[发明专利]一种计及氢能汽车的氢能综合能源系统容量优化配置方法

说明书

本发明公开了一种计及氢能汽车的氢能综合能源系统容量优化配置方法，包括步骤1：构建以光伏、光热高效产能为主体，以氢能为主要能量转换和存储媒介，且考虑家用氢能汽车作为氢负荷的供能系统架构；步骤2：分析系统中各设备的能量耦合关系和运行特性，建立设备模型；步骤3：了解住宅终端用能形式和家用车辆的出行需求，制定氢能汽车日出行计划；步骤4：建立以等年值投资费用最低为目标函数的容量优化配置模型；步骤5：利用CPLEX求解系统最佳容量配置方案，并以年总投资节约率、可再生能源消纳率作为评价指标考察优化效益。本发明能够实现考虑氢能接入的经过优化的综合能源配置。

技术领域

本发明涉及一种用于综合能源系统领域的计及氢能汽车的氢能综合能源系统容量优化配置方法。

背景技术

在全球气候变化与多重环境压力下，深入开展全行业低碳化，是当下生态文明建设的重要方向。由于建筑能耗大，因此加快其低能耗转型已然是大势所趋。随着低碳意识和可再生能源发电与储能技术的发展，太阳能建筑应运而生，即在建筑屋顶上安装太阳能电池板和太阳能热水器，利用可再生能源为建筑用户供电供热，从而降低一次能源的使用，减少环境污染。然而，受昼夜变化和阴雨天气的影响，太阳能出力的间歇性使其无法保证在任意时刻满足用户的用能需求，因此，有待挖掘一种新型的能量存储及利用技术，突破传统规划打造新型住宅供能系统的合理配置。

在这一背景下，氢气作为一种清洁能源，可将光伏所发的富余电量利用电解槽转换为氢能输入储氢罐中，当太阳能无法出力时利用燃料电池进行能量补充，在建筑中将两者结合利用极具潜力。目前，在住宅供能系统架构的设计方面，现有技术正在朝着可再生能源与氢能高效利用发展，大多数研究中加入了风光产能，同时也有部分研究涉及天然气掺氢和氢燃料电池；在系统容量优化配置方面，国内外针对多区域不同类型建筑能源系统优化配置求解方法进行了探索，其中优化目标多以成本最低为主，少量研究为系统优化配置效果提出评价指标，例如一次能源节约率、年总成本节约率等，求解方法包括多目标遗传算法NSGA-II、粒子群算法、CPLEX 求解器、序列二次规划法、区域收缩法等。

综合现有的研究情况可知，国内外的研究工作已取得了一定的成果，但仍存在以下三个方面的问题。一是供能系统的基本架构：虽然目前建筑内可再生能源的接入已屡见不鲜，但大部分研究得出的系统架构仍离不开天然气网络，且鲜有研究涉及到氢能汽车出行所需氢负荷，如何构建电- 热-氢耦合的100％可再生能源综合供能系统是当下一大难点；二是容量配置的优化方式，目前大量研究者选择将容量配置与运行优化合并为一个多尺度的复杂优化问题，且时间以年为主，增加了系统配置的难度；三是评价指标的类型选择，目前研究者们大多以经济性作为主要评价指标，只有少部分考虑到了供电可靠性、环保效益、能源利用率、安全性等指标。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种计及氢能汽车的氢能综合能源系统容量优化配置方法，能够解决传统能源系统结构中未接入氢能、未考虑氢能汽车出行需求所需氢负荷、容量配置多尺度复杂优化、评价指标单一的技术问题。

实现上述目的的一种技术方案是：一种计及氢能汽车的氢能综合能源系统容量优化配置方法，包括如下步骤：

步骤1：构建以光伏、光热高效产能为主体，以氢能为主要能量转换和存储媒介，且考虑家用氢能汽车作为氢负荷的供能系统架构；

步骤2：分析系统中各设备的能量耦合关系和运行特性，建立设备模型；

步骤3：了解住宅终端用能形式和家用车辆的出行需求，结合概率模型和数据统计制定氢能汽车日出行计划；

步骤4：建立以等年值投资费用最低为目标函数，以设备最大容量、供能可靠性、储能设备充放状态唯一等为约束条件的容量优化配置模型；

步骤5：利用CPLEX求解系统最佳容量配置方案，并以年总投资节约率、可再生能源消纳率作为评价指标考察优化效益。

进一步的，所述步骤1具体包括：