一种基于风力、潮流能及海水淡化制氢的微电网混合储能系统技术方案

本申请公开了一种基于风力、潮流能及海水淡化制氢的微电网混合储能系统，包括风潮联合发电系统、微电网混合储能系统、反渗透海水淡化系统、电负荷和碱水电解制氢系统等组成，同时运用了综合发电单元功率平滑控制进行稳态控制。如图所示，所述风潮联合发电系统为混合储能系统提供能量。所述混合储能单元在微电网背景下通过反渗透海水淡化系统进行变工况海水淡化，能高效调整RO海水运行负荷，回收浓水降低能耗与成本。同时该回收水通过碱水电解制氢系统进行储能，实现电力转储，保障电力供给。保障电力供给。保障电力供给。

【技术实现步骤摘要】
一种基于风力、潮流能及海水淡化制氢的微电网混合储能系统


[0001]本专利技术属于海洋能发电与应用
，具体涉及一种基于风力、潮流能及海水淡化制氢的微电网混合储能系统。

技术介绍

[0002]面对全球日益紧缺的淡水资源现状与我国日益发展的工业化道路，海水淡化技术对缓解水资源危机，混合储能对推动我国经济社会可持续发展迈向新台阶具有重要作用。同时，在常规能源紧缺和生态环境恶化的背景下，潮流能发电具有绿色环保、可预测性较强等优势；风能发电作为一种可再生和无污染的新能源技术逐渐走向成熟，海洋能发展受到我国政策的大力扶持。海水淡化制氢属于高能耗产业，风潮耦合发电为海水淡化系统提供能源供给，具有缓解能源危机和水资源缺乏的双重效应。因此，探究风力潮流为基础的制氢储能与海水淡化耦合系统的意义重大。
[0003]现有技术存在单一发电装置运行下的制氢储能单元，也有针对海水淡化制氢系统参数、运行机制等方面研究，但对于利用海上多能耦合发电单元实现制氢储能与海水淡化，以及将海水淡化制氢技术应用于海上微电网仍有待进一步研究。同时由海洋能耦合发电输出功率稳定性差，混合储能耗能高的工程难题也对实现耦合系统提出挑战。因此，如何对风力潮流耦合发电输出功率进行稳态控制，如何高效实现混合储能，提高海洋能利用率，降低能耗，这些都是推动海洋能综合开发利用的关键问题。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提出了一种基于风力、潮流能及海水淡化制氢的微电网混合储能系统。
[0005]针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术采用如下方案实现：
[0006]一种基于风力、潮流能及海水淡化制氢的微电网混合储能系统，包括海上风力发电机构、潮流能发电机构、海水淡化机构、电解槽、储氢罐、燃料电池和蓄电池。
[0007]所述海上风力发电机构和潮流能水轮机发电机分别利用风能、潮流能发电构为电解槽、反渗透海水淡化机构供电，多余电量将供给蓄电池储存；所述海水淡化机构将海水淡化后通过电解槽电解制得的氢气，氢气储存于储氢罐中，并供给氢氧燃料电池；
[0008]当风力发电机构、潮流能发电机构产生的电能不足以维持整个系统运行时，蓄电池接入微电网继续供电。
[0009]进一步优化，微电网混合储能系统的功率约束条件为：
[0010]∑P
ore
(t)+P
pur
(t)+P
dis,bat
(t)+P
fc
(t)＝P
load
(t)+P
cha,bat
(t)+P
el
(t)+P
de
(t)
[0011]其中，P
pur
(t)为t时刻从电网并入的功率，P
ore
(t)是风力发电机构、潮流能发电机构的实际输出功率，P
load
(t)为本系统的负载端(制氢、海水淡化及供给本系统正常运行所需的)的输出功率；P
de
(t)为时段t海水淡化机构的耗电功率，P
el
(t)为时段t电解槽的耗电
功率； P
cha,bat
(t)为时段t蓄电池的充电功率，P
dis,bat
(t)为时段t蓄电池的放电功率。
[0012]进一步优化，海水淡化、制氢的主要步骤包括利用海水淡化机构使海水脱盐，以及通过电解槽将产生的淡水电解为氢气和氧气与液氯、烧碱、浓盐酸等相关附加产物；
[0013]利用海水淡化机构对海水进行反渗透法淡化，此过程的电力消耗表示为：
[0014]P
de
(t)＝αP
el
(t)
[0015]其中，P
de
(t)为时段t海水淡化机构的耗电功率，P
el
(t)为时段t电解槽的耗电功率，α为海水淡化系统的电力消耗与电解水所需电量的比值；
[0016]在电解过程中，电解槽输出功率表示为：
[0017]P
el,H
(t)＝η
el
P
el
(t)
[0018]其中，P
el,H
为时段t电解槽的制氢功率；η
el
为电解槽的制氢效率；
[0019]所述储气罐储氢用于储存电解水产生的氢气，并为燃料电池提供氢气，其储能数学模型表示为：
[0020][0021]其中，为时段t储氢罐的存储能量，为时段t燃料电池的耗氢功率，为时段t燃料电池的耗氢功率，分别为氢气充入和放出的效率；Δt为调度时间；
[0022]所述燃料电池将清洁能源氢气转化为电能，其数学模型表示为
[0023][0024]其中，P
fc
(t)为时段t燃料电池的发电功率，η
fc
为燃料电池的氢发电效率。
[0025]进一步优化，制氢储能过程的功率消耗主要为电解水制氢过程，t时段内电解槽耗电功率内部约束条件主要取决于储氢罐的容量以及储氢罐剩余容量；此外，储氢罐需要满足始末状态一致的约束，因而有如下三个约束条件：
[0026][0027]其中，W
el
为电解槽的储量，分别为储氢罐的容量上限与下限，为t 时刻储氢罐中的储氢量，为储氢罐始、末状态。
[0028]进一步优化，所述燃料电池用于消耗氢气将氢气作为燃料进行发电对系统供能，以及提供部分有功支撑，其需要满足的约束条件为燃料电池的输出功率取决于燃料电池的容量及当前时刻下储氢罐剩余且可以供给燃料电池的氢气量，因而约束条件为：
[0029][0030]其中W
fc
为燃料电池的容量。
[0031]进一步优化，当风力发电机构、潮流能发电机构产生的电能不足以维持整个系统运行时，蓄电池接入微电网继续供电；所述蓄电池能够有效平抑微电网内负荷需求突变引
起的波动，其数学模型为:
[0032][0033]式中，P
cha,bat
(t)、P
dis,bat
(t)为时段t蓄电池的充、放电功率；η
cha,bat
(t)，η
dis,bat
(t)为蓄电池充、放电效率；E
bat
(t)为时段t蓄电池的存储能量；δ为蓄电池自放电损耗率；
[0034]所述蓄电池需要满足容量约束条件与始末状态一致的约束，且需要满足充放电效率约束，具体约束关系如下：
[0035][0036]其中，E
bat,min
，E
bat,max
分别为蓄电池储量的下限与上限，E
bat
(0)、E
bat
(T)分别为蓄电池的始、末状态，P
cb,min
、P
cb,max
分别为蓄电池最小与最大的充电功率，P
db,min
、P
db,max
分别为蓄电池最小本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于风力、潮流能及海水淡化制氢的微电网混合储能系统，其特征在于，包括海上风力发电机构、潮流能发电机构、海水淡化机构、电解槽、储氢罐、燃料电池和蓄电池；所述海上风力发电机构和潮流能水轮机发电机分别利用风能、潮流能发电构为电解槽、反渗透海水淡化机构供电，多余电量将供给蓄电池储存；所述海水淡化机构将海水淡化后通过电解槽电解制得的氢气，氢气储存于储氢罐中，并供给氢氧燃料电池；当风力发电机构、潮流能发电机构产生的电能不足以维持整个系统运行时，蓄电池接入微电网继续供电。2.根据权利要求1所述的基于海水淡化制氢的微电网混合储能系统，其特征在于，微电网混合储能系统的功率约束条件为：∑P
ore
(t)+P
pur
(t)+P
dis,bat
(t)+P
fc
(t)＝P
load
(t)+P
cha,bat
(t)+P
el
(t)+P
de
(t)其中，P
pur
(t)为t时刻从电网并入的功率，P
ore
(t)是风力发电机构、潮流能发电机构的实际输出功率，P
load
(t)为本系统的负载端的输出功率；P
de
(t)为时段t海水淡化机构的耗电功率，P
el
(t)为时段t电解槽的耗电功率；P
cha,bat
(t)为时段t蓄电池的充电功率，P
dis,bat
(t)为时段t蓄电池的放电功率。3.根据权利要求2所述的基于风力、潮流能及海水淡化制氢的微电网混合储能系统，其特征在于，海水淡化、制氢的主要步骤包括利用海水淡化机构使海水脱盐，以及通过电解槽将产生的淡水电解为氢气和氧气与液氯、烧碱、浓盐酸等相关附加产物；利用海水淡化机构对海水进行反渗透法淡化，此过程的电力消耗表示为：P
de
(t)＝αP
el
(t)其中，P
de
(t)为时段t海水淡化机构的耗电功率，P
el
(t)为时段t电解槽的耗电功率，α为海水淡化系统的电力消耗与电解水所需电量的比值；在电解过程中，电解槽输出功率表示为：P
el,H
(t)＝η
el
P
el
(t)其中，P
el,H
为时段t电解槽的制氢功率；η
el
为电解槽的制氢效率；所述储气罐储氢用于储存电解水产生的氢气，并为燃料电池提供氢气，其储能数学模型表示为：其中，为时段t储氢罐的存储能量，为时段t燃料电池的耗氢功率，为时段t燃料电池的耗氢功率，分别为氢气充入和放出的效率；Δt为调度时间；所述燃料电池将清洁能源氢气转化为电能，其数学模型表示为其中，P
fc
(t)为时段t燃料电池的发电功率，η
fc
为燃料电池的氢发电效率。4.根据权利要求3所述的基于风力、潮流能及海水淡化制氢的微电网混合储能系统，其特征在于，制氢储能过程的功率消耗主要为电解水制氢过程，t时段内电解槽耗电功率内部约束条件主要取决于储氢罐的容量以及储氢罐剩余容量；此外，储氢罐需要满足始末状态一致的约束，因而有如下三个约束条件：
其中，W
el
为电解槽的储量，分别为储氢罐的容量上限与下限，为t时刻储氢罐中的储氢量，为储氢罐始、末状态。5.根据权利要求4所述的基于风力、潮流能及海水淡化制氢的微电网混合储能系统，其特征在于，所述燃料电池用于消耗氢气将氢气作为燃料进行发电对系统供能，以及提供部分有功支撑，其需要满足的约束条件为燃料电池的输出功率取决于燃料电池的容量及当前时刻下储氢罐剩余且可以供给燃料电池的氢气量，因而约束条件为：其中W
fc
为燃料电池的容量。6.根据权利要求5所述的基于风力、潮流能及海水淡化制氢的微电网混合储能系统，其特征在于，当风力发电机构、潮流能发电机构产生的电能不足以维持整个系统运行时，蓄电池接入微电网继续供电；所述蓄电池能够有效平抑微电网内负荷需求突变引起的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王艺蓉，凌皓炜，杨春霞，顾晨，张智，丁子涵，赵习羽，张珂，刘欣雨，贺艺航，张玉全，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：