[發明專利]一種基于微網余電制氫的加氫站設備容量優化配置方法

在審

• 申請號: 202211004110.6
• 申請日: 2022-08-22
• 公開（公告）號: CN115307054A
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 張雪霞;屈柏林;陳維榮
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: F17C5/00
• 分類號: F17C5/00;F17C7/00;F17C13/00;F17C9/00;H02J15/00;H02J3/28;H02J3/38;C25B9/65;C25B1/04;G06F17/15
• 代理公司: 北京中創陽光知識產權代理有限責任公司 11003
• 代理人: 尹振啟

本發明公開一種基于微網余電制氫的加氫站設備容量優化配置方法，研究風電、光伏、小水電機組的出力模型和電解槽、儲氫罐、重整器的制/儲氫模型；提出余電制氫的電力調度策略從而將分布式可再生機組的余電輸送到加氫站供電解槽制綠氫和綠氫先行的氫氣調度策略優先使用電解槽消納微網余電制取的綠氫滿足氫負荷，不足的部分由重整器制藍氫補充。考慮加氫站全生命周期總凈現值成本最低的目標，建立加氫站制/儲氫設備容量優化配置模型，并運用改進后的粒子群算法求解。本發明解決微網“棄風”、“棄光”、“棄水”現象和園區加氫站氫負荷需求，降低了含加氫站建設的余電異地制氫全生命周期成本，具備大規模余電制氫的能力。

技術領域

本發明屬于氫能技術領域，特別是涉及一種基于微網余電制氫的加氫站設備容量優化配置方法。

背景技術

氫能是一種來源豐富、清潔低碳、應用廣泛的二次能源，正逐步成為全球能源轉型發展的重要載體之一。為促進氫能產業高質量發展，現階段我國可再生能源裝機量已位居全球第一，在綠氫供給上具有巨大潛力，探索建立氫能產供儲銷體系已迫在眉睫。然而，由于微網分布式可再生機組出力的間歇性和不確定性，如風速、太陽輻射晝夜波動，豐水期、枯水期季節性波動，且電力系統自身的調峰能力有限，目前“棄風”、“棄光”、“棄水”現象嚴重，造成了能源和財政的浪費，阻礙了新能源的發展。因此，可通過配置一定容量的氫儲能裝置配合電網調峰，利用其能量密度高、快速功率調節等優勢，起到可移動負荷的作用，實現分布式可再生機組余電的充分利用，保障微網的安全穩定與經濟運行。然而，該方案受到可再生能源和氫需求之間內在時空不平衡的挑戰，已有文獻中的技術通常采用季節性儲存和區域間氫氣供應鏈來消除這種不平衡，但遠距離氫氣運輸成本高昂，經濟性不佳。

為解決成本高昂的問題，近年來，國內外針對余電制氫多能互補微網系統運行聯合調度和容量優化配置都有初步研究。但是，已有的余電制氫綜合系統研究主要存在以下問題：一是并未同時考慮電、氫負荷的需求，即沒有考慮配置其他的制氫設備補充氫負荷缺額，而是單純將氫氣作為一種儲能方式來耦合電網調峰；二是目前更多是以分布式可再生機組余電就地制氫為主，但由于氫氣的運輸成本在其售價中占比較大，且長途運輸存在一定的風險和損耗，因此含加氫站建設的余電異地制氫全生命周期成本、靈敏性分析尚不完善，并不具備未來大規模余電制氫的能力。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出了一種基于微網余電制氫的加氫站設備容量優化配置方法，解決微網“棄風”、“棄光”、“棄水”現象和園區加氫站氫負荷需求，考慮在加氫站配置一定容量的電解槽制氫消納微網余電，將其存儲在儲氫罐中，同時配置一定容量的重整器制氫補充綠氫不滿足氫負荷的缺額，降低了含加氫站建設的余電異地制氫全生命周期成本，具備大規模余電制氫的能力。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：一種基于微網余電制氫的加氫站設備容量優化配置方法，包括步驟：

S10,構建風電機組、光伏機組和水電機組的出力模型，獲取風電、光伏、小水電機組輸出功率；

S20,根據所述風電、光伏、小水電機組輸出功率之和與本地電負荷比較建立余電制氫的電力調度策略，將分布式可再生機組的余電輸送到加氫站供電解槽制綠氫，并計算獲得各種工況下的電解槽輸入功率；

S30,根據電解槽輸入功率，利用電解槽模型計算電解槽制氫速率；和儲氫罐模型計算獲得儲氫罐儲氫量范圍；

S40,根據儲氫氣量和本地氫負荷與儲氫罐儲氫量范圍比較建立綠氫先行的氫氣調度策略，使用電解槽消納微網余電制取的綠氫滿足氫負荷，不足的部分由重整器制藍氫補充，并獲得重整器制氫速率和儲氫罐氫氣輸出速率；

S50,基于重整器制氫速率和儲氫罐氫氣輸出速率，計算儲氫量；并代入重整器制氫模型獲得重整器消耗燃料速率；

S60，根據加氫站全生命周期總凈現值成本最低的目標和功率平衡、制氫速率、儲氫狀態約束，建立加氫站制-儲氫設備容量優化配置模型，并運用改進后的粒子群算法求解，完成容量優化配置。