[發明專利]動態制氫效率特性下的遠海風電制氫系統容量優化方法

有效

• 申請號: 202110840232.8
• 申請日: 2021-07-23
• 公開（公告）號: CN113705063B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 江岳文;黃偉捷
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G06F30/25
• 分類號: G06F30/25;G06N3/006;H02J3/46;G06F111/04;G06F111/06;G06F111/08;G06F113/06;G06F113/08;G06F119/06;G06F119/12
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 陳明鑫;蔡學俊

本發明涉及一種動態制氫效率特性下的遠海風電制氫系統容量優化方法。包括：獲取規劃參數；考慮質子交換膜電解槽由于長時間運行而老化引起的制氫效率衰減變化，建立“時間?功率?效率”動態制氫特性模型；建立下層以項目效益凈現值最大化為優化目標、上層以氫價最大不確定度為優化目標的遠海風電制氫系統容量優化機會約束規劃?信息間隙決策理論模型；采用基于隨機模擬的粒子群算法求解遠海風電制氫系統容量優化機會約束規劃?信息間隙決策理論模型。本發明通過考慮質子交換膜電解槽老化引起的制氫效率衰減變化、遠海風電出力和制氫設備更換成本及市場氫氣售價的不確定性，優化遠海風電制氫系統容量，提高遠海風電制氫項目經濟效益評估可信水平。

技術領域

本發明涉及氫儲能技術領域，特別涉及一種動態制氫效率特性下的遠海風電制氫系統容量優化方法。

背景技術

隨著能源危機和環境污染加劇，人們將目光投向了豐富的遠海風資源，利用清潔風能發電緩解能源需求、降低碳排放。但是，滯后的電網建設速度無法滿足迅速擴張的海上風電電力輸送。氫儲能技術的發展為遠海風電開發提供了新途徑。遠海風電制氫可以提高風資源利用率，但仍存在經濟效益不佳等問題。對遠海風電制氫系統容量優化配置能促進遠海風資源開發利用。

現有研究雖然考慮了風電出力、制氫設備成本、氫氣售價等多個影響因素，但未考慮這些因素的不確定性影響。首先，遠海風資源波動性較大，只有充分考慮其不確定性才能準確評估制氫產量；另外，在長達約20-25年的遠海風電制氫項目運行周期中，昂貴的制氫設備更換成本將直接影響項目經濟效益，但制氫設備更換成本由于技術的發展以及不同廠商的定價策略差異具有較大的不確定性；再者，受市場供需關系影響變化，氫氣價格也具有不確定性，但氫價是項目經濟效益評估中的關鍵參數，氫價的變化使得項目效益波動性大大增加。因此，不考慮上述不確定因素可能導致決策偏離或效益惡化。

此外，風電制氫項目評估中，尚沒有涉及制氫設備老化因素引起制氫效率衰減特性對氫氣產量的影響。研究表明，制氫設備的制氫效率隨著運行功率大小變化，形成“功率-效率”制氫特性。而且，隨著設備長期運行，設備各個組件發生物理或化學老化：質子交換膜作為電解槽的關鍵組件，在運行過程中受到自由基攻擊而發生化學鍵斷裂，釋放出氟化物而膜厚度逐漸減薄，影響電解槽制氫效率。在不同壽命階段下，電解槽的“功率-效率”制氫特性因組件老化而存在差異：制氫效率隨著運行時間增加呈衰減趨勢，構成“時間-功率-效率”制氫特性。常數制氫效率與實際生產情況不符，不能準確評估售氫效益；相對于因制氫設備老化而衰減的制氫效率特性，不考慮老化因素的制氫效率在計算上高估了制氫產量，提升售氫收益導致項目收益評估偏于樂觀，增加了投資決策風險。因此，在風電制氫項目評估中考慮“時間-功率-效率”制氫特性的影響是必要的。

發明內容

本發明的目的在于提供一種動態制氫效率特性下的遠海風電制氫系統容量優化方法，考慮制氫設備長時間運行、組件老化引起的制氫效率衰減因素，綜合遠海風電出力等不確定性，優化遠海風電制氫系統容量。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：一種動態制氫效率特性下的遠海風電制氫系統容量優化方法，包括如下步驟：

步驟S1、考慮質子交換膜電解槽由于長時間運行而老化引起的制氫效率衰減變化，建立“時間-功率-效率”動態制氫特性模型；

步驟S2、建立遠海風電制氫系統容量優化機會約束規劃-信息間隙決策理論模型；

步驟S3、采用基于隨機模擬的粒子群算法求解遠海風電制氫系統容量優化機會約束規劃-?信息間隙決策理論模型，給出遠海風電制氫系統容量優化規劃方案。

在本發明一實施例中，在步驟S1之前還需獲取規劃參數，包括質子交換膜電解槽動態制氫效率參數、時平均風速數據、遠海風電制氫系統投資建設單位成本、遠海風電場裝機容量、集電海纜長度、氫氣基礎售價、棄風成本、制氫設備更換成本價格平均值和標準差、棄風約束概率、凈現值置信水平、儲氫罐規格、運輸船舶負載儲氫罐拖車數量及運輸周期時間、凈現值偏差系數。