[發明專利]一種綜合制氫系統的配置優化方法、裝置和設備

在審

• 申請號: 202310463137.X
• 申請日: 2023-04-26
• 公開（公告）號: CN116362414A
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 艾小猛;朱夢姝;方家琨;姚偉;文勁宇
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q10/0637;G06Q10/0631;G06Q10/067;G06Q50/04
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 尹麗媛

本發明公開了一種綜合制氫系統的配置優化方法、裝置和系統，屬于制氫技術領域，本發明提供的綜合制氫系統的配置優化方法，建立計及光伏出力和生物質含水量不確定性的綜合制氫系統的兩階段配置模型，將其目標函數設置為投資成本和不確定性集對應的最差場景下運行費用的最小化；求解上述兩階段配置模型得到優化配置方案，從而提高配置的魯棒性以保證平穩制氫。本方案能夠在光伏、生物質接入下保證平穩氫氣供應的同時滿足系統碳排放要求，減少系統元件投資。此外，其中的技術參數涉及制氫元件和儲能元件，能夠對影響系統制氫及儲能配置結果的關鍵參數進行靈敏度分析。

技術領域

本發明屬于制氫技術領域，更具體地，涉及一種綜合制氫系統的配置優化方法、裝置和設備。

背景技術

氫能被認為是最具發展潛力的綠色二次能源。為保證煉油過程安全、平穩，無法儲存氫氣，產氫和耗氫量應保持平衡。當前煉油工業中的氫氣主要來源于副產氫、煤和天然氣制氫，每年產生近億噸碳排放。利用可再生能源制氫是降低碳排放的重要手段，但可再生能源波動性大、不確定性強，這與石油石化行業穩定氫氣需求相背離。因此，如何合理配置綜合制氫系統以同時滿足平穩的氫氣需求和減碳要求，值得深入研究。

將不同制氫技術整合是滿足穩定氫氣需求的有效解決方案，耦合可再生能源和化石燃料制氫的綜合制氫系統能夠同時發揮可再生能源制氫和化石燃料制氫的優勢。但是可再生能源不確定性為平穩氫氣供應帶來了巨大挑戰，在綜合制氫系統優化配置模型和算法的研究中考慮可再生能源不確定性的重要性進一步凸顯。

隨機規劃方法和魯棒優化方法是當前在決策過程中考慮風電、光伏特性的主要方法。相比于隨機規劃，魯棒優化采用確定性集合描述風電、光伏不確定性，不受風電、光伏概率密度分布限制。但在配置優化問題中生物質不確定性對配置優化結果影響鮮有涉及，而生物質不確定性會導致綜合制氫系統配置魯棒性差。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種綜合制氫系統的配置優化方法、裝置和設備，其目的在于，建立計及光伏出力和生物質含水量不確定性的綜合制氫系統的兩階段配置模型，將其目標函數設置為投資成本和不確定性集對應的最差場景下運行費用的最小化；求解上述兩階段配置模型得到優化配置方案，從而提高配置的魯棒性以保證平穩制氫，由此解決生物質不確定性會導致綜合制氫系統配置魯棒性差的技術問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種綜合制氫系統的配置優化方法，包括：

S1：獲取綜合制氫系統各元件的技術參數，所述元件包括：光伏電解水裝置、生物質氣化裝置、天然氣重整裝置、儲電裝置、儲氧裝置和儲氣裝置；

S2：構建考慮所述光伏電解水裝置對應的光伏出力和所述生物質氣化裝置對應的生物質含水量的不確定集；

S3：利用所述各元件的技術參數構建綜合制氫系統的兩階段配置模型，其目標函數為一階段目標函數和二階段目標函數之和；所述一階段目標函數為：投資成本最小化；所述二階段目標函數為：所述不確定性集對應的最差場景下運行費用的最小化；

S4：對所述綜合制氫系統的兩階段配置模型進行求解，得到一階段的投資策略和二階段的最差場景及其對應的運行決策；利用所述投資策略和所述最差場景及其運行決策，對所述綜合制氫系統進行配置優化。

在其中一個實施例中，所述一階段的目標函數為：minF^inv，其中的投資成本F^inv為：

其中，z^X為是否安裝元件X的0-1變量，元件X單位容量投資成本，c^X為裝置X的規劃容量，X∈{光伏裝置PV、電解水裝置WE、生物質氣化裝置BG、天然氣重整裝置NGR、儲電裝置ES、儲氧裝置OS、儲氣裝置GS}；κ為成本年折算系數，r為利率，κ＝r(1+r)ⁿ/((1+r)ⁿ-1)，n為投資回收年限。