[发明专利]基于㶲的光伏电解水制氢系统的异质能流同质表征方法

说明书

一种基于的光伏电解水制氢系统的异质能流同质表征的方法。首先，根据系统能量形式，包括光能、电能、氢能、热能等，定性描述其传递关系，得到系统能流图。其次，定量描述系统各设备之间的能量物质转换关系。然后，引入热力学中的概念，描述系统中能量物质的组成，结合物质流向与转化关系，建立系统输入输出关系模型。

技术领域

本发明涉及一种能源系统物质能量流表示方法，具体涉及一种氢能转换系统物质能量流表示方法。

背景技术

能源转换系统是将能量以一种形式转化为另一种形式，氢能转化是指将其他形式的能量转化为氢能。目前有很多转化方式，水煤气法制氢、天然气制氢，电解制氢等，其中可再生能源电解水是最有发展前景的方式。近年来，对综合能源系统研究需求越来越大，提高能源利用效率及能源系统参数改进成为研究者关注的焦点。在这方面提出并分析很多能量转化系统的热力学和经济性。然而，针对系统中不同的能量形式，很难得到一个标准说明能源转换系统的性能。

目前，国内外学者对能源系统物质能量表征做了诸多研究，有人提出能量价值理论，以解决不同物质，不同类型的能量不能比较的问题。还有提出价值工程理论对综合能源系统进行评价。但这些方法都很难反应能源系统中有用能量与系统参数的关系，尤其在氢能利用方面。

发明内容

本发明需要解决的问题是光伏电解水制氢系统优化配置及提升系统效率，提出一种异质能流同质表征方法，解决不同物质、不同类型的能量不可比较的难题，可反映系统设备参数与能量利用之间的关系。

如图2所示，应用本发明光伏电解水制氢系统结构包括：光伏电池板、DC-DC直流变换器及PEM电解槽。光伏电池板连接DC-DC直流变换器，DC-DC直流变换器和PEM电解槽连接，光伏电池板发出的电能经过DC-DC直流变换器后供给PEM电解槽。

为达到上述目的，本发明方法包括以下步骤：

步骤一，定性描述光伏电解水制氢系统能量形式及其传递关系，得到系统能流图；

步骤二，定量描述光伏电解水制氢系统各设备之间的能量物质转换关系；

步骤三，根据热力学原理，引入热力学中的概念，结合物质能量流向与转换关系，建立系统同质表征模型，具体为：

(1)建立光伏电解水制氢系统平衡方程；

(2)建立光伏电解水制氢系统各设备输入与输出关系表达式，光伏电解水制氢系统包括光伏电池板、PEM电解槽和DC-DC直流变换器。

本发明表征方法可以建立系统设备参数与能量流之间的直接联系，为系统设备参数优化、功率配置和提升系统能量利用效率提供参考。

附图说明

图1是本发明异质能流同质表征方法的方框图；

图2是应用本发明的光伏电解水制氢系统结构拓扑图；

图3是系统能流示意图；

图4是系统能流变量表示图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

如图1所示，本发明光伏电解水制氢系统的异质能流同质表征方法步骤如下：

步骤一、定性分析光伏电解水制氢系统能量形式及其传递关系，构建系统能流图，如图3所示：

图3中，设备1为光伏电池板，输入的能量为光能，能量损失为热能。设备2为DC-DC直流变换器，输入的能量为驱动设备2的基本电能，能量损失为热能。设备3为PEM电解槽，输入的能量为驱动设备2的基本电能，能量损失为热能，剩余物质为氢气和氧气，剩余能量为化学能。设备1传递给设备2的部分为电能，设备2传递给设备3的部分为电能。