[發明專利]摻氫天然氣綜合能源系統制氫儲氫裝置優化容量配置方法

有效

• 申請號: 202011446544.2
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112736939B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 李秋實;洪葉;李子萌;張立東;王小燁;楊彬;張連花;江和和;朱曉奇;夏子軒;陸堅;王崎婧;周蘇洋
• 申請（專利權）人: 國網江蘇省電力有限公司南通供電分公司
• 主分類號: H02J3/28
• 分類號: H02J3/28;H02J15/00;H02J3/00;G06F17/12;G06Q10/04
• 代理公司: 蘇州市港澄專利代理事務所(普通合伙) 32304
• 代理人: 范佳晨

1.摻氫天然氣綜合能源系統制氫儲氫裝置優化容量配置方法，其特征在于，所述制氫儲氫裝置優化容量配置方法包括以下步驟：

步驟(1)：建立所述摻氫天然氣綜合能源系統的設備物理模型；

步驟(2)：在滿足系統基礎安全運行的約束條件基礎上，考慮儲氫設備的跨季節性存儲能力，以系統年運行成本與系統設備投資年值成本之和最低為目標函數，建立所述摻氫天然氣綜合能源系統的制氫/儲氫設備的容量優化模型；

步驟(3)：采用混合整數線性規劃，求解所述制氫/儲氫設備的最佳容量配置；

步驟(4)：通過修改系統模型與目標函數，求解電儲能設備的最佳容量配置；

步驟(5)：利用二分法遍歷的方法，確定在何種價格區間下，摻氫天然氣的加入將優于傳統電儲能設備，實現儲能方式升級；

所述摻氫天然氣綜合能源系統的設備物理模型包括：使用摻氫天然氣的熱電聯產CHP燃氣機組運行模型，摻氫天然氣系統的制氫/儲氫模型，吸附式制冷機、鍋爐能量轉換裝置模型；

步驟(2)中建立所述摻氫天然氣綜合能源系統的制氫/儲氫設備的容量優化模型的過程為：

首先，建立所述目標函數，使所述摻氫天然氣綜合能源系統的年運行維護費用以及新增設備的投資年值成本之和最小，包括以下內容：

(1)計算所述綜合能源系統年運行維護成本：為所述綜合能源系統的一整年總的運行維護成本，為所述綜合能源系統與主電網交互功率造成的成本，包括購電成本與棄風棄光懲罰成本；為所述CHP燃氣機組燃料成本；為所述燃氣鍋爐燃料成本；為可再生能源運維成本，包括光伏運維成本和風電運維成本；為所述制氫/儲氫設備運行維護成本；D_i表示為4個季節的天數；i表示4個季節的典型日，i＝spr,sum,aut,win；分別為所述綜合能源系統在t時刻的購電價格與棄風棄光懲罰價格，根據市場分時電價確定，設為0.1元/kW·h；分別為所述綜合能源系統在t時刻從主電網購買電功率以及向主電網輸送的電功率；c_ng為天然氣銷售價格，設為3.45元/Nm³；ν_ng·CHP(t)為t時刻注入所述CHP燃氣機組的天然氣速率；ν_ng·gb(t)為t時刻注入燃氣鍋爐的天然氣速率；分別為光伏、風電出力的單位運維成本，設為0.01元/kW·h；P_PV(t)、P_WT(t)分別為t時刻光伏、風電出力；為所述制氫/儲氫設備的單位運維成本，設為0.01元/kW·h；與分別為t時刻為所述制氫/儲氫設備的輸入、輸出氫氣速率；

(2)計算新增設備投資成本：C_inv為所述新增設備投資成本；IR為折現率，設為10％；I為所述新增設備的投資生命周期，設為10年；c_ae為電解槽設備的單位容量成本，單位為元/kW，設為2000元/kW；為電解槽設備的配置容量，單位為kW；為所述儲氫設備的單位容量成本，單位為元/Nm³，設為200元/Nm³；為儲氫設備的配置容量，單位為Nm³；

(3)建立目標函數：

其次，建立所述模型約束條件，包括等式約束、不等式約束、混合整數不等式約束；

所述等式約束包括系統母線功率平衡約束、系統設備運行等式約束；

所述系統母線功率平衡約束：L_E、L_H和L_C分別為電負荷功率、熱負荷功率和冷功率負荷，為煙氣母線上輸出功率；

所述系統設備運行等式約束：

所述熱電聯產CHP燃氣機組運行等式約束滿足制氫設備電轉氣過程等式約束儲氫設備運行過程等式約束電制冷機運行等式約束電鍋爐運行等式約束燃氣鍋爐運行等式約束吸收式制冷機運行等式約束

所述不等式約束包括設備功率約束、摻氫天然氣系統約束：

所述設備功率約束包括所述CHP燃氣機組注入燃料速率的限制所述CHP燃氣機組輸出功率限制0≤P_CHP≤1000；所述CHP燃氣機組爬坡功率約束為|P_CHP(t)-P_CHP(t-1)|≤500Δt，P_CHP(t)為當前調度時刻的所述CHP燃氣機組電功率出力，P_CHP(t-1)為上一調度時刻的所述CHP燃氣機組電功率出力，Δt表示調度時間間隔；系統中各個設備自身功率運行上下限限制要求不等式約束為：為電解槽制氫的輸入電功率的上限，是需要求解的決策變量；

所述摻氫天然氣系統約束包括氫氣體積濃度不等式約束0≤ε≤20％；管道流速約束所述儲氫裝置的容量約束為所述儲氫裝置的最大容量，單位為Nm³，是需要求解的決策變量；

所述混合整數不等式約束考慮所述摻氫天然氣綜合能源系統與主電網之間的交互功率約束：X_grid(t)為調度時刻t的售買電狀態，值為1時表示所述摻氫天然氣綜合能源系統向所述主電網購電，值為0時，則表示所述摻氫天然氣綜合能源系統向所述主電網送電；

再次，建立摻氫天然氣綜合能源系統的制氫/儲氫設備的容量優化模型：

最后，根據所述目標函數、所述約束條、所述摻氫天然氣綜合能源系統的制氫/儲氫設備的容量優化模型求解出所述摻氫天然氣綜合能源系統各設備的調度出力，以及所述制氫儲氫裝置的容量設置。