考虑氢能系统热回收的电氢能源系统日前优化运行方法技术方案

本发明专利技术涉及电氢区域综合能源系统运行方法，具体是一种考虑氢能系统热回收的电氢能源系统日前优化运行方法，包括获取能源系统历史运行数据并得到典型日源荷曲线；根据设备运行参数建立考虑氢能系统热回收的设备运行模型；根据能源系统拓扑结构建立能源系统模型；以系统运行成本最小为目标，建立考虑氢能系统热回收的电氢能源系统日前优化运行模型；求解所述的优化运行模型以得到电氢区域综合能源系统日前运行计划。解决了现有技术中的模型仅针对单一设备，同时对氢能设备变效率、多工况等运行特性也表达不足，进而无法最大化的优化考虑氢能系统热回收的电氢能源系统的运行的技术问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
考虑氢能系统热回收的电氢能源系统日前优化运行方法


[0001]本专利技术涉及电氢区域综合能源系统运行方法，具体是一种考虑氢能系统热回收的电氢能源系统日前优化运行方法。

技术介绍

[0002]随着氢燃料技术的发展，氢能作为一种终端能源应用潜力巨大，以电氢为核心的区域综合能源系统也成为最具前景的区域终端能源系统形态。利用分布式新能源电解制氢不仅可以就近满足氢能需求，还有助于分布式新能源的消纳，相比于集中式制氢方式，具有较好的经济效益。
[0003]现有研究均有效说明了氢能系统对系统经济低碳运行有显著的提升作用，但并未深入挖掘氢能系统的产热特性，导致氢能系统存在能源利用率低的问题。氢能在产、储、用过程中，需经过多次能量形式转换，使得能量利用效率较低，大大限制了氢能的应用和发展。一方面，在制氢侧，传统商业碱性和质子膜电解水系统电解效率仅为51％～70％，近20％～30％的能量以热能形式散失；另一方面，在用氢侧，甲烷化能量利用效率为75～80％，氢燃料电池产电效率为60％左右，电转气转电(power to gas to power,P2G2P)全本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.考虑氢能系统热回收的电氢能源系统日前优化运行方法，其特征在于，电氢能源系统中的设备包括电解水装置、氢燃料电池、甲烷化装置和电热联产装置；包括以下步骤：S1获取能源系统历史运行数据并得到典型日源荷曲线；S2根据设备运行参数建立考虑氢能系统热回收的设备运行模型；S3根据能源系统拓扑结构建立能源系统模型；S4以系统运行成本最小为目标，建立考虑氢能系统热回收的电氢能源系统日前优化运行模型；S6求解所述的优化运行模型，以得到电氢区域综合能源系统日前运行计划。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，能源系统的运行数据包括新能源出力数据、电负荷数据、气负荷、热负荷、和氢负荷数据。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述考虑氢能系统热回收的设备运行模型，包括：1)低温和高温电解水热回收运行模型，包括对于单个电解池，电解所需电压可表示为：U
cell
(T
ED
,i
cell
)＝U
rev
+U
ohm
+U
act
+U
con
式中，U
cell
为电解电压，与T
ED
和电解电流密度i
cell
相关，可分为可逆电压U
rev
、欧姆极化电压U
ohm
、活化极化电压U
act
和浓差极化电压U
con
；U
th
为电解理论所需最小电压，与温度相关，在800℃为1.29V，而在25℃时为1.48V；n
e
为氢的摩尔电子数，F为法拉第常数；电解水电解能量流模型可表示为：式中，P
ED,el
为高温电解水电解能耗；P
ED,H
为高温电解水用于产氢的能耗；N
cell
为电解池数目；S
cell
为电解池的有效面积；采用集总方程表征低温电解水在运行的热力学过程，具体如下：式中，LED代表低温电解水；C
LED
为低温电解槽的等效热容；为t时刻低温电解槽的热损；为t时刻低温电解槽可回收的热能；高温电解水系统热力学过程具体如下：式中，HED代表高温电解水；C
HED
为高温温电解槽的等效热容；为t时刻出料气体的热能；k
rec
为出料气体与进料气体热交换系数；为t时刻高温电解槽的热损；为t时刻高温电解水预热装置能耗，为t时刻高温电解槽加热能耗，假设加热均采用电加热，即：P
tHED,heat
+P
tHED,fur
＝η
EB
P
tEB
式中，为t时刻电解水电加热功耗，η
EB
为电加热工作效率；建立热稳态模型如下：建立热稳态模型如下：将电解水热损功耗表示为：式中，R
ED
为电解槽的等效热阻，T
a
为环境温度；保持在一定温度范围内，即：低温和高温电解水系统最终回收热能分别表示为：式中，分别为t时刻低温电解水和高温电解水回收的热能，η
ED,he
为换热装置的换热效率；2)甲烷化热回收运行模型，包括，反应原料和产物需满足物质的量平衡关系，有：式中，分别为t时刻反应器消耗二氧化碳和氢气的速率；分别为t时刻反应器产生甲烷的速率和摩尔速率；为反应产生甲烷和氢气的物质的量比例；为反应产生甲烷和氢气的物质的量比例；分别为二氧化碳、氢气和甲烷的相对分子质量；甲烷化过程产热表示如下：式中，为t时刻甲烷化产热功耗；η
MR
为甲烷化反应的效率；
△
H为甲烷化产生单位摩尔甲烷而释放的热量，为165kJ/mol；甲烷化装置最终回收的热能表达如下：Q
tMR
＝η
MR,he
P
tMR,heat
式中，为t时刻甲烷化装置回收的热能；η
MR,heat
为甲烷化装置换热器效率；3)氢燃料电池热回收模型，包括，氢燃料电池热电联产物理模型，表征为：其中：
式中，为t时刻氢燃料电池耗氢量，分别为t时刻氢燃料电池发电功率、产热功率，η
FC,e
、η
FC,h
为氢燃料电池发电效率和产热效率；4)氢能系统热回收模型，包括，氢能系统热回收利用模型，表达如下：式中，为t时刻氢能系统热回收利用的热能；η
he
为换热装置换热效率。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述能源系统模型包括：1)配电网潮流模型，具体如下：1)配电网潮流模型，具体如下：1)配电网潮流模型，具体如下：1)配电网潮流模型，具体如下：1)配电网潮流模型，具体如下：式中，分别为节点i、j电压的平方；P
ij
、Q
ij
分别为...

【专利技术属性】
技术研发人员：任洲洋，罗潇，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：