[發明專利]基于氫的近零碳排放綜合能源系統及其運行優化方法

在審

• 申請號: 202210181359.8
• 申請日: 2022-02-25
• 公開（公告）號: CN114583725A
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 孫波;張月;張承慧;李浩然;陳晶
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H02J3/28
• 分類號: H02J3/28;H02J3/38;H01M8/04007
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 黃海麗

1.基于氫的近零碳排放綜合能源系統，其特征是，包括：光伏發電機組、風力發電機組、電解槽、儲氫罐、燃料電池、熱泵、吸收式制冷機和儲熱裝置；

所述光伏發電機組和風力發電機組，負責供給電負荷；當電力過剩時，過剩的電負荷向電解槽輸入直流電進行電解水來制取氫氣，并將氫氣儲存到儲氫罐中；當電力不足時，儲氫罐為燃料電池提供氫氣，燃料電池產生電力，滿足電負荷需求；

儲熱裝置為電解槽提供熱量；電解槽制取的氫氣在壓縮過程中釋放熱量，儲熱裝置將壓縮氫氣釋放的熱量回收存儲；燃料電池產生電力的過程中釋放熱量，儲熱裝置將產生電力釋放的熱量回收存儲；

吸收式制冷機從儲熱裝置中吸收熱能進行制冷操作；

熱泵從光伏發電機組和風力發電機組中獲取電量，產生熱能或冷能。

2.基于氫的近零碳排放綜合能源系統的運行優化方法，其特征是，包括：

獲取天氣數據、負荷數據、設備參數和能源成本數據；

獲取每個小時的能流需求；

構建基于氫的近零碳排放綜合能源系統的數學模型；所述基于氫的近零碳排放綜合能源系統的數學模型，包括：電解槽數學模型、燃料電池數學模型、吸收式制冷機數學模型、熱泵數學模型；

構建目標函數和約束條件；對目標函數進行求解，得到各個設備的輸入值和輸出值。

3.如權利要求2所述的基于氫的近零碳排放綜合能源系統的運行優化方法，其特征是，電解槽數學模型，具體是指：

電解槽的產氫率與電流有關：

其中，為電解槽產氫率；I_cell為電解槽的電流；P為電解槽壓強；

電解槽的溫度與供熱能流以及電解槽輸入功率相關：

T_elz＝T_elz(Q_elz,P_elz)；

其中，T_elz表示電解槽工作溫度，Q_elz表示儲熱裝置向電解槽輸送的熱量；P_elz表示電解槽的輸入功率；

電解槽效率：

式中，η_E為電解槽效率；HHV of H₂表示氫氣的高熱值；C_E為電解槽能耗；

電解槽中進行反應，該反應需要電能熱能的共同作用：

H₂O→H₂(g)+1/2O₂(g)。

4.如權利要求2所述的基于氫的近零碳排放綜合能源系統的運行優化方法，其特征是，燃料電池數學模型，具體是指：

發熱量Q_fc：

Q_fc＝η_heP_fc

其中，Q_fc為燃料電池的發熱功率；η_he為燃料電池熱-功率比；

吸收式制冷機數學模型，具體是指：

制冷量Q_c,ac：

Q_c,ac＝COP_acQ_h,ac

其中，COP_ac為吸收式制冷機的效率；Q_h,ac為吸收式制冷機進熱量；

熱泵數學模型，具體是指：

制熱量Q_h,hp：

Q_h,hp＝COP_h,hpP_hp；

制冷量Q_c,hp：

Q_c,hp＝COP_c,hpP_hp；

其中，COP_c,hp為熱泵冷卻效率，COP_h,hp為熱泵加熱效率；P_hp為熱泵電能輸入。