[发明专利]基于氢的近零碳排放综合能源系统及其运行优化方法

说明书

本发明公开了基于氢的近零碳排放综合能源系统及其运行优化方法，光伏和风力发电机组负责供给电负荷；当电力过剩时，过剩电负荷向电解槽输入直流电进行电解水来制取氢气，并将氢气储存到储氢罐中；当电力不足时，储氢罐为燃料电池提供氢气，燃料电池产生电力，满足电负荷需求；储热装置为电解槽提供热量；电解槽制取的氢气在压缩过程中释放热量，储热装置将压缩氢气释放的热量回收存储；燃料电池产生电力的过程中释放热量，储热装置将产生电力释放的热量回收存储；吸收式制冷机从储热装置中吸收热能进行制冷操作；热泵从光伏和风力发电机组中获取电量，产生热能或冷能。具有零碳经济、促进可再生能源消纳、源荷削峰填谷和跨季节储能调度的优点。

技术领域

本发明涉及综合能源技术领域，特别是涉及基于氢的近零碳排放综合能源系统及其运行优化方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提到了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

目前综合能源系统的主要供能原料仍是一次能源化石燃料，在热电联供的过程中排放大量二氧化碳气体，尽管碳捕集、碳交易等一系列措施使得二氧化碳排放量有一定程度地减少，但仍不能从根本解决问题。此外，可再生清洁能源的消纳率是制约能源系统发展的重要问题，“弃风、弃光”现象造成能源浪费的同时相应地增加发电成本，严重影响能源利用率、经济性等指标。

随着能源消耗地加剧，寻找新的能源已经成为当前的一个重要任务。氢作为现今最具有发展潜力的一种能源，来源广泛，几乎不产生污染，转化效率高，用途广泛。氢能作为转型能源中重要的过渡能源，通过氢和电的能源耦合，氢气的“制-储-用”，可实现综合能源系统发电侧和负荷侧的长期平衡。因此，合理优化含氢综合能源系统的运行方法，具有重要的研究意义。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了基于氢的近零碳排放综合能源系统及其运行优化方法；其具有零碳经济、促进可再生能源消纳、源荷削峰填谷和跨季节储能调度的优点。该系统属于近零碳排放综合能源系统。

第一方面，本发明提供了基于氢的近零碳排放综合能源系统；

基于氢的近零碳排放综合能源系统，包括：光伏发电机组、风力发电机组、电解槽、储氢罐、燃料电池、热泵、吸收式制冷机和储热装置；

所述光伏发电机组和风力发电机组，负责供给电负荷；当电力过剩时，过剩的电负荷向电解槽输入直流电进行电解水来制取氢气，并将氢气储存到储氢罐中；当电力不足时，储氢罐为燃料电池提供氢气，燃料电池产生电力，满足电负荷需求；

储热装置为电解槽提供热量；电解槽制取的氢气在压缩过程中释放热量，储热装置将压缩氢气释放的热量回收存储；燃料电池产生电力的过程中释放热量，储热装置将产生电力释放的热量回收存储；

吸收式制冷机从储热装置中吸收热能进行制冷操作；

热泵从光伏发电机组和风力发电机组中获取电量，产生热能或冷能。

第二方面，本发明提供了基于氢的近零碳排放综合能源系统的运行优化方法；

基于氢的近零碳排放综合能源系统的运行优化方法，包括：

获取天气数据、负荷数据、设备参数和能源成本数据；

获取每个小时的能流需求；

构建基于氢的近零碳排放综合能源系统的数学模型；所述基于氢的近零碳排放综合能源系统的数学模型，包括：电解槽数学模型、燃料电池数学模型、吸收式制冷机数学模型、热泵数学模型；

构建目标函数和约束条件；对目标函数进行求解，得到各个设备的输入值和输出值。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：