基于TRNSYS的光伏-太阳能热-储氢-碱性燃料电池系统模型及建模方法技术方案

发明专利技术名称基于TRNSYS的光伏

【技术实现步骤摘要】
基于TRNSYS的光伏
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太阳能热
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储氢
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碱性燃料电池系统模型及建模方法


[0001]本申请涉及系统建模仿真
，尤其是一种基于TRNSYS的光伏
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太阳能热
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储氢
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碱性燃料电池系统模型及建模方法。

技术介绍

[0002]建筑在节能减排方面具有巨大潜力。建筑能耗除了包括施工过程中的能源消耗外，还包括建筑使用过程中因照明、各种电器、供暖和制冷等引起的能源消耗。我国大力倡导可再生能源与传统建筑能源供应系统相结合。而太阳能是一种有价值的可再生能源，其成本低，利用技术相当成熟。然而，不应忽视的是，太阳能具有间歇性的自然特征。目前的研究表明，当小型分布式光伏系统连接到公共电网时，不稳定的光伏发电将影响电网的电能质量。因此，如何高效利用光伏电力已成为太阳能利用的一个挑战。在太阳能系统中增加储能系统已成为解决这一问题的最佳解决方案。
[0003]由于高能效和环境友好，氢气是目前最有价值的能源载体之一。因此使用氢气作为储存可再生能源电力的能源载体，可以补偿可再生能源的间歇性和波动性，并增强与电网耦合的能源系统的稳定性，这对能源的可持续发展至关重要，因此氢储能在当今正变得越来越受欢迎。而对于氢的再电化，也就是说，氢能再次转化为电能。使用燃料电池是最大限度地提高氢气潜在效益的首选方式。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于在一定程度上解决现有太阳能利用中存在的技术问题之一，提出一种基于TRNSYS的光伏
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太阳能热
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储氢
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碱性燃料电池系统模型及建模方法，该光伏
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太阳能热
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储氢
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碱性燃料电池系统用于满足建筑的供暖、制冷以及热水需求。并将剩余的光伏电量转化为氢气储存，在系统有电量需求时，通过碱性燃料电池为消耗储存的氢气产生电量，并供给给系统。
[0005]本专利技术利用TRNSYS软件对光伏
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太阳能热
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储氢
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碱性燃料电池系统进行逐时仿真，为提高太阳能利用率提供发展方向和技术指导。
[0006]本专利技术的技术方案：
[0007]一种基于TRNSYS的光伏
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太阳能热
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储氢
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碱性燃料电池系统模型，该基于TRNSYS的光伏
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太阳能热
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储氢
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碱性燃料电池系统模型包括光伏子系统、太阳能集热储热子系统、供暖子系统、制冷子系统、储氢子系统、燃料电池子系统和控制系统；
[0008](1)光伏子系统包括：气象参数部分和光伏部分；
[0009]气象参数与光伏板相连，将气象参数传递到光伏板；
[0010](2)太阳能集热储热子系统包括：气象参数部分、太阳能集热器部分、蓄热水箱部分、温差控制部分、生活用热水部分；
[0011]将气象参数导入太阳能集热器，集热器出口连接蓄热水箱内的换热器，水箱换热
器出口经过集热水泵连回至集热器，气象参数将室外温度传递蓄热水箱外壁面；集热器出口温度连接温差控制器的高区温度，蓄热水箱的换热器出口温度连接温差控制器的地区温度，通过输出控制信号，控制集热水泵的启停；蓄热水箱将一部分的热水与自来水混合，作为生活用热水使用；
[0012](3)供暖子系统包括：供暖水箱部分、电锅炉部分、供暖水泵部分和供暖负荷部分；
[0013]蓄热水箱将一部分热传递至供暖水箱，供暖水箱出口连接电锅炉入口侧，电锅炉出口侧与供暖水泵相连，供暖水泵将热水传递至用户侧负荷换热器，最后用户侧负荷换热器出口连回供暖水箱。供暖负荷的参数通过负荷读取部件进行传递至用户侧负荷换热器；
[0014](4)制冷子系统包括：冷水机组部分、冷却水泵部分和制冷负荷部分；
[0015]冷水机组的出口与用户侧负荷换热器相连，用户侧负荷换热器出口与冷却水泵相连，最后冷却水泵将冷却水连回冷水机组。制冷负荷的参数通过负荷读取部件进行传递至负荷换热器；
[0016](5)储氢子系统包括：功率调节器部分、碱性电解槽部分、压缩机部分和储氢罐部分；
[0017]将剩余光伏电量传递至功率调节器，功率调节器将电压和电流输出到碱性电解槽，碱性电解槽将产生的氢气传递至压缩机，氢气经压缩机处理后传递至高压储氢罐储存；
[0018](6)燃料电池子系统包括：碱性燃料电池部分；
[0019]储氢罐与碱性燃料电池相连，将氢气传递至燃料电池，利用燃料电池发电为系统提供电量，同时将燃料电池工作时产生的热量传递至蓄热水箱内换热器，实现燃料电池的废热回收；
[0020](7)控制子系统包括：分水阀门部分运行控制计算器部分、供暖水泵和电锅炉运行控制计算器部分、冷却水泵和冷水机组运行控制计算器部分和电量管理计算器部分；碱性电解槽、压缩机和燃料电池控制计算器部分；
[0021]阀门部分运行控制计算器部分通过监测蓄热水箱内的温度以及自来水温度，然后通过运行逻辑公式，输出结果控制分水阀门的切换方向；供暖水箱的出水温度、负荷读取器读取供暖负荷文件将参数传递至供暖水泵、电锅炉控制器，然后通过运行逻辑公式，输出结果控制水泵和电锅炉的启停；同样，负荷读取器读取制冷负荷将参数传递至冷却水泵和冷水机组控制器，通过然后通过运行逻辑公式，输出结果控制冷却水泵和冷水机组的启停；将剩余光伏电量参数传递至碱性电解槽、压缩机控制计算器部分，然后通过运行逻辑公式，输出结果控制性电解槽、压缩机的启停；电量管理计算器部分传递未满足的系统电量参数至控制计算器部分，控制燃料电池的启停。
[0022]其中：
[0023]所述气象参数部分用于设置气象参数；
[0024]所述光伏板部分用于设定光伏板面积以及安装角度；
[0025]所述太阳能集热器部分用于设定集热器面积以及集热效率；
[0026]所述蓄热水箱部分用于设定水箱容积和外壁面温度；
[0027]所述温差控制器部分用于设定集热水泵启停，控制器根据集热水箱出口水温与集热器出口水温温差输出开启或关闭命令；
[0028]所述生活用热水部分用于设定热水使用时间并计算热水负荷；
[0029]所述电锅炉部分用于设定电锅炉额定制热量；
[0030]所述用户侧负荷换热器部分用于设定换热效率；
[0031]所述负荷读取器用于设定系统供暖负荷或制冷负荷文件；
[0032]所述冷水机组部分用于设定冷水机组额定制冷量；
[0033]所述水泵部分用于设定水泵的流量；
[0034]所述功率调节器部分用于设定功率调节器的标称功率以及运行电压；
[0035]所述碱性电解槽部分用于设定电解时允许的最大电流和电压；
[0036]所述压缩机部分用于设定压缩机的压缩级数；
[0037]所述储氢本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于TRNSYS的光伏
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太阳能热
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储氢
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碱性燃料电池系统模型，其特征在于，该基于TRNSYS的光伏
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太阳能热
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储氢
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碱性燃料电池系统模型包括光伏子系统、太阳能集热储热子系统、生活用热水子系统、供暖子系统、制冷子系统、储氢子系统、燃料电池子系统和控制系统；(1)光伏子系统包括：气象参数部分和光伏部分；气象参数与光伏板相连，将气象参数传递到光伏板；(2)太阳能集热储热子系统包括：气象参数部分、太阳能集热器部分、蓄热水箱部分、温差控制部分、生活用热水部分；将气象参数导入太阳能集热器，集热器出口连接蓄热水箱内的换热器，水箱换热器出口经过集热水泵连回至集热器，气象参数将室外温度传递蓄热水箱外壁面；集热器出口温度连接温差控制器的高区温度，蓄热水箱的换热器出口温度连接温差控制器的地区温度，通过输出控制信号，控制集热水泵的启停；蓄热水箱将一部分的热水与自来水混合，作为生活用热水使用；(3)供暖子系统包括：供暖水箱部分、电锅炉部分、供暖水泵部分和供暖负荷部分；蓄热水箱将一部分热传递至供暖水箱，供暖水箱出口连接电锅炉入口侧，电锅炉出口侧与供暖水泵相连，供暖水泵将热水传递至用户侧负荷换热器，最后用户侧负荷换热器出口连回供暖水箱。供暖负荷的参数通过负荷读取部件进行传递至用户侧负荷换热器；(4)制冷子系统包括：冷水机组部分、冷却水泵部分和制冷负荷部分；冷水机组的出口与用户侧负荷换热器相连，用户侧负荷换热器出口与冷却水泵相连，最后冷却水泵将冷却水连回冷水机组。制冷负荷的参数通过负荷读取部件进行传递至负荷换热器；(5)储氢子系统包括：功率调节器部分、碱性电解槽部分、压缩机部分和储氢罐部分；将剩余光伏电量传递至功率调节器，功率调节器将电压和电流输出到碱性电解槽，碱性电解槽将产生的氢气传递至压缩机，氢气经压缩机处理后传递至高压储氢罐储存；(6)燃料电池子系统包括：碱性燃料电池部分；储氢罐与碱性燃料电池相连，将氢气传递至燃料电池，利用燃料电池发电为系统提供电量，同时将燃料电池工作时产生的热量传递至蓄热水箱内换热器，实现燃料电池的废热回收；(7)控制子系统包括：分水阀门部分运行控制计算器部分、供暖水泵和电锅炉运行控制计算器部分、冷却水泵和冷水机组运行控制计算器部分和电量管理计算器部分；碱性电解槽、压缩机和燃料电池控制计算器部分；阀门部分运行控制计算器部分通过监测蓄热水箱内的温度以及自来水温度，然后通过运行逻辑公式，输出结果控制分水阀门的切换方向；供暖水箱的出水温度、负荷读取器读取供暖负荷文件将参数传递至供暖水泵、电锅炉控制器，然后通过运行逻辑公式，输出结果控制水泵和电锅炉的启停；同样，负荷读取器读取制冷负荷将参数传递至冷却水泵和冷水机组控制器，通过然后通过运行逻辑公式，输出结果控制冷却水泵和冷水机组的启停；将剩余光伏电量参数传递至碱性电解槽、压缩机控制计算器部分，然后通过运行逻辑公式，输出结果控制性电解槽、压缩机的启停；电量管理计算器部分传递未满足的系统电量参数至控制计算器部分，控制燃料电池的启停。
其中：所述气象参数部分用于设置气象参数；所述光伏板部分用于设定光伏板面积以及安装角度；所述太阳能集热器部分用于设定集热器面积以及集热效率；所述蓄热水箱部分用于设定水箱容积和外壁面温度；所述温差控制器部分用于设定集热水泵启停，控制器根据集热水箱出口水温与集热器出口水温温差输出开启或关闭命令；所述生活用热水部分用于设定热水使用时间并计算热水负荷；所述电锅炉部分用于设定电锅炉额定制热量；所述用户侧负荷换热器部分用于设定换热效率；所述负荷读取部分用于设定系统供暖负荷或制冷负荷文件；所述冷水机组部分用于设定冷水机组额定制冷量；所述水泵部分用于设定水泵的流量；所述功率调节器部分用于设定功率调节器的标称功率以及运行电压；所述碱性电解槽部分用于设定电解时允许的最大电流和电压；所述压缩机部分用于设定压缩机的压缩级数；所述储氢罐部分用于设定储氢罐的容积；所述碱性燃料电池用于设定碱性燃料电池的数目；所述阀门运行控制计算器部分用于设定分水阀的切换方向；所述供暖水泵、电锅炉运行控制计算器部分用于设定水泵、电锅炉的启停；所述冷却水泵、冷水机组行控制计算器部分用于设定冷却水泵、冷水机组启...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾蓉，唐湘琳，胡吉，龙翔，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：