[發明專利]具備熱平衡保持能力的氫儲能系統及優化方法

有效

• 申請號: 202110837981.5
• 申請日: 2021-07-23
• 公開（公告）號: CN113629881B
• 公開（公告）日: 2023-10-10
• 發明（設計）人: 司楊;梅生偉;陳來軍;高夢宇;麻林瑞
• 申請（專利權）人: 青海大學
• 主分類號: H02J15/00
• 分類號: H02J15/00;H01M8/04082;H01M8/0656;H01M8/22;H02J3/28;G06Q10/04;G06Q50/06
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 周志斌

1.一種具備熱平衡保持能力的氫儲能系統，其特征在于，包括：能量管理單元、電解槽、燃料電池和熱能循環回路；

所述能量管理單元的輸出端與所述電解槽連接；

所述電解槽與所述燃料電池連接；

所述燃料電池與所述能量管理單元的輸入端連接；

所述熱能循環回路分別與所述電解槽和所述燃料電池連接；

其中，所述電解槽將所述能量管理單元輸送的電能轉化為氫能；

所述燃料電池將氫能轉化為電能，并通過所述能量管理單元實現向電負荷供電；

所述熱能循環回路用于實現熱能在所述電解槽和所述燃料電池之間的循環傳遞。

2.根據權利要求1所述的一種具備熱平衡保持能力的氫儲能系統，其特征在于，還包括：儲氫罐和儲氧罐；

所述儲氫罐的輸入端與所述電解槽連接，所述儲氫罐的輸出端與所述燃料電池連接；

所述儲氧罐的輸入端與所述電解槽連接，所述儲氧罐的輸出端與所述燃料電池連接。

3.根據權利要求1所述的一種具備熱平衡保持能力的氫儲能系統，其特征在于，還包括：供水通路，所述供水通路分別與所述電解槽的輸入端和所述燃料電池的輸出端連接，用于將所述燃料電池形成的水輸送至所述電解槽。

4.根據權利要求3所述的一種具備熱平衡保持能力的氫儲能系統，其特征在于，所述供水通路與所述熱能循環回路耦合，用于通過所述熱能循環回路內的熱能對所述供水通路內的水進行預熱。

5.根據權利要求1所述的一種具備熱平衡保持能力的氫儲能系統，其特征在于，還包括：換熱器和儲熱罐；

所述換熱器與所述熱能循環回路耦合；

所述儲熱罐與所述換熱器連接，用于通過所述換熱器實現對所述熱能循環回路內熱能的存儲。

6.一種上述權利要求1至5任一所述的具備熱平衡保持能力的氫儲能系統的優化方法，其特征在于，包括：

獲取電解槽的目標電功率和電解槽投資系數，并構建電解槽成本函數；

獲取燃料電池的目標電功率和燃料電池投資系數，并構建燃料電池成本函數；

獲取氫儲能的目標容量和氫儲能投資系數，并構建氫儲能成本函數；

根據所述電解槽成本函數、所述燃料電池成本函數和所述氫儲能成本函數構建總成本目標函數；

對所述總成本目標函數添加約束條件，并根據所述約束條件對所述總成本目標函數進行計算，獲得對應的最小投資成本。

7.根據權利要求6所述的一種具備熱平衡保持能力的氫儲能系統的優化方法，其特征在于，所述獲取電解槽的目標電功率和電解槽投資系數，并構建電解槽成本函數的步驟中，具體包括：

獲取t時刻電解槽產生的熱功率、電解槽的產氫速率、氫能的高熱值和電解槽效率，并計算出t時刻電解槽消耗的電功率；

重復上述步驟，將計算出電解槽消耗的最大電功率作為電解槽的目標電功率。

8.根據權利要求7所述的一種具備熱平衡保持能力的氫儲能系統的優化方法，其特征在于，所述獲取燃料電池的目標電功率和燃料電池投資系數，并構建燃料電池成本函數的步驟中，具體包括：

獲取t時刻燃料電池產生的熱功率、燃料電池的耗氫速率、氫能的高熱值和燃料電池效率，并計算出t時刻燃料電池產生的電功率；

重復上述步驟，將計算出燃料電池產生的最大電功率作為燃料電池的目標電功率。

9.根據權利要求8所述的一種具備熱平衡保持能力的氫儲能系統的優化方法，其特征在于，所述獲取氫儲能的目標容量和氫儲能投資系數，并構建氫儲能成本函數的步驟中，具體包括

獲取t-1時刻的氫容量，并根據t時刻電解槽產生的電功率、電解槽效率、燃料電池產生的電功率和燃料電池效率計算t時刻的氫容量；

重復上述步驟，將計算出的最大氫容量作為氫儲能的目標容量。

10.根據權利要求6至9任一所述的一種具備熱平衡保持能力的氫儲能系統的優化方法，其特征在于，所述對所述總成本目標函數添加約束條件，并根據所述約束條件對所述總成本目標函數進行計算，獲得對應的最小投資成本的步驟中，具體包括：

獲取電解槽產生的熱功率、燃料電池生產的熱功率、氫儲能系統消耗的熱功率、供給熱負荷的熱功率和換熱器的效率，并構建熱功率交換約束；

獲取能量管理單元的實際輸入功率和目標功率，并根據電解槽的目標電功率和燃料電池的目標電功率構建電功率平衡約束；

獲取能量管理單元輸入的調度曲線跟蹤偏差率，并根據能量管理單元的實際輸入功率和能量管理單元的目標功率構建調度曲線跟蹤偏差約束；

根據所述熱功率交換約束、所述電功率平衡約束和所述調度曲線跟蹤偏差約束構建所述約束條件。