一种混合电解槽制氢系统选型评估的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种混合电解槽制氢系统选型评估的方法，考虑质子交换膜电解槽和碱性电解槽的技术和经济特性，选取两类电解槽的8个指标作为评估模型的指标层参与评估；构建多层选型评估模型，所述评估模型包括目标层、指标层和方案层；将指标层的8个指标参与比较，构造评估矩阵，并对评估矩阵的一致性进行检验；基于评估矩阵构建权重矩阵，根据所述权重矩阵计算8个指标的权重向量以及n个方案的权重向量；再计算得到各个方案的总分，总分最大的方案即为混合电解槽最优配置方案。上述方法通过提取两类电解槽多个关键指标，建立多层选型评估模型，最终选出高性价比的混合电解槽最优配置方案。案。案。

【技术实现步骤摘要】
一种混合电解槽制氢系统选型评估的方法


[0001]本专利技术涉及电解槽
，尤其涉及一种混合电解槽制氢系统选型评估的方法。

技术介绍

[0002]光伏电解水制氢技术一方面有利于可再生能源消纳，另一方面可有效解决氢能绿色生产问题。电解槽作为光伏电解水制氢系统的关键设备，其本身的性能特点对光伏电解水制氢系统的能量利用率、制氢效率等起着举足轻重的作用。目前，碱性电解槽(Alkaline Electrolyzer，AEL)成本较低(3000元/kW)，已被大规模商业化应用，但是AEL在额定负载下冷启动时间长达60
‑
120min，热启动时间仍需60
‑
300s，启动时间较长，产氢量最高为2.09Nm3/h
·
m2，而且波动性电源输出功率的不稳定性将造成AEL电解效率、产氢量下降以及AEL设备损伤等。研究人员为提高AEL与波动电源的适配性，利用储能系统协助光伏系统制氢，这种方法虽然在一定程度上提高了AEL的运行寿命，但是大大增加了制氢成本，并且AEL本身性能的局限性并未得到改善；相比AEL，质子交换膜电解槽(Proton Exchange Membrane Electrolyzer，PEMEL)热启动小于10s，有较高的制氢效率，产氢量可达12.54Nm3/h
·
m2，并且与波动电源有较好的适配性，目前PEMEL应用已进入工程示范阶段，然而PEMEL设备成本较高(9000元/kW)，无法大规模应用。
[0003]目前对于混合电解槽(AEL和PEMEL)的选型配置技术研究非常少，现有技术大多仅仅考虑结合两类电解槽的能量效率和经济性特点，利用在线优化算法进行最优配置，因此如何解决宽范围、高能效、快响应的PEMEL与低成本、低压力、高单堆功率的AEL之间选型评估的问题，形成高性价比的混合电解槽制氢系统，是混合电解槽应用亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种混合电解槽制氢系统选型评估的方法，该方法通过提取两类电解槽多个关键指标，建立多层选型评估模型，最终选出高性价比的混合电解槽最优配置方案，评估结果更加精准、客观，符合实际运行的需要。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0006]一种混合电解槽制氢系统选型评估的方法，所述方法包括：
[0007]步骤1、根据质子交换膜电解槽和碱性电解槽的产氢特性、动态响应特性、能耗及经济特性，选取两类电解槽的8个指标作为评估模型的指标层参与评估；
[0008]其中，8个指标包括：额定电流密度，记为I1；产氢量，记为I2；额定负载下热启动时间，记为I3；负载范围，记为I4；动态响应时间，记为I5；电解池能耗，记为I6；电解槽寿命，记为I7；设备成本，记为I8；
[0009]步骤2、构建多层选型评估模型，所述评估模型包括目标层、指标层和方案层；其中，目标层为混合电解槽最优配置；指标层为选取的8个指标；方案层包括n个方案；
[0010]步骤3、将指标层的8个指标参与比较，构造评估矩阵，并对评估矩阵的一致性进行
检验；
[0011]步骤4、基于步骤3所构造的评估矩阵构建权重矩阵，根据所述权重矩阵计算8个指标的权重向量，以及n个方案的权重向量；
[0012]步骤5、再根据8个指标的权重向量和n个方案的权重向量计算得到各个方案的总分，总分最大的方案即为混合电解槽最优配置方案。
[0013]由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，上述方法通过提取两类电解槽多个关键指标，建立多层选型评估模型，最终选出高性价比的混合电解槽最优配置方案，评估结果更加精准、客观，符合实际运行的需要。
附图说明
[0014]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
[0015]图1为本专利技术实施例提供的混合电解槽制氢系统选型评估的方法流程示意图；
[0016]图2为本专利技术实施例所述多层选型评估模型的示意图。
具体实施方式
[0017]下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，这并不构成对本专利技术的限制。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。
[0018]如图1所示为本专利技术实施例提供的混合电解槽制氢系统选型评估的方法流程示意图，所述方法包括：
[0019]步骤1、根据质子交换膜电解槽和碱性电解槽的产氢特性、动态响应特性、能耗及经济特性，选取两类电解槽的8个指标作为评估模型的指标层参与评估；
[0020]其中，8个指标包括：指标1：额定电流密度，记为I1；指标2：产氢量，记为I2；指标3：额定负载下热启动时间，记为I3；指标4：负载范围，记为I4；指标5：动态响应时间，记为I5；指标6：电解池能耗，记为I6；指标7：电解槽寿命，记为I7；指标8：设备成本，记为I8。
[0021]步骤2、构建多层选型评估模型，所述评估模型包括目标层、指标层和方案层；
[0022]其中，目标层为混合电解槽最优配置；指标层为选取的8个指标；方案层包括n个方案。
[0023]如图2所示为本专利技术实施例所述多层选型评估模型的示意图，图2中包括目标层为混合电解槽最优配置；指标层为选取的8个指标，即I1、I2、I3、I4、I5、I6、I7、I8；方案层包括n个方案，分别计为F1,F2
…
Fn。
[0024]步骤3、将指标层的8个指标参与比较，构造评估矩阵，并对评估矩阵的一致性进行检验；
[0025]在该步骤中，将指标层的8个指标参与比较，构造评估矩阵A＝(a
ij
)8×8,i,j＝1,2,3
…
8，其中a
ij
表示中间层第i个指标与第j个指标相对目标层的重要程度，由数据库进行比
较赋值；
[0026]具体实现中，数据库对a
ij
进行比较赋值的过程具体为：
[0027]定义h
Ii
,i＝1,2,3
…
8为各指标的标准比，取值为质子交换膜电解槽和碱性电解槽各指标值的商且h
Ii
≥1；定义h
ij
为第i个指标的标准比h
Ii
除以第j个指标的标准比h
Ij
，即h
ij
＝h
Ii
/h
Ij
，如果h
ij
≥1，a
ij
的取值参考表1，a
ji
＝1/a
ij
；如果h
ij
＜1，则本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合电解槽制氢系统选型评估的方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1、根据质子交换膜电解槽和碱性电解槽的产氢特性、动态响应特性、能耗及经济特性，选取两类电解槽的8个指标作为评估模型的指标层参与评估；其中，8个指标包括：额定电流密度，记为I1；产氢量，记为I2；额定负载下热启动时间，记为I3；负载范围，记为I4；动态响应时间，记为I5；电解池能耗，记为I6；电解槽寿命，记为I7；设备成本，记为I8；步骤2、构建多层选型评估模型，所述评估模型包括目标层、指标层和方案层；其中，目标层为混合电解槽最优配置；指标层为选取的8个指标；方案层包括n个方案；步骤3、将指标层的8个指标参与比较，构造评估矩阵，并对评估矩阵的一致性进行检验；步骤4、基于步骤3所构造的评估矩阵构建权重矩阵，根据所述权重矩阵计算8个指标的权重向量，以及n个方案的权重向量；步骤5、再根据8个指标的权重向量和n个方案的权重向量计算得到各个方案的总分，总分最大的方案即为混合电解槽最优配置方案。2.根据权利要求1所述混合电解槽制氢系统选型评估的方法，其特征在于，所述步骤3的过程具体为：将指标层的8个指标参与比较，构造评估矩阵A＝(a
ij
)8×8,i,j＝1,2,3
…
8，其中a
ij
表示中间层第i个指标与第j个指标相对目标层的重要程度，由数据库进行比较赋值；方案层共有n个方案待选，对于指标层第i个指标，构造各个方案之间的评估矩阵B
i
＝(b
ipq
)
n
×
n
,p,q＝1,2,3
…
n,i＝1,2,3
…
8，其中b
ipq
表示对于第i个指标，第p个方案相对第q个方案的优越度，由数据库进行比较赋值；最终得到评估矩阵表示为：A
χ
,B
χi
,χ＝1,2,3
…
N,i＝1,2,3
…
8；χ表示数据库，N表示数据库总数；A
χ
表示第χ个数据库赋值所得指标间的评估矩阵；B
χi
表示第χ个数据库，对指标层第i个指标，赋值各个方案之间的评估矩阵；然后依次计算评估矩阵A
χ
,B
χi
的随机一致性比率CR，当CR＜0.1时，判定评估矩阵A
χ
,B
χi
符合一致性要求；并舍弃不符合一致性要求的评估矩阵；其中，随机一致性比率CR的计算公式如式(1)所示：式(1)中，CI为衡量评估矩阵不一致程度的指标；λ
max
为评估矩阵的绝对值最大的特征值；w为指标个数，这里w＝8；RI是平均随机一致性指标，该指标根据矩阵阶数重复计算后得到，由于w＝8，则RI＝1.41。3.根据权利要求2所述混合电解槽制氢系统选型评估的方法，其特征在于，数据库对a
ij
进行比较赋值的过程具体为：定义h
Ii
,i＝1,2,3
…
8为各指标的标准比，取值为质子交换膜电解槽和碱性电解槽各指标值的商且h
Ii
≥1；定义h
ij
为第i个指标的标准比h
Ii
除以第j个指标的标准比h
Ij
，即h
ij
＝h
Ii
/h
Ij
；如果h
ij
≥1，a
ij
的取值参考表1，a
ji
＝1/a
ij
；如果h
ij
＜1，则计算h
ji
＝1/h
ij
，a
ji
的取值
参考表1，a
ij
＝1/a
ji
，最终得到赋值后的评估矩阵A＝(a
ij
)8×8；表1某一数据库对评估矩阵A赋值标准表数据库对b
ipq
进行比较赋值的过程具体为：定义第p个方案中质子交换膜电解槽容量为P
pem_p
,p＝1,2
…
n，碱性电解槽容量为P
ael_p
,p＝1,2
…
n；对于指标层第i个指标，定义k
ip
,i＝1,2,3
…
8为p方案的标准比，取值如下：如果第i个指标的标准比h
Ii
,i＝1,2,3
…
8为质子交换膜电解槽指标值除以碱性电解槽指标值,则k
ip
＝h
Ii
·
P
pem_p
/P
ael_p
；如果第i个指标的标准比h
Ii
,i＝1,2,3
…
8为碱性电解槽指标值除以质子交换膜电解槽指标值，则k
ip
＝h
Ii
·
P
ael_p
/P
pem_p
；定义v
ipq
为指标层第i个指标，第p个方案的标准比k
ip
除以第q个指标的标准比k
iq
，即v
ipq
＝k
ip
/k
iq
，如果v
ipq
≥...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建林，梁忠豪，赵文鼎，梁策，李光辉，肖珂，
申请(专利权)人：北方工业大学，
类型：发明
国别省市：