[发明专利]基于电转氢的能源系统操作灵活性提升方法

说明书

本发明公开了一种基于电转氢的能源系统操作灵活性提升方法，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。本发明综合调度了电解器、储氢罐、电锅炉、储电装置来大幅度增加热电联产机组的灵活性，从而减少了弃风。

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，具体涉及一种基于电转氢的能源系统操作灵活性提升方法。

背景技术

在热电、风电共同存在的区域内，由于以热定电的规则存在，使得热电联供机组调节方式不灵活，风电机组缺乏可控性，导致大型风电场被削减。所以，找到一种有效方法来增强热电联供机组在操作上的灵活性会对风电的利用产生积极影响。

现在常规使用的方法有利用储热罐、电锅炉和热泵来增加热电联供机组的灵活性，这是一个减少风能损耗的可行的解决方案。也可以采用电转氢的解决方案，在电解水的过程中加入热能回收系统，也能减轻热电联供机组的供热压力。

尽管这些装置都会提升综合能源系统的灵活性，但是含电、热、氢的综合能源系统的操作特性尚未经过彻底研究，增加热源和电转氢系统的综合影响也没有被深入分析。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种基于电转氢的能源系统操作灵活性提升方法，综合调度了电解器、储氢罐、电锅炉、储电装置来大幅度增加热电联产机组的灵活性，从而减少了弃风。

为解决上述技术问题，本发明提供了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：

能源系统包括电转氢系统、电锅炉、储电装置和热电联产机组；

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。

进一步的，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；