端连接，用于将所述燃料电池形成的水输送至所述电解槽。4.根据权利要求3所述的一种具备热平衡保持能力的氢储能系统，其特征在于，所述供水通路与所述热能循环回路耦合，用于通过所述热能循环回路内的热能对所述供水通路内的水进行预热。5.根据权利要求1所述的一种具备热平衡保持能力的氢储能系统，其特征在于，还包括：换热器和储热罐；所述换热器与所述热能循环回路耦合；所述储热罐与所述换热器连接，用于通过所述换热器实现对所述热能循环回路内热能的存储。6.一种上述权利要求1至5任一所述的具备热平衡保持能力的氢储能系统的优化方法，其特征在于，包括：获取电解槽的目标电功率和电解槽投资系数，并构建电解槽成本函数；获取燃料电池的目标电功率和燃料电池投资系数，并构建燃料电池成本函数；获取氢储能的目标容量和氢储能投资系数，并构建氢储能成本函数；根据所述电解槽成本函数、所述燃料电池成本函数和所述氢储能成本函数构建总成本目标函数；对所述总成本目标函数添加约束条件，并根据所述约束条件对所述总成本目标函数进行计算，获得对应的最小投资成...

【专利技术属性】
技术研发人员：司杨，梅生伟，陈来军，高梦宇，麻林瑞，
申请(专利权)人：青海大学，
类型：发明
国别省市：