[發明專利]考慮多運行模式儲氫罐的電制氫/甲烷系統優化調度方法

在審

• 申請號: 202010520824.7
• 申請日: 2020-06-09
• 公開（公告）號: CN111898795A
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 顧偉;潘光勝;陸于平;邱海峰;陸帥;姚帥
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q10/06;G06Q50/06
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 許小莉

本發明公開了一種考慮多運行模式儲氫罐的電制氫/甲烷系統優化調度方法，其中多運行模式儲氫罐模型具體包含三種模式，不同模式下電解槽和甲烷化反應器運行約束不同。考慮模型中存在非線性約束，進一步將模型線性化，可直接用于電制氫/甲烷系統優化調度中。結果表明，本方法充分考慮電制氫/甲烷系統實際運行工況，有利于電制氫/甲烷系統在實際中的應用。

技術領域

本發明屬于綜合能源系統應用領域，具體來說是一種考慮多運行模式儲氫罐的電制氫/甲烷系統優化調度方法。

背景技術

電制氫/甲烷系統可將電能轉化為氫能進而再合成甲烷，在促進可再生能源開發利用和改善生存環境等方面作用顯著。由于電解槽盡可能在電力市場中的電價較低時將電能轉化為氫能，因此其輸出特性受電力市場的影響而波動。相比電解槽分鐘級內的動態特性，甲烷反應器的動態特性在小時級，因此不能像電解槽一樣基于市場信息頻繁地啟停。儲氫罐可以實現電制氫過程和氫制甲烷過程的解耦。如果儲氫罐的容量足夠大，可在存儲足夠氫之后讓甲烷反應器開始工作，增加其連續運行時間。但是，儲氫罐的投資成本很高，在一個系統中配置的容量不可能無限大。因此，如何在有限的儲氫罐存儲容量下，盡可能多的提升甲烷反應器的連續運行時間，具有重要的現實意義。從另一個角度來看，當儲氫罐中存儲的氫氣不足時，應強迫電解槽開始進行工作，來滿足正常的氫能供應。

發明內容

發明目的：為解決現有技術的不足，本發明從實用性角度出發，提供一種考慮多運行模式儲氫罐的電制氫/甲烷系統優化調度方法。

技術方案：為實現上述發明目的，本發明采用以下技術方案：

該方法基于如下多運行模式儲氫罐的電制氫/甲烷系統：包括電解槽、儲氫罐和甲烷反應器，其中，電解槽用于將電能轉化為氫能，儲氫罐用于存儲氫能，甲烷反應器用于將氫能轉化為甲烷，將儲氫罐分為三種工作模式，在儲氫罐的不同工作模式下約束電解槽和甲烷反應器的啟停狀態和工作狀態，在保證電制氫/甲烷系統正常工作的前提下，最大化甲烷反應器工作時長，具體包括以下步驟：

(1)建立儲氫罐分為三種工作模式的非線性模型；

(2)對步驟(1)中建立的非線性模型線性化；

(3)電解槽和甲烷反應器建模；

(4)優化調度模型。

所述的一種考慮多運行模式儲氫罐的電制氫/甲烷系統優化調度方法，步驟(1)中所述儲氫罐分為三種工作模式為如下三種模式：

模式1：儲氫罐存儲容量占額定容量0.2及以下，此時電解槽必須處于工作狀態，而甲烷反應器不能從停機狀態變為啟動狀態；

模式2：儲氫罐存儲容量占額定容量0.2-0.6之間，此時電解槽處于工作狀態或者停機狀態，甲烷反應器不能從停機狀態變為啟動狀態；

模式3：儲氫罐的存儲容量占額定容量0.6及以上，此時電解槽處于工作狀態或者停機狀態，而甲烷反應器可以選擇性地從停機狀態變為啟動狀態。

所述的一種考慮多運行模式儲氫罐的電制氫/甲烷系統優化調度方法，步驟(1)中所述建立儲氫罐分為三種工作模式的非線性模型的具體方法為：

儲氫罐存儲容量約束為：

其中，表示儲氫罐在第t時段的存儲容量，表示電解槽在第t時段的制氫流量，等于儲氫罐在第t時段的充氫流量，表示甲烷反應器在第t時段的用氫流量，等于儲氫罐在第t時段的放氫流量；

儲氫罐充/放氫約束為：