[发明专利]一种面向海上风电制氢系统的可行性评估方法

权利要求书

1.一种面向海上风电制氢系统的可行性评估方法，所述的海上风电制氢系统包括：海上风电场、海上制氢平台、地下储氢设施、氢运输船，海上风电场的产生电通过海底电缆输送到海上制氢平台；海上制氢平台电解水制取的氢气通过输氢管道输送到地下储氢设施中；地下储氢设施中存储的氢气通过输氢管道输送给氢运输船；氢运输船将氢气运输到岸上；其特征在于：其特征在于：所述的可行性评估方法包括以下步骤：

1)获取数据信息

数据信息包括设备参数、气象参数和经济参数，其中设备参数包括海上风电场、海上制氢平台和地下储氢设施的购置费用、年运维费用、运行寿命、运行参数；气象参数包括拟选址海域的历史风速数据；经济参数包括折现率；

2)基于规划方案，以最大化运行收益为目标，构建海上风电制氢系统的运行模型；

目标函数为：

式中，W表示一个月中周的数量；表示某天从储氢系统中输出的氢气的量；表示出售氢气的价格；

运行约束包括：海上风力发电约束，电解水制氢约束，氢储能约束；

3)在海上风电制氢系统中长期运行模拟框架下，基于海上风电制氢系统的运行模型对系统经济性进行评估；

中长期模拟框架采用序贯蒙特卡洛法；在评估时，通过风速的时序相关性体现系统运行时序性特性，通过随机抽样生成年时序运行场景以进行后序处理。

2.根据权利要求1所述的一种面向海上风电制氢系统的可行性评估方法，其特征在于：在步骤2)中，海上风力发电约束：

风力发电的理论功率是通过以速度v扫过区域A获得的；由于Beta极限，引入修正系数c_p；那么风力涡轮机的最大理论功率为：

式中，ρ表示空气的密度，A是叶片扫过的面积，v是风速，c_p是Beta极限；风力涡轮机实际功率输出和风速之间的关系为：

式中，表示风力涡轮机的集合；表示年份的集合；表示一年内季节的集合；表示一个季节中月份的集合；表示一周内天的集合；表示一天内小时的集合；P_r和v_r分别表示风力涡轮机的额定输出功率和额定风速，P_i,y,s,m,d,h表示风力涡轮机i第y年的第s个季节的第m个月的第d天的第h小时的功率输出；

假设每台涡轮机使用相同的风力功率曲线；不考虑风切变、空气密度变化、尾流效应和其他涡轮机引起的湍流的影响；整个风电场的功率输出表示为：

式中，表示整个风电场的功率输出，N表示风电场中风力涡轮机的数量。

3.根据权利要求2所述的一种面向海上风电制氢系统的可行性评估方法，其特征在于：在步骤2)中，电解水制氢约束

由于风电场是离网的，专门用于制氢，其所需电能全部来自风电场；电解槽可产生氢气的速率如下所示：

式中，E_elec表示电解产生1单位氢气消耗的电能；E_pcl表示净化水、压缩氢气及其他损失所消耗的电能；

电解槽的规模，即额定容量P^elz,max，其额定容量约束如下：

实际上，为了确保高效运行，当输入功率过低时，应关闭电解槽；风电场发电量的下限P^farm,low设置为电解槽额定容量的5％，如式(7)所示：

P^farm,low＝0.05P^elz,max (7)

在选定的氢电解槽的规模下，如果风电场的发电量足够大，电解槽则以其额定容量运行，即：

综合后，电解槽的实际制氢速率如式(9)所示：