大规模新能源离网制氢系统的优化配置方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种大规模新能源离网制氢系统的优化配置方法及装置，所述新能源离网制氢系统包括以下子系统：新能源发电系统、储能系统和制氢系统，所述新能源发电系统用于利用可再生能源发电，为制氢系统提供制氢所需的电能，所述储能系统用于平衡新能源发电系统和制氢系统之间电能转换；所述方法包括：确定优化配置模型，包括确定目标函数和约束条件；根据优化配置模型，确定新能源离网制氢系统的优化配置参数；其中，以系统稳定运行和投资回收周期最短为目标，确定所述目标函数；所述约束条件包括关于制氢系统中的制氢设备运行状态的约束。本发明专利技术能够高效确定新能源离网制氢系统的配置方案，保障离网制氢系统稳定运行同时实现控制成本。现控制成本。现控制成本。

【技术实现步骤摘要】
大规模新能源离网制氢系统的优化配置方法及装置


[0001]本专利技术属于新能源电网
，特别涉及一种大规模新能源离网制氢系统的优化配置方法及装置。

技术介绍

[0002]在全球能源结构更迭环境下，新能源制氢和氢能利用备受各界关注。氢能作为一种清洁能源，在应对全球气候变化以及“双碳”目标中有着巨大作用，许多国家都将氢能纳入国家战略。制氢也正从煤炭、石油等传统能源，向着风能、电能、光伏等新能源转变，新能源制氢技术的优势与重要性，逐步凸显。
[0003]新能源制氢，是相较于传统制氢技术所提出的新名词，特指的是利用新能源，如化学能、生物质能、风能等清洁、可再生资源进行制氢的技术。传统制氢技术主要是利用化石燃料，制氢过程中会产生与排放大量的温室气体以及污染物，对环境造成较大的负面影响，而新能源制氢则是更为环保、绿色，大部分产物都是氢气，温室气体、污染物较少甚至没有。
[0004]新能源制氢技术的发展，使得制氢更加清洁、高效，减少污染；利用可再生能源制氢，有利于进一步降低氢能成本，助力产业结构转型，更好更快地走上以创新为驱动的绿色、低碳、循环的发展路径。通过促进新能源制氢技术发展来降低制氢成本投资、促进氢能利用，是能源体系发展的重要趋势。
[0005]由于风电、光伏等新能源发电的能力和发电质量易受环境因素影响，具有随机性强、波动性大、间歇发电等特点，随着新能源制氢规模的不断扩大，与并网制氢模式相比，离网制氢具有诸多优点。但现有技术中，缺乏能够保障离网制氢系统稳定运行同时控制成本的系统配置方案。
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技术实现思路

[0006]针对上述问题，本专利技术针对基于荷随源动的大规模新能源离网制氢系统结构，以系统稳定运行和投资成本回收周期最短为优化目标，提出大规模新能源离网制氢系统优化配置方法及装置。
[0007]本专利技术提供一种大规模新能源离网制氢系统的优化配置方法，所述新能源离网制氢系统包括以下子系统：新能源发电系统、储能系统和制氢系统，所述新能源发电系统用于利用可再生能源发电，为制氢系统提供制氢所需的电能，所述储能系统用于平衡新能源发电系统和制氢系统之间电能转换；
[0008]所述方法包括：
[0009]确定优化配置模型，包括确定目标函数和约束条件；
[0010]根据优化配置模型，确定新能源离网制氢系统的优化配置参数；
[0011]其中，以系统稳定运行和投资回收周期最短为目标，确定所述目标函数；
[0012]所述约束条件包括关于制氢系统中的制氢设备运行状态的约束。
[0013]进一步地，所述新能源发电系统包括风电系统和光伏系统，方法包括：
[0014]确定子系统的设备投资成本和运行成本，根据设备投资成本和运行成本确定所述新能源离网制氢系统的投资成本；
[0015]根据制氢出售输入确定营收；
[0016]所述设备投资成本包括光伏系统、风电系统、储能系统、制氢系统的设备投资；
[0017]所述运行成本包括制氢系统的用水成本和各子系统的运维成本。
[0018]进一步地，光伏系统和风电系统的年化设备投资成本为：
[0019][0020]其中，表示可再生能源总的年化投资成本；表示风电系统单位功率的投资成本；表示风电系统的规划容量；表示光伏系统单位功率的投资成本；表示光伏系统的规划容量；
[0021]CRF函数是计算年化折现率的函数，输入参数为和Y
RE
，其中表示基准折现率；Y
RE
为风电和光伏系统的折旧年限，对于风电系统和光伏系统；
[0022]CRF函数的具体计算公式如下：
[0023][0024]制氢系统中制氢设备的年化投资成本为：
[0025][0026]其中，表示制氢设备与储氢设备的年化投资成本；Y
EL
表示制氢设备和储氢设备的折旧年限；表示制氢设备的单位容量投资成本；表示制氢设备度电规划容量；
[0027]储能系统的年化设备投资成本为：
[0028][0029]其中，表示储能系统中储能设备的年化投资成本；Y
EL
表示储能设备的折旧年限；表示储能设备的单位容量投资成本；表示储能设备度电规划容量；
[0030]用水成本为：
[0031]f
Cost
＝C
Water
×
Q
Water
ꢀꢀꢀ
(5)
[0032]其中，f
Cost
表示新能源离网制氢系统的购水成本；C
Water
表示系统的水费；Q
Water
表示系统在运行期间的总用水量；
[0033]各子系统的运维成本：
[0034][0035]其中，f
OM
表示各子系统的运维成本；表示风电系统单位容量的年化运维成本；表示风电系统的规划容量；表示光伏系统单位容量的年化运维成本；表示光伏系统的规划容量；表示制氢系统单位容量的年化运维成本；表示制氢系统的规
划容量；表示储能系统单位容量的年化运维成本；表示储能系统的规划容量；
[0036]制氢的出售收入如下:
[0037][0038]其中，表示新能源离网制氢系统的运营总收入；C
H
表示氢气的市场价；Q
H
表示新能源离网制氢系统的年产氢量。
[0039]进一步地，目标函数为：
[0040][0041]其中，P
err,t
为t时刻系统功率不足或功率过剩，T表示系统功率不足或功率过剩的总时间。
[0042]进一步地，所述约束条件包括功率平衡约束:
[0043]P
Wind,j
+P
Solar,j
+P
BA,j
‑
z
(j)
P
EL,j
+P
err,j
＝0
ꢀꢀꢀ
(9)
[0044]其中，P
Wind,j
表示第j个时刻风电系统的输出功率；P
Solar,j
表示第j个时刻光伏系统的输出功率；P
BA,j
表示第j个时刻储能系统对外输出功率；z
(j)
表示第j个时刻电解槽状态，0为关机，1为开机，P
EL,j
表示第j个时刻电解槽的运行功率。
[0045]进一步地，所述制氢设备运行状态的约束包括：
[0046]电解槽制氢约束，用于约束电解槽转换效率满足指定要求；
[0047]越限时间约束，用于约束电解槽功率越限运行的时间；
[0048]电解槽功率范围约束，用于限制电解槽功率；
[0049]电解槽关机次数约束，用于限制电解槽在一段运行时间内的关机次数。
[0050]进一步地，电解槽制氢约束:
[0051]制氢系统中的电解
[0052][0053]其中，表示第j个时刻电解槽本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大规模新能源离网制氢系统的优化配置方法，其特征在于，所述新能源离网制氢系统包括以下子系统：新能源发电系统、储能系统和制氢系统，所述新能源发电系统用于利用可再生能源发电，为制氢系统提供制氢所需的电能，所述储能系统用于平衡新能源发电系统和制氢系统之间的电能转换；所述方法包括：确定优化配置模型，包括确定目标函数和约束条件；根据优化配置模型，确定新能源离网制氢系统的优化配置参数；其中，以系统稳定运行和投资回收周期最短为目标，确定所述目标函数；所述约束条件包括关于制氢系统中的制氢设备运行状态的约束。2.根据权利要求1所述的大规模新能源离网制氢系统的优化配置方法，其特征在于，所述新能源发电系统包括风电系统和光伏系统，方法包括：确定子系统的设备投资成本和运行成本，根据设备投资成本和运行成本确定所述新能源离网制氢系统的投资成本；根据制氢出售输入确定营收；所述设备投资成本包括光伏系统、风电系统、储能系统、制氢系统的设备投资；所述运行成本包括制氢系统的用水成本和各子系统的运维成本。3.根据权利要求2所述的大规模新能源离网制氢系统的优化配置方法，其特征在于，光伏系统和风电系统的年化设备投资成本为：其中，表示可再生能源总的年化投资成本；表示风电系统单位功率的投资成本；表示风电系统的规划容量；表示光伏系统单位功率的投资成本；表示光伏系统的规划容量；CRF函数是计算年化折现率的函数，输入参数为和Y
RE
，其中表示基准折现率；Y
RE
为风电和光伏系统的折旧年限，对于风电系统和光伏系统；CRF函数的具体计算公式如下：制氢系统中制氢设备的年化投资成本为：其中，表示制氢设备与储氢设备的年化投资成本；Y
EL
表示制氢设备和储氢设备的折旧年限；表示制氢设备的单位容量投资成本；表示制氢设备度电规划容量；储能系统的年化设备投资成本为：其中，表示储能系统中储能设备的年化投资成本；Y
EL
表示储能设备的折旧年限；
表示储能设备的单位容量投资成本；表示储能设备度电规划容量；用水成本为：f
Cost
＝C
Water
×
Q
Water
ꢀꢀꢀꢀ
(5)其中，f
Cost
表示新能源离网制氢系统的购水成本；C
Water
表示系统的水费；Q
Water
表示系统在运行期间的总用水量；各子系统的运维成本：其中，f
OM
表示各子系统的运维成本；表示风电系统单位容量的年化运维成本；表示风电系统的规划容量；表示光伏系统单位容量的年化运维成本；表示光伏系统的规划容量；表示制氢系统单位容量的年化运维成本；表示制氢系统的规划容量；表示储能系统单位容量的年化运维成本；表示储能系统的规划容量；制氢的出售收入如下:其中，表示新能源离网制氢系统的运营总收入；C
H
表示氢气的市场价；Q
H
表示新能源离网制氢系统的年产氢量。4.根据权利要求3所述的大规模新能源离网制氢系统的优化配置方法，其特征在于，目标函数为：其中，P
err,t
为t时刻系统功率不足或功率过剩，T表示系统功率不足或功率过剩的总时间。5.根据权利要求2
‑
4中任一项所述的大规模新能源离网制氢系统的优化配置方法，其特征在于，所述约束条件包括功率平衡约束:P
Wind,j
+P
Solar,j
+P
BA,j
‑
z
(j)
P
EL,j
+P
err,j
＝0
ꢀꢀꢀꢀ
(9)其中，P

【专利技术属性】
技术研发人员：屈鲁，余占清，赵彪，曾嵘，訾振宁，崔健，王松，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：