[发明专利]一种风光氢综合能源系统容量配置方法

说明书

本发明公开了一种风光氢综合能源系统容量配置方法，综合考虑风光氢综合能源系统投资成本、年度运行成本和因设备折旧而更换设备的成本，以系统全生命周期下的成本净现值最小化为优化目标，系统年度运行成本包括从电网购电成本、设备操作成本和电解储氢过程中氢气压缩的成本，对风光氢综合能源系统实施了设计及运行集成优化，更有利于提升风光氢综合能源系统的使用效率，减少风光氢综合能源系统的成本。

技术领域

本发明涉及一种风光氢综合能源系统容量配置方法。

背景技术

基于风光制氢和燃料电池热电联供的风光氢综合能源系统是消纳富余可再生能源、减少弃风弃光的有效途径。实施系统设计及运行集成优化，对提高综合能源利用率、降低系统经济成本具有重要意义。目前的风光氢综合能源系统容量配置方法大多针对某种特定应用场景，选取风光氢综合能源系统中的几个子系统的组合开展集成优化研究，未考虑系统运行的季节特性及对容量配置方案的影响，尚无完整风光氢综合能源系统的设计与运行集成优化。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种风光氢综合能源系统容量配置方法，对风光氢综合能源系统实施了设计及运行集成优化，更有利于提升风光氢综合能源系统的使用效率，减少风光氢综合能源系统的成本。

实现上述目的的技术方案是：一种风光氢综合能源系统容量配置方法，所述风光氢综合能源系统至少包括光伏发电系统、风力发电系统、电解槽、储氢罐、燃料电池和电热锅炉，其特征在于，所述容量配置方法包括以下步骤：

S1，输入风光氢综合能源系统热、电逐时负荷以及风光氢综合能源系统各设备的经济参数和技术参数；

S2、构建风光氢综合能源系统容量配置的数学模型，考虑的约束条件包括：风设备特性方程、质量平衡方程、功率特性约束、弃电率约束和设计约束；

S3、以风光氢综合能源系统全生命周期下的成本净现值最小化为优化目标，对风光氢综合能源系统各设备的容量进行优选；

S4、输出风力发电系统、光伏发电系统、电解槽、储氢罐、燃料电池和电热锅炉的最优容量，得到风光氢综合能源系统各设备的最优容量配置。

上述的一种风光氢综合能源系统容量配置方法，步骤S2中，综合考虑风光氢综合能源系统的投资成本、年度运行成本和因设备折旧而更换设备的成本，构建的风光氢综合能源系统容量配置的数学模型为风光氢综合能源系统全生命周期下的成本净现值；风光氢综合能源系统的年度运行成本包括从电网购电成本、设备操作成本和电解储氢过程中氢气压缩的成本；成本净现值NPV的具体表达式为：

式(1)和式(2)中，下标q代表风光氢综合能源系统中的各设备；W_q代表设备q的额定容量；C_inv,q代表设备q的单位投资成本；C_opt,q代表设备q的单位运行成本；P_buy,t代表第t时刻下的从电网购电的功率；C_buy,t代表第t时刻下的从电网购电的价格；Δt为运行调度的单位时间间隔；C_comp为将每摩尔氢气压缩至所需压力的平均费用；P_ELE,t为第t时刻下电解槽的实际输出功率；η_E,H为将电解过程中电量和氢气量的转换系数，单位为kWh/kg；CRF_l,i为当设备寿命为l，折现率为i时的投资回收系数；为将第n年设备q的替换成本，不需要更换设备时

上述的一种风光氢综合能源系统容量配置方法，步骤S2中，所述设备特性方程包括风力发电系统的设备特性方程和光伏发电系统的设备特性方程，其中：

风力发电系统的功率输出特性P_WT由风机额定功率W_WT和风速v共同决定，风力发电系统的设备特性方程的表达式为：