一种基于微网余电制氢的加氢站设备容量优化配置方法技术

本发明专利技术公开一种基于微网余电制氢的加氢站设备容量优化配置方法，研究风电、光伏、小水电机组的出力模型和电解槽、储氢罐、重整器的制/储氢模型；提出余电制氢的电力调度策略从而将分布式可再生机组的余电输送到加氢站供电解槽制绿氢和绿氢先行的氢气调度策略优先使用电解槽消纳微网余电制取的绿氢满足氢负荷，不足的部分由重整器制蓝氢补充。考虑加氢站全生命周期总净现值成本最低的目标，建立加氢站制/储氢设备容量优化配置模型，并运用改进后的粒子群算法求解。本发明专利技术解决微网“弃风”、“弃光”、“弃水”现象和园区加氢站氢负荷需求，降低了含加氢站建设的余电异地制氢全生命周期成本，具备大规模余电制氢的能力。具备大规模余电制氢的能力。具备大规模余电制氢的能力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于微网余电制氢的加氢站设备容量优化配置方法


[0001]本专利技术属于氢能
，特别是涉及一种基于微网余电制氢的加氢站设备容量优化配置方法。

技术介绍

[0002]氢能是一种来源丰富、清洁低碳、应用广泛的二次能源，正逐步成为全球能源转型发展的重要载体之一。为促进氢能产业高质量发展，现阶段我国可再生能源装机量已位居全球第一，在绿氢供给上具有巨大潜力，探索建立氢能产供储销体系已迫在眉睫。然而，由于微网分布式可再生机组出力的间歇性和不确定性，如风速、太阳辐射昼夜波动，丰水期、枯水期季节性波动，且电力系统自身的调峰能力有限，目前“弃风”、“弃光”、“弃水”现象严重，造成了能源和财政的浪费，阻碍了新能源的发展。因此，可通过配置一定容量的氢储能装置配合电网调峰，利用其能量密度高、快速功率调节等优势，起到可移动负荷的作用，实现分布式可再生机组余电的充分利用，保障微网的安全稳定与经济运行。然而，该方案受到可再生能源和氢需求之间内在时空不平衡的挑战，已有文献中的技术通常采用季节性储存和区域间氢气供应链来消除这种不平衡，但远距离氢气运输成本高昂，经济性不佳。
[0003]为解决成本高昂的问题，近年来，国内外针对余电制氢多能互补微网系统运行联合调度和容量优化配置都有初步研究。但是，已有的余电制氢综合系统研究主要存在以下问题：一是并未同时考虑电、氢负荷的需求，即没有考虑配置其他的制氢设备补充氢负荷缺额，而是单纯将氢气作为一种储能方式来耦合电网调峰；二是目前更多是以分布式可再生机组余电就地制氢为主，但由于氢气的运输成本在其售价中占比较大，且长途运输存在一定的风险和损耗，因此含加氢站建设的余电异地制氢全生命周期成本、灵敏性分析尚不完善，并不具备未来大规模余电制氢的能力。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种基于微网余电制氢的加氢站设备容量优化配置方法，解决微网“弃风”、“弃光”、“弃水”现象和园区加氢站氢负荷需求，考虑在加氢站配置一定容量的电解槽制氢消纳微网余电，将其存储在储氢罐中，同时配置一定容量的重整器制氢补充绿氢不满足氢负荷的缺额，降低了含加氢站建设的余电异地制氢全生命周期成本，具备大规模余电制氢的能力。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于微网余电制氢的加氢站设备容量优化配置方法，包括步骤：
[0006]S10,构建风电机组、光伏机组和水电机组的出力模型，获取风电、光伏、小水电机组输出功率；
[0007]S20,根据所述风电、光伏、小水电机组输出功率之和与本地电负荷比较建立余电制氢的电力调度策略，将分布式可再生机组的余电输送到加氢站供电解槽制绿氢，并计算获得各种工况下的电解槽输入功率；
[0008]S30,根据电解槽输入功率，利用电解槽模型计算电解槽制氢速率；和储氢罐模型计算获得储氢罐储氢量范围；
[0009]S40,根据储氢气量和本地氢负荷与储氢罐储氢量范围比较建立绿氢先行的氢气调度策略，使用电解槽消纳微网余电制取的绿氢满足氢负荷，不足的部分由重整器制蓝氢补充，并获得重整器制氢速率和储氢罐氢气输出速率；
[0010]S50,基于重整器制氢速率和储氢罐氢气输出速率，计算储氢量；并代入重整器制氢模型获得重整器消耗燃料速率；
[0011]S60，根据加氢站全生命周期总净现值成本最低的目标和功率平衡、制氢速率、储氢状态约束，建立加氢站制
‑
储氢设备容量优化配置模型，并运用改进后的粒子群算法求解，完成容量优化配置。
[0012]进一步的是，构建风电机组的出力模型，包括步骤：
[0013]步骤1：利用风速转换公式代入风速计处的风速V
anem
(t)，风机轮毂高度Z
hub
，风速计高度Z
anem
，地表粗糙程度α，计算出轮毂处风速V
hub
(t)；
[0014]步骤2：利用风力涡轮机出力模型：
[0015][0016]a＝P
STP
/(V
r3
‑
V
ci3
)，
[0017]b＝V
ci3
/(V
r3
‑
V
ci3
)；
[0018]代入计算得到的轮毂处风速V
hub
(t)和切入风速V
ci
、额定风速V
r
、切出风速V
co
、和力涡轮机额定输出功率P
STP
，计算出风电机组输出功率P
WT
(t)。
[0019]进一步的是，构建光伏机组的出力模型，包括步骤：
[0020]利用光伏阵列出力模型：
[0021][0022]T
c
＝T
a
+λG
T
；
[0023]代入太阳辐射值G
T
(t)、环境温度T
a
(t)、光伏阵列的额定容量P
STC
、光伏阵列降额因子f
PV
、标准测试条件下入射到光伏阵列上的太阳辐射G
T.STC
、功率温度系数β、当前时间步长的光伏电池温度T
c
、标准测试条件下的光伏电池温度T
c.STC
和辐射温度系数λ，计算出光伏机组输出功率P
PV
(t)。
[0024]进一步的是，构建水电机组的出力模型，包括步骤：
[0025]利用水轮机出力模型：
[0026][0027]代入引水流量q(t)、水轮机效率η
hyd
、水密度ρ
water
、重力加速度g和净水头h，计算出小水电机组输出功率P
hyd
(t)。
[0028]进一步的是，余电制氢的电力调度策略，包括步骤：
[0029]将所述风电、光伏、小水电机组输出功率之和与本地电负荷比较，令净电负荷ΔP(t)＝P
L
(t)
‑
[P
WT
(t)+P
PV
(t)+P
hyd
(t)]，判断其正负；
[0030]当ΔP
L
(t)＝0时，本地电负荷刚好与风电、光伏、水电出力相匹配，此时不发生电解水制氢以及与电网的交易；
[0031]当ΔP
L
(t)＞0时，此时本地电负荷需求不足的部分由向电网购电补充；
[0032]当ΔP
L
(t)＜0时，此时优先用电解槽消纳分布式可再生机组多余发电量；若净电负荷绝对值不超过电解槽额定功率，则电解槽输入功率等于净电负荷绝对值；若净电负荷绝对值超过电解槽额定功率，则电解槽按额定功率吸收电能，余量由向电网售电消纳；
[0033]并计算出电解槽输入功率P
el
(t)。
[0034]进一步的是，其特征在于，电解本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于微网余电制氢的加氢站设备容量优化配置方法，其特征在于，包括步骤：S10,构建风电机组、光伏机组和水电机组的出力模型，获取风电、光伏、小水电机组输出功率；S20,根据所述风电、光伏、小水电机组输出功率之和与本地电负荷比较建立余电制氢的电力调度策略，将分布式可再生机组的余电输送到加氢站供电解槽制绿氢，并计算获得各种工况下的电解槽输入功率；S30,根据电解槽输入功率，利用电解槽模型计算电解槽制氢速率；和储氢罐模型计算获得储氢罐储氢量范围；S40,根据储氢气量和本地氢负荷与储氢罐储氢量范围比较建立绿氢先行的氢气调度策略，使用电解槽消纳微网余电制取的绿氢满足氢负荷，不足的部分由重整器制蓝氢补充，并获得重整器制氢速率和储氢罐氢气输出速率；S50,基于重整器制氢速率和储氢罐氢气输出速率，计算储氢量；并代入重整器制氢模型获得重整器消耗燃料速率；S60，根据加氢站全生命周期总净现值成本最低的目标和功率平衡、制氢速率、储氢状态约束，建立加氢站制
‑
储氢设备容量优化配置模型，并运用改进后的粒子群算法求解，完成容量优化配置。2.根据权利要求1所述的一种基于微网余电制氢的加氢站设备容量优化配置方法，其特征在于，构建风电机组的出力模型，包括步骤：步骤1：利用风速转换公式代入风速计处的风速V
anem
(t)，风机轮毂高度Z
hub
，风速计高度Z
anem
，地表粗糙程度α，计算出轮毂处风速V
hub
(t)；步骤2：利用风力涡轮机出力模型：a＝P
STP
/(V
r3
‑
V
ci3
)，b＝V
ci3
/(V
r3
‑
V
ci3
)；代入计算得到的轮毂处风速V
hub
(t)和切入风速V
ci
、额定风速V
r
、切出风速V
co
、和力涡轮机额定输出功率P
STP
，计算出风电机组输出功率P
WT
(t)。3.根据权利要求1所述的一种基于微网余电制氢的加氢站设备容量优化配置方法，其特征在于，构建光伏机组的出力模型，包括步骤：利用光伏阵列出力模型：T
c
＝T
a
+λG
T
；代入太阳辐射值G
T
(t)、环境温度T
a
(t)、光伏阵列的额定容量P
STC
、光伏阵列降额因子f
PV
、标准测试条件下入射到光伏阵列上的太阳辐射G
T.STC
、功率温度系数β、当前时间步长的
光伏电池温度T
c
、标准测试条件下的光伏电池温度T
c.STC
和辐射温度系数λ，计算出光伏机组输出功率P
PV
(t)。4.根据权利要求1所述的一种基于微网余电制氢的加氢站设备容量优化配置方法，其特征在于，构建水电机组的出力模型，包括步骤：利用水轮机出力模型：代入引水流量q(t)、水轮机效率η
hyd
、水密度ρ
water
、重力加速度g和净水头h，计算出小水电机组输出功率P
hyd
(t)。5.根据权利要求1
‑
4任一所述的一种基于微网余电制氢的加氢站设备容量优化配置方法，其特征在于，余电制氢的电力调度策略，包括步骤：将所述风电、光伏、小水电机组输出功率之和与本地电负荷比较，令净电负荷ΔP(t)＝P
L
(t)
‑
[P
WT
(t)+P
PV
(t)+P
hyd
(t)]，判断其正负；当ΔP
L
(t)＝0时，本地电负荷刚好与风电、光伏、水电出力相匹配，此时不发生电解水制氢以及与电网的交易；当ΔP
L
(t)＞0时，此时本地电负荷需求不足的部分由向电网购电补充；当ΔP
L
(t)＜0时，此时优先用电解槽消纳分布式可再生机组多余发电量；若净电负荷绝对值不超过电解槽额定功率，则电解槽输入功率等于净电负荷绝对值；若净电负荷绝对值超过电解槽额定功率，则电解槽按额定功率吸收电能，余量由向电网售电消纳；并计算出电解槽输入功率P
el
(t)。6.根据权利要求1所述的一种基于微网余电制氢的加氢站设备容量优化配置方法，其特征在于，电解槽制氢模型H
el
＝η
el
·
P
el
，代入所述电解槽输入功率P
el
(t)和电解槽的电解效率η
el
，计算出电解槽制氢速率H
el
(t)；采用储氢罐储氢模型代入储氢状态下限SSH
min
和储氢状态上限SSH
max
、气体常数R
S
、储氢罐温度T
S
、储氢罐体积V
S
、氢气分子量和最大储氢罐的压力P
S.max
，计算出储氢罐的最高储氢量Q
S.max
和最低储氢量Q
S.min
。7.根据权利要求6所述的一种基于微网余电制氢的加氢站设备容量优化配置方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雪霞，屈柏林，陈维荣，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：