基于电转氢的能源系统操作灵活性提升方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111161809A(43)申请公布日2020.05.15(21)申请号201911257096.9(22)申请日2019.12.10(71)申请人南京华盾电力信息安全测评有限公司地址211106江苏省南京市江宁区水阁路39号(72)发明人李鹏丁昊晖郝浩胡秦然(74)专利代理机构南京纵横知识产权代理有限公司32224代理人张欢欢(51)Int.Cl.G16C20/10(2019.01)G06F30/20(2020.01)权利要求书5页说明书13页附图3页(54)发明名称基于电转氢的能源系统操作灵活性提升方法(57)摘要本发明公开了一种基于电转氢的能源系统操作灵活性提升方法，包括以下步骤：分析包含电解器和储氢罐的电转氢系统运行情况，推导出电转氢系统的数学模型；获取热电联产机组模型，并将电转氢系统数学模型、电锅炉模型、储电装置模型和热电联产机组模型结合，得到了综合电、热、氢的系统模型；根据综合电、热、氢的系统模型，求出最佳调度方案使经济效应最好，实现能源系统操作灵活性提升。本发明综合调度了电解器、储氢罐、电锅炉、储电装置来大幅度增加热电联产机组的灵活性，从而减少了弃风。CN111161809ACN111161809A权利要求书1/5页1.一种基于电转氢的能源系统操作灵活性提升方法，其特征是，包括以下步骤：分析包含电解器和储氢罐的电转氢系统运行情况，推导出电转氢系统的数学模型；获取热电联产机组模型，并将电转氢系统数学模型、电锅炉模型、储电装置模型和热电联产机组模型结合，得到了综合电、热、氢的系统模型；根据综合电、热、氢的系统模型，求出最佳调度方案使经济效应最好，实现能源系统操作灵活性提升。2.根据权利要求1所述的一种基于电转氢的能源系统操作灵活性提升方法，其特征是，所述分析包含电解器和储氢罐的电转氢系统运行情况，推导出电转氢系统的数学模型包括：电网络给电解器提供电能pi,t，其中i代表第i电解器，t代表第t个小时，电能pi,t通过一个AC/DC变换器以效率ηi,1转换为然后通过碱性电解器的电化学反应，将电能中一部分电能用于生产氢气，另一部分电能被转化为热能用公式表达记为：把碱性电解器模型分解为热子模型和化学子模型，各个模型详细描述如下：电化学子模型：电化学子模型仔细描述了有关能量和的数学公式；根据电化学理论，和可以用公式(2)和(3)表示；式中icell为电解器中电解电池的电流密度，Ucell函数为电池操作电压，Utn函数为非应激电压，Ti,t为电解器的工作温度；基于公式(2)和(3)，可以得到和电解电池的工作温度Ti,t三个状态变量之间的关系为：公式(4)阐述了温度Ti,t可以通过电网络决定和的输出比例；碱性电解器的可操作区域分割成4个三角形，这4个三角形区域分别用ΔABE,ΔBCE,ΔCDE,ΔADE表示，则操作区域可以表示为：σABCD＝ΔABE∪ΔBCE∪ΔCDE∪ΔADE(5)如果碱性电解器在ABE区域里，它满足：2CN111161809A权利要求书2/5页式中，x,y,z为各个坐标值，a是凸优化系数，代表三角形ABE的角落数；因此，对于j∈σABCD，j代表σABCD的一个区域，Nj代表区域j的角落数，本发明由(6)式推出的(7)式和(8)式来获得电解器中用于产生氢气的能量用于发热的能量和温度Ti,t：式中，M是一个非常大的正数，δj是电解器模型的系数；热子模型：热子模型描述了有关电解器和供热网络交换的数学模型；通过控制电解器的热输出qi,t,i∈εL来决定工作温度Ti,t：3CN111161809A权利要求书3/5页式中，εL是指电解器集合，Ct是热容常数，Rt＝0.164℃/W，ηi,2是电解器把热量转化成温度的效率，是损失到空气中的能量，Ti,t是电解器工作温度，Ta是环境温度；并且公式(9)可以被转化为离散化模型；工作温度应该满足以下约束：Ti是电解器允许温度下限，是电解器允许温度上限；储氢罐的数学模型：电解器用于产生的氢的能量为式中，ni,t是氢气的产量，是生产每千克氢气所需的能量；由(13)式可知对于储氢罐来说，氢气的产量ni,t主要的调度变量是储氢罐的气压，可以用理想气体定律来计算：式中，HS是储氢罐集合，ΔPri,t是第i个储氢罐在时间t的气压变化，R是理想气体常数，Ti是第i个储氢罐的温度，Vi是第i个储氢罐体积；其他的限制如下：式中，Pri是储氢罐允许的气压下限，是储氢罐允许的气压上限。3.根据权利要求2所述的一种基于电转氢的能源系统操作灵活性提升方法，其特征是，所述获取热电联产机组模型包括：热电联供机组的电能及热能输出为：式中，x,y,z为各个坐标值，x坐标对应的热能；y坐标对应电能；z坐标对应成本；c是燃料成本，CHP是