本发明专利技术提供了考虑建设与运行成本的电解制氢加氢站制氢及储氢配置方法，旨在为加氢站建设提供考虑总成本的制氢储氢装置容量配置方法。该方法主要包括：将氢能需求的估计分解为车流量、进站率和单车加氢量的估计，获得加氢站日内24h氢能需求向量；建立加氢站运行约束模型；利用分段电价降低运行成本，考虑设备投资成本与容量的关系，选择初期投资成本与运行成本共同决定的总成本为优化目标；在保证总成本最低的同时对装置容量配置和运行进行优化。该优化配置方法提出的经济性评估指标考虑建设投资成本和运行成本，对加氢站制氢储氢设备容量配置以及制氢设备运行提供指导，运行过程有利于电网电力的削峰填谷，对加氢站建设和运行过程均存在优化效果。运行过程均存在优化效果。运行过程均存在优化效果。
【技术实现步骤摘要】
考虑建设与运行成本的电解制氢加氢站制氢及储氢配置方法
[0001]本专利技术涉及加氢站制氢储氢容量优化配置方法，属于加氢站系统配置中考虑成本的优化技术。
技术介绍
[0002]随着石油等不可再生能源的逐渐枯竭，氢能作为首屈一指的清洁能源受到越来越多的重视，与氢能有关的技术也在不断发展，氢能燃料电池的市场化投放促进了氢能汽车的普及。
[0003]近年来，氢能汽车的保有量不断增加，续航里程也逐年攀升。加氢站作为氢能汽车的主要配套设施，即将进入大规模建设时代。加氢站主要分为站内制氢加氢站和站外制氢加氢站。其中，站外制氢需要将氢压缩后运输至加氢站，目前运输氢能的方式主要有三种：管拖车运输，超低温液氢运输，管道运输。前两种方式运输单价成本较高，后一种方式管道建设成本很高，在当前氢能并未大规模普及的情况下经济性差。因此，站内制氢将成为未来加氢站的主要模式。当前加氢站中的氢能主要通过电解水制氢、天然气重整制氢等方式制备的，其中电解水制氢方法越来越成熟，有望成为未来制氢的主流方式。然而，电解水制氢成本一直居高不下，其中电力费用占主要部分，由于部分地区缺少基于成本优化的加氢站初期建设投资方案设计的综合性方法，导致国内的氢能汽车与加氢站发展依然只是局限于少部分地区的试点阶段，高昂的建设费用和制氢费用让多数投资商望而却步。因此，将储能装置配置入电解水制氢站，利用电价低谷期制氢储能，是降低加氢站成本的有效方式。同时，制氢、储氢装置初期的建设投资作为加氢站投入成本的一部分，在优化的过程中需要被考虑。
[0004]针对站内制氢加氢站配置问题，以往的研究集中于降低运行成本或减少投资成本中的某一方面，少有同时考虑建设投资成本与运行成本以进行加氢站配置的研究。文献《Hydrogen Filling Station Design for Fuel Cell Vehicles》提出新能源发电厂与加氢站联合运行的模型，采用神经网络对风电场发电量进行估计，同时预估电价以降低成本；文献《Planning Hydrogen Refueling Stations with Coordinated On
‑
Site Electrolytic Production》模拟了高速公路的车流量，在分段电价的情况下，降低运行成本。二者均没有给出加氢站内部制氢储氢等装置的配置设计，未同时考虑初期建设投资成本与后期运行成本的优化，其提出的降低成本的方式是不完善的，具有局限性。《Cooperative Operation for Wind Turbines and Hydrogen Fueling Station With On
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Site Hydrogen Production》利用纳什博弈理论解决了风能发电厂和加氢站合作运行如何分利以及分担风险的问题，对于电价不确定性提出了风险解决措施，验证了电价波动对加氢站运行成本具有较大影响，但是没有提及加氢站的制氢储氢配置问题。《新能源制氢配置及经济性研究》对将风电场与加氢站联合建设进行了研究，对制氢成本进行了计算，但并未考虑电解制氢并网的问题，无法安全有效满足氢能需求，同时未对加氢站配置进行降低成本的优化设计。
技术实现思路
[0005]本专利技术要解决的技术问题是，补充现有技术中的缺漏，提供同时考虑建设成本和运行成本的加氢站制氢储氢装置优化配置方法，提供站内制氢加氢站总成本最低时的制氢储氢容量配置关系，用于解决加氢站规划过程中，如何最优地配置制氢和储氢装置容量问题，同时规划相应的制氢设备日内运行规律。
[0006]为达到上述目的，本专利技术的解决方案是：
[0007]考虑建设与运行成本的电解制氢加氢站制氢及储氢配置方法，其特征在于：
[0008]所述方法采用费米估算法估算加氢站日内氢能需求；
[0009]所述方法对电解制氢加氢站的制氢容量和储氢容量配置与运行过程进行联合优化，同时考虑制氢系统的最大制氢容量、储氢系统最大储氢容量，配合所述的氢能需求，建立同时考虑建设成本、运行成本的目标函数，完成总成本最低的优化目标。
[0010]利用费米估算法费米估算法估算加氢站日内氢能需求采用以下方法：
[0011](1)以车流量、进站率和单车加氢量为需氢量三要素，根据加氢站每小时需氢量拆解为：车流量
×
进站率
×
单车加氢量；
[0012](2)按照氢能汽车加氢习惯的不同，将氢能汽车分类为：私家车，出租车以及氢能公交车；其中，私家车在工作日工作时间、工作日白天的非工作时间与工作日夜晚具有不同的车流量估计，出租车在工作时间与非工作时间具有不同的车流量估计，公交车在工作时间与非工作时间具有不同的车流量估计；私家车与出租车的进站率估计运用平均值法，其中，h为车辆充一次氢可以安全运行的时长，单位为小时；公交车在每天工作时间结束后一小时进行集中充氢；三类车的单车加氢量也不同；三类车辆的车流量估计的基础是获知加氢站运行时限内所预期服务的车辆数，分别为N1，N2，N3；
[0013]三类车的车流量、进站率和单车需氢量三要素如下表所示
[0014][0015]其中分别表示白天时段、夜晚时段、工作时间与非工作时间的相应车流量，7:00
‑
22:00为白天时段，车流量表示为私家车存在早高峰与晚高
峰，高峰期车流量为白天其他时段的3倍，除高峰期外其他时段为均匀车流量，夜晚的车流在[0,N1/50]间整数随机。
[0016]出租车高峰小时出行占总交通量的35％以上，高峰段车流量为白天其他时段的2倍，7:00
‑
22:00为白天，车流量为夜晚的车流量在[0,N2/10]间整数随机。
[0017]对于出租车与私家车来说，h
i
与Q
i
由车辆最大运行里程(km)、车辆安全运行最低剩余氢量(％)、车辆平均运行速度(km/h)与每百公里耗氢量(kg)决定，分别使用变量：ζ
min
、v
i
与表示，根据以下公式可计算出h
i
与Q
i
。
[0018][0019][0020]对于公交车来说，其每天在工作时间开始前三小时或工作时间后三小时充氢，这两个时间区间分别用T1,T2表示，则：N3[t]＝N3/6,ε3[t]＝100％,t∈T1,T2；设公交车一天运行时长为t
run
(h)，车辆平均运行速度(km/h)为v3与每百公里耗氢量(kg)为则
[0021]根据三种车型的车流量、进站率与单车加氢量，获得加氢站日内24h氢能需求向量：
[0022][0023]进一步地，本专利技术的联合优化方法，建立站内电解水制氢加氢站的制氢储氢容量配置的约束模型，包括加氢站电解制氢过程、氢能从制氢设备到氢能汽车的流动过程的动态模型，以及制氢设备的制氢速率的约束范围、储氢系统氢气流动速率和储氢状态的约束范围。建立该约束模型将加氢站每时运行状态与设备自身约束相联系，用于求解考虑建设成本本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.考虑建设与运行成本的电解制氢加氢站制氢及储氢配置方法，其特征在于：所述方法采用费米估算法估算加氢站日内氢能需求；所述方法对电解制氢加氢站的制氢容量和储氢容量配置与运行过程进行联合优化，同时考虑制氢系统的最大制氢容量、储氢系统最大储氢容量，配合所述的氢能需求，建立同时考虑建设成本、运行成本的目标函数，完成总成本最低的优化目标。2.如权利要求1所述的考虑建设与运行成本的电解制氢加氢站制氢及储氢配置方法，其特征在于利用费米估算法费米估算法估算加氢站日内氢能需求采用以下方法：(1)以车流量、进站率和单车加氢量为需氢量三要素，根据加氢站每小时需氢量拆解为：车流量
×
进站率
×
单车加氢量；(2)按照氢能汽车加氢习惯的不同，将氢能汽车分类为：私家车，出租车以及氢能公交车；其中，私家车在工作日工作时间、工作日白天的非工作时间与工作日夜晚具有不同的车流量估计，出租车在工作时间与非工作时间具有不同的车流量估计，公交车在工作时间与非工作时间具有不同的车流量估计；私家车与出租车的进站率估计运用平均值法，其中，h为车辆充一次氢可以安全运行的时长，单位为小时；公交车在每天工作时间结束后一小时进行集中充氢；三类车的单车加氢量也不同；三类车辆的车流量估计的基础是获知加氢站运行时限内所预期服务的车辆数，分别为N1，N2，N3；三类车的车流量、进站率和单车需氢量三要素如下表所示三类车的车流量、进站率和单车需氢量三要素如下表所示其中分别表示白天时段、夜晚时段、工作时间与非工作时间的相应车流量，7:00
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22:00为白天时段，车流量表示为私家车存在早高峰与晚高峰，高峰期车流量为白天其他时段的3倍，除高峰期外其他时段为均匀车流量，夜晚的车流在[0,N1/50]间整数随机。
出租车高峰小时出行占总交通量的35％以上，高峰段车流量为白天其他时段的2倍，7:00
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22:00为白天，车流量为夜晚的车流量在[0,N2/10]间整数随机。对于出租车与私家车来说，h
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与Q
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由车辆最大运行里程(km)、车辆安全运行最低剩余氢量(％)、车辆平均运行速度(km/h)与每百公里耗氢量(kg)决定，分别使用变量：ζ
min
、v
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与表示，根据以下公式可计算出h
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与Q
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。。对于公交车来说，其每天在工作时间开始前三小时或工作时间后三小时充氢，这两...
【专利技术属性】
技术研发人员：卢迪，陈晓锋，赵岩，孙静，朱梦颖，彭勇刚，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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