[發明專利]獨立式光伏燃料電池電熱聯供能源系統容量配置方法

有效

• 申請號: 201210469193.6
• 申請日: 2012-11-19
• 公開（公告）號: CN102983618A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 李春華;劉維亭;王玉龍;伍雪冬;杜昭平
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: H02J7/35
• 分類號: H02J7/35;H01M8/04;F24D15/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

1.一種獨立式光伏燃料電池電熱聯供能源系統容量配置方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)設定光伏組件數量的最小值N的初始值為0；

2）確定氫罐容量；

3）確定光伏組件數量的最小值N＝N+1；

4）以系統當地的負載和氣候條件數據為依據，使用系統模型，基于當前光伏陣列數量和氫罐容量的條件下，確定一組系統的容量配置，配置方法如下，

燃料電池的額定功率至少應為：

S_fc=P_lmax/E_converter

式中S_fc為燃料電池的額定功率；P_1max為負載的最大額定功率；E_converter為功率變換器的效率；

電解池的額定功率為：

S_elec=max(V(t))

V(t)=min(v₁(t)，v₂(t))

v₁(t)>0，t∈[1,8760]

式中：S_elec為電解池的額定功率；v₁(t)為第t小時能夠轉換為氫能的光伏電能；v₂(t)為第t小時氫氣罐可用于存儲的能源容量；

逆變器的額定功率為最大負載功率的1.25倍；儲熱罐的設定溫度為70度，其容量可滿足全年之中一天的最大熱需求；

5）判斷步驟4）確定的系統的容量是否滿足負載全年的需求；如果不滿足回到步驟3）；如果滿足則進入步驟6）；

6）輸出系統最小容量配置方案；

7）定義相應的評價指標，計算該系統配置的購置成本和系統效率以便進行量化分析，評價系統的經濟和技術性能；

Csys=Σcomp(Ccomp×Scomp)]]>

Esystem=UPV×EPV+UFC×FFC+UThermal×EThermalUTotal]]>

C_sys為系統的購置成本；C_comp為元件的購置成本；S_comp為元件容量；E_system為光伏電能的系統使用效率，U_PV為由光伏陣列提供給負載的電能，U_FC為由燃料電池提供給負載的電能，U_Thermal為燃料電池提供給用戶的熱能，U_Total為光伏陣列生產的電能總量；

E_PV為由光伏陣列向負載供電時的電能使用效率，在此E_PV即為功率變換器的效率E_converter；

E_FC為通過電解池和燃料電池來滿足負載用電需求的光伏電能的循環使用效率，在此E_FC為：

E_FC=E_Elec×E_fc×E_help

Efc=PLPH2=IfcVfc0.5IfcNfcCΔh]]>

EElec=ηI×ηV=ηI×1.48Velec×100%]]>

式中：E_fc為燃料電池將氫能轉換為電能的效率；C是氫能消耗速率與電堆電流之間的傳遞系數為0.6267mg/(A?min)；Δh是氫生成焓的高熱值為285.84kJ/mol；E_Elec為電解池將電能轉化為氫能的效率；η_I為PEMWE的電流效率；η_V為PEMWE的電壓效率；E_help為氫能系統中所有輔助元件的整體效率；

E_Thermal為通過燃料電池來滿足負載用熱需求的光伏電能的循環使用效率：

EThermal=EElec×PWaterPH2×Ehelp=EElec×mH2OcH2OΔT0.5IfcNfcCΔh×Ehelp]]>

式中：m_H2O是熱水流速，單位為kg/s；C_H2O為水的比熱，單位為kJ/(kgK)；ΔT是熱交換器出口和入口的熱水溫差，單位為K；

8）輸出該系統配置及其性能指標。

2.如權利要求1所述的獨立式光伏燃料電池電熱聯供能源系統容量配置方法，其特征在于，所述步驟2）中的氫罐容量以日電熱能源需求量為單位，確定氫罐容量為M，M取值范圍為1～365，分別計算M不同取值時，即氫罐容量可滿足1年中不同天數時的系統配置及其性能指標。