动态制氢效率特性下的远海风电制氢系统容量优化方法.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CN113705063A(43)申请公布日2021.11.26(21)申请号202110840232.8G06F111/08(2020.01)(22)申请日2021.07.23G06F113/06(2020.01)G06F113/08(2020.01)(71)申请人福州大学G06F119/06(2020.01)地址350108福建省福州市闽侯县福州大G06F119/12(2020.01)学城乌龙江北大道2号福州大学(72)发明人江岳文黄伟捷(74)专利代理机构福州元创专利商标代理有限公司35100代理人陈明鑫蔡学俊(51)Int.Cl.G06F30/25(2020.01)G06N3/00(2006.01)H02J3/46(2006.01)G06F111/04(2020.01)G06F111/06(2020.01)权利要求书8页说明书18页附图2页(54)发明名称动态制氢效率特性下的远海风电制氢系统容量优化方法(57)摘要本发明涉及一种动态制氢效率特性下的远海风电制氢系统容量优化方法。包括：获取规划参数；考虑质子交换膜电解槽由于长时间运行而老化引起的制氢效率衰减变化，建立“时间‑功率‑效率”动态制氢特性模型；建立下层以项目效益净现值最大化为优化目标、上层以氢价最大不确定度为优化目标的远海风电制氢系统容量优化机会约束规划‑信息间隙决策理论模型；采用基于随机模拟的粒子群算法求解远海风电制氢系统容量优化机会约束规划‑信息间隙决策理论模型。本发明通过考虑质子交换膜电解槽老化引起的制氢效率衰减变化、远海风电出力和制氢设备更换成本及市场氢气售价的不确定性，优化远海风电制氢系统容量，提高远海风电制氢项目经济效益评估可信水平。CN113705063ACN113705063A权利要求书1/8页1.一种动态制氢效率特性下的远海风电制氢系统容量优化方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1、考虑质子交换膜电解槽由于长时间运行而老化引起的制氢效率衰减变化，建立“时间‑功率‑效率”动态制氢特性模型；步骤S2、建立远海风电制氢系统容量优化机会约束规划‑信息间隙决策理论模型；步骤S3、采用基于随机模拟的粒子群算法求解远海风电制氢系统容量优化机会约束规划‑信息间隙决策理论模型，给出远海风电制氢系统容量优化规划方案。2.根据权利要求1所述的动态制氢效率特性下的远海风电制氢系统容量优化方法，其特征在于，在步骤S1之前还需获取规划参数，包括质子交换膜电解槽动态制氢效率参数、时平均风速数据、远海风电制氢系统投资建设单位成本、远海风电场装机容量、集电海缆长度、氢气基础售价、弃风成本、制氢设备更换成本价格平均值和标准差、弃风约束概率、净现值置信水平、储氢罐规格、运输船舶负载储氢罐拖车数量及运输周期时间、净现值偏差系数。3.根据权利要求1所述的动态制氢效率特性下的远海风电制氢系统容量优化方法，其特征在于，步骤S2中，所述远海风电制氢系统容量优化机会约束规划‑信息间隙决策理论模型为下层以项目效益净现值最大化为优化目标、上层以氢价最大不确定度为优化目标的远海风电制氢系统容量优化机会约束规划‑信息间隙决策理论模型，模型中，风电出力、制氢设备更换成本价格、氢气售价为随机变量，弃风概率约束和净现值置信水平为机会约束，采用信息间隙决策理论量化无规律波动的氢价不确定度。4.根据权利要求1所述的动态制氢效率特性下的远海风电制氢系统容量优化方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括以下步骤：步骤S11、质子交换膜电解槽老化模型式(1)中，eM为质子交换膜t时的厚度；eM0为质子交换膜的初始厚度；FRR为氟化物平均释放速率；ρf为质子交换膜中氟化物含量占比，ρM为质子交换膜密度；kM为t时质子交换膜电导率；k0为t＝0时的质子交换膜电导率；λ是质子交换膜的水分含量；T为电解槽工作温度；步骤S12、推导动态电流效率电流效率εI计算为式(2)中，I为电解电流；Iloss为电解损失电流；i为电解电流密度；A为质子交换膜横截面积；根据法拉第电解定律及菲克定律，有：2CN113705063A权利要求书2/8页式(3)中，为单位时间内损失氢气的物质的量；F为法拉第常数；式(4)中，JH2loss为从阴极渗透到阳极的氢气的扩散通量；A为质子交换膜的有效面积；为氢气在电解槽内的扩散系数；SH2为氢气的溶解度系数；表示阴极和阳极侧的氢气溶度差；ΔP对应膜两侧的氢气分压差；d为氢气扩散距离，该距离介于质子交换膜的厚度到两极板间的距离，选取为质子交换膜的厚度eM；氢气的扩散系数和溶解系数SH2计算为：‑6‑2602/TDH2＝1.23×10×e(5)式(6)中，ω为质子交换膜的吸水率，计算为：式(7)中，为水的摩尔质量，EW为质子交换膜的摩尔质量；