一种改进人工生态算法的风电直接制氢容量优化配置方法技术

本发明专利技术公开一种改进人工生态算法的风电直接制氢容量优化配置方法，该容量配置方法针对PEM电解槽的前期投资成本高，电解槽长期处于低功率状态造成制氢效率低的问题，通过储能电池辅助，根据电解槽的最优效率区间，设置电解槽的工作模式，构建以年净收益最大为目标函数，并引入改进人工生态优化算法求解；给定人工生态优化算法的初值和容量模型参数，求解得到年净收益最大下的容量配置方案；有效提高了风资源的利用率、电解槽效率和系统的稳定性。电解槽效率和系统的稳定性。电解槽效率和系统的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种改进人工生态算法的风电直接制氢容量优化配置方法


[0001]本专利技术涉及可再生能源制氢
，具体涉及到一种改进人工生态算法的风电直接制氢容量优化配置方法。

技术介绍

[0002]德国的西门子歌美飒提出将电解槽无缝集成到海上风机中，以单机协同系统直接产生绿氢，为海上绿色制氢开辟新思路。
[0003]随着可再生能源制氢的不断深入，风力发电直接制氢，成为可再生能源制氢发展的新模式。相比于并网发电制氢、大规模离网互补制氢，进行孤岛模式的单机就地制氢，可不再受制于上网电价、可再生能源比例、电网建设程度和规模的影响，解决风电限制上网的尴尬处境、多能互补高投资成本的困扰。风机和制氢设备的一体化集成，将风能就地转化为氢能输出，减少系统中能量单元种类、数量，简化系统结构，压缩投资成本，降低能量管理的复杂度，提高能量转换效率和系统的可靠性。
[0004]目前对于孤岛等偏远地区更适合采用就地制氢的方式。这些地区的风速过低，使得风机功率长期处于低功率状态，约占全年电量的20％以上，针对风机长期处于低功率状态，利用质子交换膜电解槽的低负载、过负本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改进人工生态算法的风电直接制氢容量优化配置方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：第一步、构建风电直接制氢系统模型风电直接制氢系统包括风力发电机组、PEM电解槽、储能电池以及储氢罐，通过储能电池辅助，根据电解槽的最优效率区间，设置电解槽的工作模式，有效提高了风资源的利用率、电解槽效率和系统的稳定性；第二步、构建电解槽数学模型和储能电池数学模型2.1构建电解槽数学模型PEM电解槽单体端口电压V
cell
由开路电压和超电势之和，过电压包括活化超电势V
act
和欧姆超电势V
ohm
，PEM电解槽单体电压V
cell
为：V
cell
＝V
ocv
+V
act
+V
ohm
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)开路电压根据能斯特方程表达为：其中，V
rev
是可逆电压；R为气体常数；T电解槽内反应温度；F为法拉第常数；为阴极氢气分压；为阳极氧气分压；为水活度；可逆电压V
rev
是电解所需的最小电压，在标准状况下，可逆电压为1.23V；活化超电势包括阳极和阴极的活化超电势：V
act
＝V
act_c
+V
act_a
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)其中，V
act_a
和V
act_c
分别为阳极和阴极的活化超电势，其表达式分别为：其中，j为电流密度；R是通用气体常数；T为电解池的工作温度；n
a
和n
c
分别为阳极和阴极的电子转移数；j
a
和j
c
分别为阳极和阴极的交换电流密度；α
a
和α
c
分别为阳极和阴极的电荷传递系数；欧姆超电势根据欧姆定律表达式为：V
ohm
＝V
ohm_ele
+V
ohm_mem
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)其中，V
ohm_ele
为电子超电势；V
ohm_mem
为离子超电势；电子超电势可表示为：V
ohm_ele
＝R
ohm_ele
i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)其中，R
ohm_ele
为电子电阻；离子超电势可表示为：V
ohm_mem
＝R
ohm_mem
i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
其中，R
ohm_mem
为离子电阻；电压效率为：其中，V
th
为热中性电压；电流效率为：电解槽的效率为：η
el
＝η
i
η
v
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)2.1构建储能电池模型储能电池的数学模型可表示为：(1)充电状态：E(t)＝(1
‑
δΔt)E(t
‑
1)+P
ch
(t
‑
1)η
c
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)(2)放电状态：式中，E(t)表示t时刻蓄电池的能量；E(t
‑
1)表示t
‑
1时刻储能电池的剩余能量；δ表示储能电池的自放电率；P
ch
(t)、P
dch
(t
‑
1)分别表示储能电池充、放电功率，η
ch
、η
dch
分别表示储能电池的充、放电效率；第三步、设置电解槽工作模式模式1：当风机功率P
wind
(t)大于k倍单体电解槽的额定功率P
rate
，小于k+0.2倍单体电解槽的额定功率P
rate
，并且储能电池的最大充电能力P
chmax
(t)大于0.2倍单组电解槽的额定功率，即满足式(14)，此时电解槽需要启动k组电解槽，电解槽的总功率为k倍单体电解槽的额定功率，储能电池吸收电解槽未吸收的风机功率，即满足式(15)定功率，储能电池吸收电解槽未吸收的风机功率，即满足式(15)模式2：当风机的功率P
wind
(t)大于k倍单体电解槽的额定功率P
rate
，小于k+0.2倍单体电解槽的额定功率P
rate
，并且储能电池的最大充电能力P
chmax
(t)小于0.2倍单体电解槽的额定功率，即满足式(16)，储能电池以最大放电功率P
dchmax
(t)放电，给第k+1组电解槽提供能量，此时需要启动k+1组电解槽，电解槽的总功率为k倍单组电解槽的额定功率与储能电池的放电之和，即满足式(17)电之和，即满足式(17)
模式3：当风机的功率P
wind

【专利技术属性】
技术研发人员：董砚，郭帆，梁晶，白武伟，朱冠同，李青松，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：