一种双燃料电池氢储能综合能源系统优化调度方法技术方案

本发明专利技术公开了一种双燃料电池氢储能综合能源系统及其优化调度方法，包括：建立双燃料电池氢储能综合能源系统模型；建立双燃料电池氢储能综合能源系统的优化调度模型；获取当地典型日数据，使用GUROBI求解器进行模型求解，得到不同方案下的优化调度结果。本发明专利技术通过优化调度结果的对比，验证所提双燃料电池氢储能综合能源系统在经济性和能效上的优势。本发明专利技术在固体氧化物燃料电池热电联产的氢储能综合能源系统中加入工作温度低、启停能力好的质子交换膜燃料电池组成双堆系统，解决了固体氧化物燃料电池热电联产过程存在的预热过程耗时长、频繁启停安全性差的问题，提高氢储能综合能源系统氢能调度过程的灵活性。能源系统氢能调度过程的灵活性。能源系统氢能调度过程的灵活性。

【技术实现步骤摘要】
一种双燃料电池氢储能综合能源系统优化调度方法


[0001]本专利技术属于综合新能源
，涉及一种双燃料电池氢储能综合能源系统优化调度方法，具体涉及一种固体氧化物燃料电池和质子交换膜燃料电池联用进行冷热电联产的综合能源系统优化调度方法。

技术介绍

[0002]综合能源系统(Integrated Energy System,IES)可以实现多种能源互补和能量的梯级利用，有效提高能源的综合利用效率，推动可持续发展。然而传统IES对于能流密度低、间歇性明显的风能和太阳能，存在消纳能力弱的特点。氢储能IES将氢气作为中间能量存储媒介，通过制氢储氢过程可实现对可再生能源的大规模消纳，引起了研究人员的广泛关注。
[0003]将氢储能技术和燃料电池热电联产技术结合满足区域供能需求，可以进一步提升能源利用效率，发挥对化石能源的替代作用，获得可观的碳减排收益和经济收益。目前，燃料电池已经发展出了多种类型，在不同的场景获得广泛的应用。固体氧化物燃料电池(SOFC)作为高温燃料电池不需要贵金属催化发电反应，结构简单成本更低，更适合大规模应用。通过燃料改质装置可以实现对多种燃料的利用，具有较高可靠性和可用性。但是为了保证其内部氧离子导体具有较高电导率，SOFC的工作温度一般在600℃以上，这给其生产和应用带来了问题。为避免预热启动过程的结构失效和密封问题，需控制升温速率在1～5K/min，电池堆的加热启动过程一般需要数小时。因此，针对SOFC热电联产系统的日前优化调度研究十分重要，根据日前优化调度结果可以确定SOFC的预热时间，实现电堆的安全运行。质子交换膜燃料电池(PEMFC)是目前家用领域发展的主流之一，其体积重量小、工作温度低、启停能力好,而且运行安全可靠，适用于对热能需求更高的小型商户或住宅建筑中。但是PEMFC只能使用纯氢作为燃料，燃料适应性差导致其应用规模小。
[0004]对于氢储能综合能源系统，除了需要满足常规综合能源系统的电能平衡、热能平衡、冷能平衡外，还需要满足调度周期内的制氢和耗氢的平衡，对于由单一SOFC组成的氢储能综合能源系统，为了消耗电解槽在可再生能源出力高的白天制备的大量氢气，同时减少SOFC频繁启停对电堆安全运行造成不利影响，SOFC的运行灵活性会受到限制，降低系统运行的经济性和能效。

技术实现思路

[0005]目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种双燃料电池氢储能综合能源系统优化调度方法，通过将固体氧化物燃料电池SOFC与质子交换膜燃料电池PEMFC结合组成双燃料电池系统，发挥不同类型燃料电池的互补优势，优化调度方法考虑引入双燃料电池后系统在规划设计阶段的经济效益。
[0006]技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]第一方面，提供一种双燃料电池氢储能综合能源系统优化调度方法，包括：
[0008]S1：建立双燃料电池氢储能综合能源系统模型；
[0009]S2：基于所述双燃料电池氢储能综合能源系统模型，构建双燃料电池氢储能综合能源系统的优化调度模型；
[0010]S3：获取当地典型日数据，所述当地典型日数据包括当地典型日的可再生能源出力预测数据和典型用户的负荷预测数据；
[0011]S4：基于所述获取的当地典型日数据，使用GUROBI求解器求解双燃料电池氢储能综合能源系统的优化调度模型，得到优化调度结果；
[0012]S5：根据所述优化调度结果，对对应的设备进行调度。
[0013]在一些实施例中，步骤S1中，双燃料电池氢储能综合能源系统包括光伏阵列PV、风电机组WT、电解槽EL、储氢罐HST、质子交换膜燃料电池PEMFC、固体氧化物燃料电池SOFC、太阳能集热器FPC、吸收式制冷机AC、空气源热泵ASHP、储热罐TST；
[0014]双燃料电池氢储能综合能源系统与外部电网和天然气网相连，由外部电网购电、网管购气和本地分布式可再生能源共同满足负荷需求；
[0015]电解槽和储氢罐组成的制氢、储氢单元用于实现对可再生发电的转化；
[0016]固体氧化物燃料电池SOFC通过消耗管网天然气和电解氢热电联产满足负荷需求，质子交换膜燃料电池PEMFC直接耗氢实现系统内部氢能平衡。
[0017]在一些实施例中，步骤S1中，双燃料电池氢储能综合能源系统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、空气源热泵数学模型和储能设备数学模型；
[0018]电解槽数学模型：电解槽耗电制氢，同时冷却水回收余热通过换热器将热能传递到IES的热网循环中，其电能
‑
氢能转换模型满足式(1)，余热回收满足式(2)：
[0019]M
EL
(t)＝η
EL
·
P
EL
(t)#(1)
[0020]Q
EL
(t)＝(1
‑
η
EL
)
·
η
EL，Q
·
P
EL
(t)#(2)
[0021]式中，P
EL
(t)表示电解槽t时刻的消耗电功率；M
EL
(t)表示电解槽t时刻的制氢功率；Q
EL
(t)表示电解槽t时刻的余热回收功率；η
EL
为电解槽的电解制氢效率；η
EL，Q
为电解槽的余热回收效率；
[0022]燃料电池数学模型：燃料电池热电联产过程的氢能
‑
电能转换模型满足式(3)，余热回收满足式(4)：
[0023]P
FC
(t)＝η
FC
·
M
FC
(t)#(3)
[0024]Q
FC
(t)＝η
FC，Q
·
M
FC
(t)#(4)
[0025]式中，P
FC
(t)表示燃料电池t时刻的产电功率；M
FC
(t)表示燃料电池t时刻的气体消耗功率；Q
FC
(t)表示燃料电池t时刻的产热功率；η
FC
为燃料电池的电效率；η
FC，Q
为燃料电池的热效率；
[0026]吸收式制冷机数学模型：吸收式制冷机的制冷量和其能效比COP
AC
有关，满足能量转换关系式(5)：
[0027]R
AC
(t)＝Q
AC
(t)
·
COP
AC
#(5)
[0028]式中，Q
AC
(t)表示吸收式制冷机t时刻消耗的热功率；R
AC
(t)表示吸收式制冷机t时刻的制冷功率；COP
AC
表示吸收式制冷机的能效比；
[0029]空气源热泵数学模型：空气源热泵消耗电能将低温热源中的热能转移到高温热源
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双燃料电池氢储能综合能源系统优化调度方法，其特征在于，包括：S1：建立双燃料电池氢储能综合能源系统模型；S2：基于所述双燃料电池氢储能综合能源系统模型，构建双燃料电池氢储能综合能源系统的优化调度模型；S3：获取当地典型日数据，所述当...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹炜，沙海伟，韩倩倩，杨学才，许文超，王震泉，冯大伟，李金科，王海华，张诗滔，
申请(专利权)人：中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：