基于氢的近零碳排放综合能源系统及其运行优化方法技术方案

本发明专利技术公开了基于氢的近零碳排放综合能源系统及其运行优化方法，光伏和风力发电机组负责供给电负荷；当电力过剩时，过剩电负荷向电解槽输入直流电进行电解水来制取氢气，并将氢气储存到储氢罐中；当电力不足时，储氢罐为燃料电池提供氢气，燃料电池产生电力，满足电负荷需求；储热装置为电解槽提供热量；电解槽制取的氢气在压缩过程中释放热量，储热装置将压缩氢气释放的热量回收存储；燃料电池产生电力的过程中释放热量，储热装置将产生电力释放的热量回收存储；吸收式制冷机从储热装置中吸收热能进行制冷操作；热泵从光伏和风力发电机组中获取电量，产生热能或冷能。具有零碳经济、促进可再生能源消纳、源荷削峰填谷和跨季节储能调度的优点。能调度的优点。能调度的优点。

【技术实现步骤摘要】
基于氢的近零碳排放综合能源系统及其运行优化方法


[0001]本专利技术涉及综合能源
，特别是涉及基于氢的近零碳排放综合能源系统及其运行优化方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提到了与本专利技术相关的
技术介绍
，并不必然构成现有技术。
[0003]目前综合能源系统的主要供能原料仍是一次能源化石燃料，在热电联供的过程中排放大量二氧化碳气体，尽管碳捕集、碳交易等一系列措施使得二氧化碳排放量有一定程度地减少，但仍不能从根本解决问题。此外，可再生清洁能源的消纳率是制约能源系统发展的重要问题，“弃风、弃光”现象造成能源浪费的同时相应地增加发电成本，严重影响能源利用率、经济性等指标。
[0004]随着能源消耗地加剧，寻找新的能源已经成为当前的一个重要任务。氢作为现今最具有发展潜力的一种能源，来源广泛，几乎不产生污染，转化效率高，用途广泛。氢能作为转型能源中重要的过渡能源，通过氢和电的能源耦合，氢气的“制
‑
储
‑
用”，可实现综合能源系统发电侧和负荷侧的长期平衡。因此，合理优化含氢综合能源系统的运行方法，具有重要的研究意义。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了基于氢的近零碳排放综合能源系统及其运行优化方法；其具有零碳经济、促进可再生能源消纳、源荷削峰填谷和跨季节储能调度的优点。该系统属于近零碳排放综合能源系统。
[0006]第一方面，本专利技术提供了基于氢的近零碳排放综合能源系统；
[0007]基于氢的近零碳排放综合能源系统，包括：光伏发电机组、风力发电机组、电解槽、储氢罐、燃料电池、热泵、吸收式制冷机和储热装置；
[0008]所述光伏发电机组和风力发电机组，负责供给电负荷；当电力过剩时，过剩的电负荷向电解槽输入直流电进行电解水来制取氢气，并将氢气储存到储氢罐中；当电力不足时，储氢罐为燃料电池提供氢气，燃料电池产生电力，满足电负荷需求；
[0009]储热装置为电解槽提供热量；电解槽制取的氢气在压缩过程中释放热量，储热装置将压缩氢气释放的热量回收存储；燃料电池产生电力的过程中释放热量，储热装置将产生电力释放的热量回收存储；
[0010]吸收式制冷机从储热装置中吸收热能进行制冷操作；
[0011]热泵从光伏发电机组和风力发电机组中获取电量，产生热能或冷能。
[0012]第二方面，本专利技术提供了基于氢的近零碳排放综合能源系统的运行优化方法；
[0013]基于氢的近零碳排放综合能源系统的运行优化方法，包括：
[0014]获取天气数据、负荷数据、设备参数和能源成本数据；
[0015]获取每个小时的能流需求；
[0016]构建基于氢的近零碳排放综合能源系统的数学模型；所述基于氢的近零碳排放综合能源系统的数学模型，包括：电解槽数学模型、燃料电池数学模型、吸收式制冷机数学模型、热泵数学模型；
[0017]构建目标函数和约束条件；对目标函数进行求解，得到各个设备的输入值和输出值。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0019]基于氢的“近零碳”综合能源系统及其优化运行方法，该系统实现了“近零碳”设计，同时增加系统的可再生能源消纳率；增加系统的热管理，实现能量的循环利用，同时采用季节储氢，实现了更高的系统全年能量的利用率。
附图说明
[0020]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0021]图1为实施例一的系统结构图；
[0022]图2为实施例二的方法流程图。
具体实施方式
[0023]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0024]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0025]在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0026]本实施例所有数据的获取都在符合法律法规和用户同意的基础上，对数据的合法应用。
[0027]实施例一
[0028]本实施例提供了基于氢的近零碳排放综合能源系统；
[0029]如图1所示，基于氢的近零碳排放综合能源系统，包括：光伏发电机组、风力发电机组、电解槽、储氢罐、燃料电池、热泵、吸收式制冷机和储热装置；
[0030]所述光伏发电机组和风力发电机组，负责供给电负荷；当电力过剩时，过剩的电负荷向电解槽输入直流电进行电解水来制取氢气，并将氢气储存到储氢罐中；当电力不足时，储氢罐为燃料电池提供氢气，燃料电池产生电力，满足电负荷需求；
[0031]储热装置为电解槽提供热量；电解槽制取的氢气在压缩过程中释放热量，储热装置将压缩氢气释放的热量回收存储；燃料电池产生电力的过程中释放热量，储热装置将产生电力释放的热量回收存储；
[0032]吸收式制冷机从储热装置中吸收热能进行制冷操作；
[0033]热泵从光伏发电机组和风力发电机组中获取电量，产生热能或冷能。
[0034]应理解地，通过储热装置为电解槽提供能量，减少电力消耗的同时提高制氢的效率。
[0035]实施例二
[0036]本实施例提供了基于氢的近零碳排放综合能源系统的运行优化方法；
[0037]如图2所示，基于氢的近零碳排放综合能源系统的运行优化方法，包括：
[0038]S201：获取天气数据、负荷数据、设备参数和能源成本数据；
[0039]S202：获取每个小时的能流需求；
[0040]S203：构建基于氢的近零碳排放综合能源系统的数学模型；所述基于氢的近零碳排放综合能源系统的数学模型，包括：电解槽数学模型、燃料电池数学模型、吸收式制冷机数学模型、热泵数学模型；
[0041]S204：构建目标函数和约束条件；对目标函数进行求解，得到各个设备的输入值和输出值。
[0042]所述方法，还包括：S205：判断优化调度时间t是否等于设定数值，如果是就结束，如果否就对t进行加一处理，更新储能设备，返回S202。
[0043]t为8760个小时。
[0044]其中，8760小时＝365天*24小时。
[0045]所述储能设备，包括：储氢罐和储热装置。
[0046]进一步地，所述天气参数，包括：天气预测的太阳辐射度、风速风向等。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于氢的近零碳排放综合能源系统，其特征是，包括：光伏发电机组、风力发电机组、电解槽、储氢罐、燃料电池、热泵、吸收式制冷机和储热装置；所述光伏发电机组和风力发电机组，负责供给电负荷；当电力过剩时，过剩的电负荷向电解槽输入直流电进行电解水来制取氢气，并将氢气储存到储氢罐中；当电力不足时，储氢罐为燃料电池提供氢气，燃料电池产生电力，满足电负荷需求；储热装置为电解槽提供热量；电解槽制取的氢气在压缩过程中释放热量，储热装置将压缩氢气释放的热量回收存储；燃料电池产生电力的过程中释放热量，储热装置将产生电力释放的热量回收存储；吸收式制冷机从储热装置中吸收热能进行制冷操作；热泵从光伏发电机组和风力发电机组中获取电量，产生热能或冷能。2.基于氢的近零碳排放综合能源系统的运行优化方法，其特征是，包括：获取天气数据、负荷数据、设备参数和能源成本数据；获取每个小时的能流需求；构建基于氢的近零碳排放综合能源系统的数学模型；所述基于氢的近零碳排放综合能源系统的数学模型，包括：电解槽数学模型、燃料电池数学模型、吸收式制冷机数学模型、热泵数学模型；构建目标函数和约束条件；对目标函数进行求解，得到各个设备的输入值和输出值。3.如权利要求2所述的基于氢的近零碳排放综合能源系统的运行优化方法，其特征是，电解槽数学模型，具体是指：电解槽的产氢率与电流有关：其中，为电解槽产氢率；I
cell
为电解槽的电流；P为电解槽压强；电解槽的温度与供热能流以及电解槽输入功率相关：T
elz
＝T
elz
(Q
elz
,P
elz
)；其中，T
elz
表示电解槽工作温度，Q
elz
表示储热装置向电解槽输送的热量；P
elz
表示电解槽的输入功率；电解槽效率：式中，η
E
为电解槽效率；HHV of H2表示氢气的高热值；C
E
为电解槽能耗；电解槽中进行反应，该反应需要电能热能的共同作用：H2O
→
H2(g)+1/2O2(g)。4.如权利要求2所述的基于氢的近零碳排放综合能源系统的运行优化方法，其特征是，燃料电池数学模型，具体是指：发热量Q
fc
：Q
fc
＝η
he
P
fc
其中，Q
fc
为燃料电池的发热功率；η
he
为燃料电池热
‑
功率比；吸收式制冷机数学模型，具体是指：
制冷量Q
c,ac
：Q
c,ac
＝COP
ac
Q
h,ac
其中，COP
ac
为吸收式制冷机的效率；Q
h,ac
为吸收式制冷机进热量；热泵数学模型，具体是指：制热量Q
h,hp
：Q
h,hp
＝COP
h,hp
P
hp
；制冷量Q
c,hp
：Q
c,hp
＝COP
c,hp
P
hp
；其中，COP
c,hp
为热泵冷却效率，COP
h,hp
为热泵加热效率；P
hp
为热泵电能输入。5.如权利要求2所述的基于氢的近零碳排放综合能源系统的运行优化方法，其特征是，构建基于氢的近零碳排放综合能源系统的数学模型；还包括：构建平衡方程；所述平衡方程，包括：电能平衡方程、热能平衡方程、冷能平衡方程和氢能平衡方程；所述电能平衡方程，是指：P
pv
+P
wt
‑
P
elz
‑
P
hp
+P
fc
＝P
L
其中，P
pv
为光伏发电量；P
wt
为风力发电量；P
elz
为电解槽耗电量；P
hp
为热泵电能输入；P
fc
为燃料电池发电量；P
L
为电负荷；所述热能平衡方程，是指：其中，Q
fc
为燃料电池制热量，Q
h,hp
为...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙波，张月，张承慧，李浩然，陈晶，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：