【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及数值模拟，尤其是一种海上风电制氢掺混输送一体化系统参数优化方法。
技术介绍
1、海上风电具有资源丰富、发电时间长、对环境影响小、不占用土地资源等优势。但由于风电的强随机性、间歇性、反调峰等特点，大规模并网会影响电力系统的正常运行，导致严重弃风现象的发生。同时，因其地域性与离岸的特点，深远海风电输电配套与供需消纳问题亟待解决。
2、海上风电耦合制氢技术，可将电力转化可持续的高纯度氢气，实现海上风电大规模消纳。海上绿氢如何上岸是需要解决的关键问题。海上制氢-管道输氢上岸技术方案将成为今后氢经济的优选，但由于氢气基础设施不完善，纯氢的利用还需要相当长的时间，氢能运输需要合适的管道网络系统，而管道网络的巨大基建费用阻碍了氢气应用的进一步推广。氢气管道的造价约为天然气管道的两倍多。利用现有天然气管道进行天然气掺氢的输运可以节省庞大的基建成本，是实现氢能大规模使用的可行途径。
3、目前对于海上风电制氢系统研究还不太全面，更多是从可行性和技术经济性角度进行评估，但很少从参数优化角度提高面向海上风电的制氢系统性能，以最大化利用电能与海水资源。且海上氢气输送方案更多是利用海底管道或船舶进行纯氢输送，成本较高，技术不完善。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供一种海上风电制氢掺混输送一体化系统参数优化方法，目的是实现制氢系统工况参数和掺混输送系统压气站优化设计。
2、本专利技术采用的技术方案如下：
3、本专利技术提供一种海上
4、所述以掺氢天然气平准化成本最优为目标，确定所述掺混输送系统最佳的中间压气站数量和间距，包括：
5、通过以下模型计算输气管道沿线压力损失：
6、
7、
8、
9、其中，q为气体流量，tb为基准温度，pb为基准压力，p1为输气管道计算段的起点压力，s为标高调整参数，p2为输气管道计算段的终点压力，g为掺氢天然气的相对密度,tf为输气管道内的平均温度，le为等效的管道长度，z为氢气的压缩因子，f为水力摩阻系数，d为管道内径，e为常数值2.718；h2为输气管道出口标高，h1为输气管道进口标高，l为输气管道实际长度，ε为钢管内壁绝对粗糙度，re为雷洛数；
10、以掺混输送系统首站的输出端压力作为所述起点压力，以掺混输送系统末站的输入端压力作为所述终点压力，给定总的所述计算段的距离、所述起点压力和终点压力，根据上述模型计算管道压降达第一设定值时等效的管道长度le，在距离首站le位置处设置第一座中间压气站；
11、以第一座中间压气站输出端压力作为所述起点压力，以所述末站的输入端压力作为所述终点压力，再次根据上述模型计算管道压降达第二设定值时等效的管道长度le，在距离第一座中间压气站le位置处设置第二座中间压气站；
12、依此类推，获得中间站数量和间距；
13、给定相同计算段的距离、不同的起点压力和终点压力，获得多个中间站数量和间距的计算结果，作为优选参数组；
14、计算优选参数组中各组计算结果下掺氢天然气平准化成本，选择成本最小的一组计算结果作为最优结果，所述掺氢天然气平准化成本的计算模型为：
15、
16、式中，lcom为掺氢天然气运输的平准化成本，tci为项目总投资，r为项目运营期后残值，aj为项目第j年的运营成本，yj为第j年的产品数量，k为项目折现率，j为使用寿命。
17、进一步技术方案为：
18、所述通过数值模拟计算分析碱性电解槽的工作压力、工作温度、碱液流量对制氢系统运行特性的影响，得到优化的工作参数范围，包括：
19、计算碱性电解槽在预设范围内不同工作温度和工作压力下制氢系统的能量效率和效率，并获得电解槽的电压及电功率随工作温度和工作压力变化曲线，选取使得电解槽电压及电功率随工作温度和工作压力的增加而降低，且能量效率和效率随工作温度和工作压力的增加而提高的参数范围，根据设备承压能力在所述参数范围内选出最优的工作温度和工作压力；
20、在最优的工作温度和工作压力下，计算不同碱液流量下制氢系统的总输入电功，结合制氢系统中换热器负荷要求选择最佳的碱液流量。
21、计算碱性电解槽在预设范围内不同工作温度和工作压力下制氢系统的能量效率，包括：
22、建立制氢系统的热力学评价模型：
23、
24、
25、制氢系统的总输入电功wnet为：
26、wnet＝wstack+wcomp+wp
27、式中：wstack、wcomp和wp分别为电解槽功耗、压缩机功耗和泵功耗；
28、根据wnet计算制氢系统的能量效率：
29、
30、式中：为氢气的低位热值；为产氢量。
31、计算碱性电解槽在预设范围内不同工作温度和工作压力下制氢系统的效率，包括：
32、计算制氢系统的ex＝exphy+exchem，其中，物理exphy＝t0(s0-s)-(h0-h)，t0,s0,h0分别为基准环境下流体的温度，熵和焓，s,h分别为工作条件下流体的熵和焓；
33、化学exchem＝∑xiexch0,i，exch0,i,xi分别为第i个纯组分的标准化学和第i个纯组分的摩尔分数；
34、制氢系统的平衡为：
35、exin,q+exin,w+min∑exin＝exout,q+exout,w+mout∑exout+exd
36、其中，exin,q,exin,w分别为制氢系统吸热、及电力消耗产生的exout,q,exout,w分别为制氢系统放热和发电产生的min,mout分别为制氢系统输入流体、输出流体的质量流量，exin，exout表示制氢系统输入流体、输出流体的exd表示损；
37、根据所述制氢系统的及平衡，计算制氢系统的效率：
38、
39、所述制氢系统的数值模型基于碱性电解槽的热力学模型、电化学模型及质量平衡模型而建立；
40、数值模型建立后，在给定的制氢规模下，将碱性电解槽在不同工作温度下的工作性能的仿真曲线和实验极化曲线对比，验证模型的准确性。
41、根据以下模型获得所述输气管道的管径：
42、
43、式中：p为设计压力；s为管道的最小屈服强度；t为本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种海上风电制氢掺混输送一体化系统参数优化方法，所述海上风电制氢掺混输送一体化系统包括制氢系统和掺混输送系统，其特征在于，所述优化方法包括：建立所述制氢系统的数值模型，通过数值模拟计算分析碱性电解槽的工作压力、工作温度、碱液流量对制氢系统运行特性的影响，得到优化的工作参数范围；以制氢系统在所述优化的工作参数范围内运行为条件，根据输送气压确定所述掺混输送系统的输气管道的管径，并根据输气管道的设计压力要求，以掺氢天然气平准化成本最优为目标，确定所述掺混输送系统最佳的中间压气站数量和间距；
2.根据权利要求1所述的海上风电制氢掺混输送一体化系统参数优化方法，其特征在于，所述通过数值模拟计算分析碱性电解槽的工作压力、工作温度、碱液流量对制氢系统运行特性的影响，得到优化的工作参数范围，包括：
3.根据权利要求2所述的海上风电制氢掺混输送一体化系统参数优化方法，其特征在于，计算碱性电解槽在预设范围内不同工作温度和工作压力下制氢系统的能量效率，包括：
4.根据权利要求3所述的海上风电制氢掺混输送一体化系统参数优化方法，其特征在于，计算碱性电解槽在预设范围
5.根据权利要求1所述的海上风电制氢掺混输送一体化系统参数优化方法，其特征在于，所述制氢系统的数值模型基于碱性电解槽的热力学模型、电化学模型及质量平衡模型而建立；
6.根据权利要求1所述的海上风电制氢掺混输送一体化系统参数优化方法，其特征在于，根据以下模型获得所述输气管道的管径：
7.根据权利要求1所述的海上风电制氢掺混输送一体化系统参数优化方法，其特征在于，根据以下模型获得所述项目总投资TCI：
...【技术特征摘要】
1.一种海上风电制氢掺混输送一体化系统参数优化方法，所述海上风电制氢掺混输送一体化系统包括制氢系统和掺混输送系统，其特征在于，所述优化方法包括：建立所述制氢系统的数值模型，通过数值模拟计算分析碱性电解槽的工作压力、工作温度、碱液流量对制氢系统运行特性的影响，得到优化的工作参数范围；以制氢系统在所述优化的工作参数范围内运行为条件，根据输送气压确定所述掺混输送系统的输气管道的管径，并根据输气管道的设计压力要求，以掺氢天然气平准化成本最优为目标，确定所述掺混输送系统最佳的中间压气站数量和间距；
2.根据权利要求1所述的海上风电制氢掺混输送一体化系统参数优化方法，其特征在于，所述通过数值模拟计算分析碱性电解槽的工作压力、工作温度、碱液流量对制氢系统运行特性的影响，得到优化的工作参数范围，包括：
3.根据权利要求2所...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙立，渠秀媛，余潜跃，郑法，董辉，刘清，
申请(专利权)人：江苏宇石能源集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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