考虑多类型电解槽差异化的电热氢系统优化方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种考虑多类型电解槽差异化的电热氢系统优化方法及系统

【技术实现步骤摘要】
考虑多类型电解槽差异化的电热氢系统优化方法及系统


[0001]本专利技术属于电热氢系统优化
，特别是一种考虑多类型电解槽差异化特征的电热氢系统优化方法及系统
。

技术介绍

[0002]目前，电热氢系统在许多领域都得到了广泛应用，例如能源存储
、
燃料电池
、
化学工业等
。
电热氢系统是一种将电能
、
氢能和热能高效耦合的系统，通过电解水将电能转化为氢气和热能，再通过燃料电池装置将氢气转化为电能和热能，实现能量的高效转换和存储
。
该系统具有高能效
、
低碳排放
、
促进可再生能源利用等优点，被视为未来能源领域的重要发展方向
。
[0003]然而，要实现电热氢系统的高效运行，其优化至关重要
。
电解槽是电热氢系统中的核心设备之一，可以通过利用富余的可再生能源将水电解为氢气和氧气
。
不同类型的电解槽在结构
、
材料
、
工作原理等方面存在差异本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
考虑多类型电解槽差异化的电热氢系统优化方法，其特征在于，包括步骤：
1)
分析不同类型电解槽在产出效率
、
灵活性和经济性方面的差异化特征，并建立多类型的统一通用数学模型；
2)
建立电热氢系统模型，确定电热氢系统的设计参数；
3)
考虑不同种类电解槽差异化特征，建立以电热氢系统经济性
、
环保性和可靠性为优化目标的双层优化设计模型；
4)
结合粒子群算法和分支定界法求解双层优化设计模型
。2.
如权利要求1所述的考虑多类型电解槽差异化的电热氢系统优化方法，其特征在于，所述步骤
1)
，所述的统一通用数学模型如下：下述中所有符号的上标
M
代表不同的电解槽，
M{A,P,S}
，其中，
A
代表碱性电解槽，
P
代表质子交换膜电解槽，
S
代表固体氧化物电解槽；下标
k
为电解槽编号；下标
t
表示单位运行时段，
T
为运行总时段，其中
1≤t≤T
；启停模型：启停模型：启停模型：启停模型：启停模型：其中，表示电解槽的开关状态，为0或1；表示电解槽的开始启动动作，表示电解槽的开始关停动作；
α
M
表示启动时延；表示
t
‑1时刻的电解槽的开关状态；表示
t
‑
α
M
时刻电解槽的开始启动动作，分别表示
M
电解槽日内开机
、
停机次数上限；产出模型：产出模型：产出模型：其中，为电解槽工作效率；为电解槽工作功率；表示转化为氢气中化学能对应的能量；代表产出氢气的质量，单位为
kg
；
γ
为一公斤氢气的热值等效系数；为电解槽产生的热功率；
Δ
t
表示单位时间；功率约束：
其中，
P
M
，
min
、P
M
，
max
分别表示
M
电解槽在开机状态下工作功率上
、
下限；
P
M,boot
表示电解槽启动过程中消耗的电功率；
τ
表示电解槽启动过程中的时间计量；表示
t
‑
τ
时刻电解槽的开始启动动作，
Δ
P
M
，
max
表示
M
电解槽在开机状态下单位时段最大爬坡功率；温度模型：温度模型：温度模型：其中，和分别表示
t
时刻和
t+1
时刻的电解槽温度；
T
a
为环境温度；
C
e
为电解槽集总热容；
R
e
为集总热阻；为损失的热功率；为输出系统外的热功率；
T
M,max
和
T
M,min
分别表示电解槽的温度上
、
下限
。3.
如权利要求1所述的考虑多类型电解槽差异化的电热氢系统优化方法，其特征在于，所述步骤
2)
，所述的电热氢系统模型如下：电热氢系统包括能量供给设备
、
能量转换设备
、
能量存储设备和负荷四个部分，通过电
‑
热
‑
氢耦合进行能量转换，以满足不同能源的负荷供给；其中，能量供给设备包括风机
、
光伏以及上级电网，能量转换设备包括电解槽
、
氢燃料电池和电锅炉，其中电解槽包括碱性电解槽
、
质子交换膜电解槽和固体氧化物电解槽，能量储存设备包括蓄电池
、
储氢罐和储热罐；电热氢系统的设计参数包括多类型电解槽容量
、
氢燃料电池容量
、
蓄电池容量
、
储氢罐容量
、
储热罐容量和电锅炉容量
。4.
如权利要求3所述的考虑多类型电解槽差异化的电热氢系统优化方法，其特征在于，所述步骤
2)
中，电热氢系统的具体设备模型包括：氢燃料电池数学模型：氢燃料电池数学模型：氢燃料电池数学模型：其中，为
HFC
产电效率；
P
tHFC
为输入
HFC
的氢气热值等效功率；为燃料电池产电功率；为燃料电池代表消耗的氢气的质量，单位为
kg
；为
HFC
产热效率，为
HFC
产生的热功率；
γ
为一公斤氢气的热值等效系数；
Δ
t
为时间间隔；电锅炉模型：
其中，
η
EB
代表电锅炉电热转换效率；
P
EB,max
和
P
EB,min
分别代表电锅炉出力上
、
下限；
Q
EB,t
表示电锅炉产热功率；
P
EB,t
表示电锅炉耗电功率；储氢罐数学模型：其中，为储氢罐中氢气质量；和分别为充
、
放氢效率；和分别为储氢罐储氢量上
、
下限；和分别表示
t
时刻向储氢罐中充进的氢气或者放出的氢气质量；和分别表示注入氢气和释放氢气的状态变量；和分别表示调度初始时刻储氢罐的氢气质量和最后时刻的氢气质量；表示
t
时刻向储氢罐中充进的氢气质量上限；表示
t
时刻储氢罐放出的氢气质量上限；储热罐模型：其中，
H
t
为
t
时刻蓄热池的热量；
Q
dis,t
为
t
时刻蓄热池的放热功率；
Q
ch,t
为
t
时刻蓄热池的蓄热功率；分别为蓄放
、
热效率；分别是蓄热池蓄放
、
热最大功率限值，
H
max
、H
min
分别为蓄热池容量的上
、
下限；
A
ch,t
、A
dis,t
分别表示蓄放
、
热标志位；
H0和
H
T
分别表示调度初始时刻和最后时刻储热罐的热量；蓄电池模型：
其中，
E
t
为
t
时刻的蓄电池的电量；
P
dis,t
为
t
时刻蓄电池的放电功率；
P
ch,t
为
t
时刻蓄电池的充电功率；
η
ch
、
η
dis
分别为充
、
放电效率；分别是蓄电池充
、
放电最大功率限值，
E
max
、E
min
分别为电池电量的上
、
下限；
B
ch,t
、B
dis,t
分别表示充
、
放电标志位；
E
T
、E0分别表示调度初始时刻和最后时刻蓄电池的电量
。5.
如权利要求1所述的考虑多类型电解槽差异化的电热氢系统优化方法，其特征在于，所述步骤
3)
，所述的双层优化设计模型如下：上层设备容量设计模型目标函数：上层设备容量设计模型的目标函数为日净收益最大，日净收益等于下层系统优化运行模型所得的日运行收益减去系统投资成本，通过设计电热氢系统各种设备的容量，使得系统在安全可靠运行的前提下，日净收益最大
。6.
如权利要求5所述的考虑多类型电解槽差异化的电热氢系统优化方法，其特征在于，所述步骤
3)
中，具体的目标函数表达式如下：中，具体的目标函数表达式如下：其中，下标
i
指代不同的设备，包括多类型电解槽
、
蓄电池
、
储氢罐
、
储热罐
、
氢燃料电池和电锅炉；
F
up
为上层设备容量设计模型的目标函数；
F
down
为下层系...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雪松，赵波，林达，倪筹帷，葛晓慧，唐雅洁，龚迪阳，马瑜涵，章雷其，李志浩，汪湘晋，陈哲，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：