[发明专利]动态制氢效率特性下的远海风电制氢系统容量优化方法

说明书

本发明涉及一种动态制氢效率特性下的远海风电制氢系统容量优化方法。包括：获取规划参数；考虑质子交换膜电解槽由于长时间运行而老化引起的制氢效率衰减变化，建立“时间‑功率‑效率”动态制氢特性模型；建立下层以项目效益净现值最大化为优化目标、上层以氢价最大不确定度为优化目标的远海风电制氢系统容量优化机会约束规划‑信息间隙决策理论模型；采用基于随机模拟的粒子群算法求解远海风电制氢系统容量优化机会约束规划‑信息间隙决策理论模型。本发明通过考虑质子交换膜电解槽老化引起的制氢效率衰减变化、远海风电出力和制氢设备更换成本及市场氢气售价的不确定性，优化远海风电制氢系统容量，提高远海风电制氢项目经济效益评估可信水平。

技术领域

本发明涉及氢储能技术领域，特别涉及一种动态制氢效率特性下的远海风电制氢系统容量优化方法。

背景技术

随着能源危机和环境污染加剧，人们将目光投向了丰富的远海风资源，利用清洁风能发电缓解能源需求、降低碳排放。但是，滞后的电网建设速度无法满足迅速扩张的海上风电电力输送。氢储能技术的发展为远海风电开发提供了新途径。远海风电制氢可以提高风资源利用率，但仍存在经济效益不佳等问题。对远海风电制氢系统容量优化配置能促进远海风资源开发利用。

现有研究虽然考虑了风电出力、制氢设备成本、氢气售价等多个影响因素，但未考虑这些因素的不确定性影响。首先，远海风资源波动性较大，只有充分考虑其不确定性才能准确评估制氢产量；另外，在长达约20-25年的远海风电制氢项目运行周期中，昂贵的制氢设备更换成本将直接影响项目经济效益，但制氢设备更换成本由于技术的发展以及不同厂商的定价策略差异具有较大的不确定性；再者，受市场供需关系影响变化，氢气价格也具有不确定性，但氢价是项目经济效益评估中的关键参数，氢价的变化使得项目效益波动性大大增加。因此，不考虑上述不确定因素可能导致决策偏离或效益恶化。

此外，风电制氢项目评估中，尚没有涉及制氢设备老化因素引起制氢效率衰减特性对氢气产量的影响。研究表明，制氢设备的制氢效率随着运行功率大小变化，形成“功率-效率”制氢特性。而且，随着设备长期运行，设备各个组件发生物理或化学老化：质子交换膜作为电解槽的关键组件，在运行过程中受到自由基攻击而发生化学键断裂，释放出氟化物而膜厚度逐渐减薄，影响电解槽制氢效率。在不同寿命阶段下，电解槽的“功率-效率”制氢特性因组件老化而存在差异：制氢效率随着运行时间增加呈衰减趋势，构成“时间-功率-效率”制氢特性。常数制氢效率与实际生产情况不符，不能准确评估售氢效益；相对于因制氢设备老化而衰减的制氢效率特性，不考虑老化因素的制氢效率在计算上高估了制氢产量，提升售氢收益导致项目收益评估偏于乐观，增加了投资决策风险。因此，在风电制氢项目评估中考虑“时间-功率-效率”制氢特性的影响是必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种动态制氢效率特性下的远海风电制氢系统容量优化方法，考虑制氢设备长时间运行、组件老化引起的制氢效率衰减因素，综合远海风电出力等不确定性，优化远海风电制氢系统容量。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种动态制氢效率特性下的远海风电制氢系统容量优化方法，包括如下步骤：

步骤S1、考虑质子交换膜电解槽由于长时间运行而老化引起的制氢效率衰减变化，建立“时间-功率-效率”动态制氢特性模型；

步骤S2、建立远海风电制氢系统容量优化机会约束规划-信息间隙决策理论模型；

步骤S3、采用基于随机模拟的粒子群算法求解远海风电制氢系统容量优化机会约束规划- 信息间隙决策理论模型，给出远海风电制氢系统容量优化规划方案。

在本发明一实施例中，在步骤S1之前还需获取规划参数，包括质子交换膜电解槽动态制氢效率参数、时平均风速数据、远海风电制氢系统投资建设单位成本、远海风电场装机容量、集电海缆长度、氢气基础售价、弃风成本、制氢设备更换成本价格平均值和标准差、弃风约束概率、净现值置信水平、储氢罐规格、运输船舶负载储氢罐拖车数量及运输周期时间、净现值偏差系数。