[发明专利]基于电转氢的能源系统操作灵活性提升方法

权利要求书

1.一种基于电转氢的能源系统操作灵活性提升方法，其特征是，包括以下步骤：

分析包含电解器和储氢罐的电转氢系统运行情况，推导出电转氢系统的数学模型；

获取热电联产机组模型，并将电转氢系统数学模型、电锅炉模型、储电装置模型和热电联产机组模型结合，得到了综合电、热、氢的系统模型；

根据综合电、热、氢的系统模型，求出最佳调度方案使经济效应最好，实现能源系统操作灵活性提升；

所述分析包含电解器和储氢罐的电转氢系统运行情况，推导出电转氢系统的数学模型包括：

电网络给电解器提供电能p_i,t，其中i代表第i电解器，t代表第t个小时，电能p_i,t通过一个AC/DC变换器以效率η_i,1转换为然后通过碱性电解器的电化学反应，将电能中一部分电能用于生产氢气，另一部分电能被转化为热能用公式表达记为：

把碱性电解器模型分解为热子模型和化学子模型，各个模型详细描述如下：

电化学子模型：

电化学子模型仔细描述了有关能量和的数学公式；根据电化学理论，和可以用公式(2)和(3)表示；

式中i_cell为电解器中电解电池的电流密度，U_cell函数为电池操作电压，U_tn函数为非应激电压，T_i,t为电解器的工作温度；

基于公式(2)和(3)，可以得到和电解电池的工作温度T_i,t三个状态变量之间的关系为：

公式(4)阐述了温度T_i,t可以通过电网络决定和的输出比例；

碱性电解器的可操作区域分割成4个三角形，这4个三角形区域分别用Δ_ABE,Δ_BCE,Δ_CDE,Δ_ADE表示，则操作区域可以表示为：

σ_ABCD＝Δ_ABE∪Δ_BCE∪Δ_CDE∪Δ_ADE (5)

如果碱性电解器在ABE区域里，它满足：

式中，x,y,z为各个坐标值，a是凸优化系数，代表三角形ABE的角落数；

因此，对于j∈σ_ABCD，j代表σ_ABCD的一个区域，N_j代表区域j的角落数，本发明由(6)式推出的(7)式和(8)式来获得电解器中用于产生氢气的能量用于发热的能量和温度T_i,t：

式中，M是一个非常大的正数，δ_j是电解器模型的系数；

热子模型：

热子模型描述了有关电解器和供热网络交换的数学模型；通过控制电解器的热输出q_i,t,i∈εL来决定工作温度T_i,t：

式中，εL是指电解器集合，C_t是热容常数，R_t＝0.164℃/W，η_i,2是电解器把热量转化成温度的效率，是损失到空气中的能量，T_i,t是电解器工作温度，T_a是环境温度；并且公式(9)可以被转化为离散化模型；

工作温度应该满足以下约束：

T_i是电解器允许温度下限，是电解器允许温度上限；

储氢罐的数学模型：

电解器用于产生的氢的能量为

式中，n_i,t是氢气的产量，是生产每千克氢气所需的能量；由(13)式可知对于储氢罐来说，氢气的产量n_i,t主要的调度变量是储氢罐的气压，可以用理想气体定律来计算：

式中，HS是储氢罐集合，ΔPr_i,t是第i个储氢罐在时间t的气压变化，R是理想气体常数，T_i是第i个储氢罐的温度，V_i是第i个储氢罐体积；其他的限制如下：

式中，Pr_i是储氢罐允许的气压下限，是储氢罐允许的气压上限。