一种风光互补电解协同制储氢容量规划方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及制氢的技术领域，特别是涉及一种风光互补电解协同制储氢容量规划方法及系统，风光互补同时配合储氢是有效的解决途径，同时PEM路线由于良好的动态响应特性更适合消纳风光资源，因此通过风光互补制储氢，同时制氢端配置PEM和ALK两种电解槽，制氢系统可以有效提高灵活调控能力；包括光伏发电系统、风力发电系统、PEM电解槽、ALK电解槽和氢气负荷；光伏发电系统和风力发电系统制取的电力为PEM电解槽和ALK电解槽的电解水制氢提供能源，制取的氢气进入氢气负荷。的氢气进入氢气负荷。的氢气进入氢气负荷。

【技术实现步骤摘要】
一种风光互补电解协同制储氢容量规划方法及系统


[0001]本专利技术涉及制氢的
，特别是涉及一种风光互补电解协同制储氢容量规划方法及系统。

技术介绍

[0002]电解水制氢的主要技术路线包括碱性电解水（ALK）、质子交换膜电解水（PEM）和固体氧化物电解水（SOEC），ALK和PEM目前技术路线比较成熟，PEM更加适合风光波动性电源。
[0003]ALK路线虽然技术成熟度高，但是由于隔膜的特点有较高的接触电阻，所以相比PEM路线ALK路线的电流密度更大，导致碱性电解槽的占地面积更大。另外在低负荷下氢气会透过隔膜与氧气混合，有潜在的安全风险，所以ALK路线氢气和氧气侧都有浓度检测仪。PEM路线由于使用的是质子交换膜，不存在ALK路线的问题，所以更适合消纳风光等波动性电源。不过由于质子交换膜以及使用贵金属催化剂等问题，导致PEM路线成本依然较高。
[0004]氢气目前的主要用途是合成氨、合成甲醇、石油炼化和煤化工。可再生能源发电的间歇性和波动性是限制绿氢稳定持续供给的重要因素，化工、冶金等应用场景为连续运转的工业流程，需保证每年8000小时以上的氢能连续供应，而目前光伏电站可利用小时数大多介于1000
‑
2000之间，风电场可利用小时数仅有2000
‑
3000多小时，需配置储能来解决氢气需求的波动性和风光的波动性、间歇性协调匹配问题。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种风光互补电解协同制储氢容量规划方法及系统，风光互补同时配合储氢是有效的解决途径，同时PEM路线由于良好的动态响应特性更适合消纳风光资源，因此通过风光互补制储氢，同时制氢端配置PEM和ALK两种电解槽，制氢系统可以有效提高灵活调控能力。
[0006]本专利技术的一种风光互补电解协同制储氢系统，包括光伏发电系统、风力发电系统、PEM电解槽、ALK电解槽和氢气负荷；光伏发电系统和风力发电系统制取的电力为PEM电解槽和ALK电解槽的电解水制氢提供能源，制取的氢气进入氢气负荷。
[0007]本专利技术作进一步改进，还包括储氢罐，光伏发电系统和风力发电系统制取的电力过剩时，在满足氢气负荷的情况下，多余的氢气由储氢罐存储，电力不足时，氢气负荷的氢气由储氢罐供应。
[0008]本专利技术作进一步改进，波动性较低的电力分配至ALK电解槽进行消纳，对于波动性较高的电力分配至PEM电解槽进行消纳。
[0009]本专利技术的一种风光互补电解协同制储氢容量规划方法，包括以下步骤：以净收益最大和电解槽制氢系统模块制氢效率最大为目标，建立数学规划模型，确定最优容量配置。
[0010]本专利技术作进一步改进，目标函数：（1）净收益
净收益 = R
H2 + R
02 ‑ꢀ
C
CAPEX ‑ꢀ
C
OPEX
，R
H2 和R
02 是指系统对外出售的氢气产生的收益和副产氧气产生的收益，C
CAPEX
和C
OPEX
分别表示初始投资成本和每年的运行维护成本；C
CAPEX = C
CAPEX,i
* CRF
i
CRF为投资回收因子，是将初始的投资费用转化为年度费用；C
CAPEX,i
为各组件的投资费用，i代表ALK电解槽、PEM电解槽储氢罐组件，CRF为投资回收因子，是将初始的投资费用转化为年度费用；（2）制氢效率制氢效率 =（η
ALK
*P
ALK
+η
PEM
*P
PEM
）/(P
WT + P
PV
)η
ALK
和η
PEM
分别表示ALK电解槽和PEM电解槽的制氢效率，P
ALK
和P
PEM
分别表示ALK电解槽和PEM电解槽的输入功率，P
WT 和P
PV
分别表示光伏和风机的输出功率；约束条件：电解槽系统：（1）能量平衡约束：P
ALK,t + P
PEM,t ≤ max（P
WT + P
PV
），其中P
ALK,t
≥0，P
ALK,t
≥0；P
ALK,t
和P
PEM,t
分别表示第t时间段ALK电解槽和PEM电解槽的输入功率；（2）质量平衡约束：q
ALK，t + q
PEM,t = q
HT,t + q
D,t
,q
ALK，t
和q
PEM,t
分别指ALK电解槽和PEM电解槽在第t时间段产生的氢气流量，q
HT,t
指第t时间段内生产的氢气进入储氢罐的平均流量，q
D,t
指负荷侧在第t时间段所需要的氢气平均流量；（3）动态运行约束P
ALK,min ≤ P
ALK,t ≤ P
ALK,max
,P
ALK,min
=0.2P
ALK，max；
P
PEM,min ≤ P
PEM,t ≤ P
PEM,max
,PEM的最小运行功率一般为额定功率的0
‑
10%，P
PEM,min = 0.05P
PEM，max
；P
ALK,min 和P
ALK,max
分别表示ALK电解槽最小和最大输入功率，P
PEM,min 和P
PEM,max
分别表示PEM电解槽的最小和最大输入功率；储罐系统：（1）质量平衡约束V
HT,t = V
HT,t
‑
1 + (q
ALK，t + q
PEM,t ‑ꢀ
q
D,t
)Δt,V
HT,t
和V
HT,t
‑1分别指t和t
‑
1时间段末氢气储罐的氢气量，V
HT,t
代表储氢罐的容量；（2）容量约束V
HT,min ≤ V
HT,t ≤ V
HT,max
,V
HT,min
和V
HT,max
分别指储氢罐的最小容量和最大容量；系统功率平衡约束P
WT，t + P
PV,t =P
ALK,t + P
PEM,t + P
ele,t
，P
ele,t
指第t时间段的风光平均上网功率；负荷侧质量平衡约束q
D,t = q
ALK，t + q
PEM,t + q
HT,t
, q
HT,t
为储氢罐在第t时间段为负荷侧提供的氢气平均流量。
[0011]与现有技术相比本专利技术的有益效果为：通过优化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风光互补电解协同制储氢系统，其特征在于，包括光伏发电系统、风力发电系统、PEM电解槽、ALK电解槽和氢气负荷；光伏发电系统和风力发电系统制取的电力为PEM电解槽和ALK电解槽的电解水制氢提供能源，制取的氢气进入氢气负荷。2.如权利要求1所述的一种风光互补电解协同制储氢系统，其特征在于，还包括储氢罐，光伏发电系统和风力发电系统制取的电力过剩时，在满足氢气负荷的情况下，多余的氢气由储氢罐存储，电力不足时，氢气负荷的氢气由储氢罐供应。3.如权利要求2所述的一种风光互补电解协同制储氢系统，其特征在于，波动性较低的电力分配至ALK电解槽进行消纳，对于波动性较高的电力分配至PEM电解槽进行消纳。4.如权利要求3所述的一种风光互补电解协同制储氢方法，其特征在于，包括以下步骤：以净收益最大和电解槽制氢系统模块制氢效率最大为目标，建立数学规划模型，确定最优容量配置。5.如权利要求4所述的一种风光互补电解协同制储氢容量规划方法，其特征在于，目标函数：（1）净收益净收益 = R
H2 + R
02 ‑ꢀ
C
CAPEX ‑ꢀ
C
OPEX
，R
H2 和R
02 是指系统对外出售的氢气产生的收益和副产氧气产生的收益，C
CAPEX
和C
OPEX
分别表示初始投资成本和每年的运行维护成本；C
CAPEX = C
CAPEX,i
* CRF
i
CRF为投资回收因子，是将初始的投资费用转化为年度费用；C
CAPEX,i
为各组件的投资费用，i代表ALK电解槽、PEM电解槽储氢罐组件，CRF为投资回收因子，是将初始的投资费用转化为年度费用；（2）制氢效率制氢效率 =（η
ALK
*P
ALK
+η
PEM
*P
PEM
）/(P
WT + P
PV
)η
ALK
和η
PEM
分别表示ALK电解槽和PEM电解槽的制氢效率，P
ALK
和P
PEM
分别表示ALK电解槽和PEM电解槽的输入功率，P
WT 和P
PV
分别表示光伏和风机的输出功率；约束条件：电解槽系统：（1）能量平衡约束：P
ALK,t + P
PEM,t ≤ max（P
WT + P
PV
），其中P
ALK,t
≥0，P
ALK,t
≥0；P
ALK,t
和P
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王涛，周祖旭，王光春，李伟，朱青，夏柳，毛恒山，王宁，朱晓林，
申请(专利权)人：中电建新能源集团有限公司，
类型：发明
国别省市：