[发明专利]独立式光伏燃料电池电热联供能源系统容量配置方法

摘要

本发明公开了一种独立式光伏燃料电池电热联供能源系统容量配置方法，包括以下步骤：设定光伏组件数量的最小值N的初始值为0；确定氢罐容量；确定光伏组件数量的最小值N=N+1；以系统当地的负载和气候条件数据为依据，使用系统模型，基于当前光伏阵列数量和氢罐容量，确定一组系统的容量配置；判断系统的容量是否满足负载全年的需求；输出系统最小容量配置方案；定义相应的评价指标，计算该系统配置的购置成本和系统效率以便进行量化分析，评价系统的经济和技术性能。本发明从系统能源存储元件氢罐容量入手，基于一系列最小容量配置，通过比较不同配置的指标来确定能实现全年能源供需平衡的最佳配置方案。

主权项

一种独立式光伏燃料电池电热联供能源系统容量配置方法，其特征在于，包括以下步骤：1)设定光伏组件数量的最小值N的初始值为0；2）确定氢罐容量；3）确定光伏组件数量的最小值N＝N+1；4）以系统当地的负载和气候条件数据为依据，使用系统模型，基于当前光伏阵列数量和氢罐容量的条件下，确定一组系统的容量配置，配置方法如下，燃料电池的额定功率至少应为：Sfc=Plmax/Econverter式中Sfc为燃料电池的额定功率；P1max为负载的最大额定功率；Econverter为功率变换器的效率；电解池的额定功率为：Selec=max(V(t))V(t)=min(v1(t)，v2(t))v1(t)>0，t∈[1,8760]式中：Selec为电解池的额定功率；v1(t)为第t小时能够转换为氢能的光伏电能；v2(t)为第t小时氢气罐可用于存储的能源容量；逆变器的额定功率为最大负载功率的1.25倍；储热罐的设定温度为70度，其容量可满足全年之中一天的最大热需求；5）判断步骤4）确定的系统的容量是否满足负载全年的需求；如果不满足回到步骤3）；如果满足则进入步骤6）；6）输出系统最小容量配置方案；7）定义相应的评价指标，计算该系统配置的购置成本和系统效率以便进行量化分析，评价系统的经济和技术性能； C sys = Σ comp ( C comp × S comp ) E system = U PV × E PV + U FC × F FC + U Thermal × E Thermal U Total Csys为系统的购置成本；Ccomp为元件的购置成本；Scomp为元件容量；Esystem为光伏电能的系统使用效率，UPV为由光伏阵列提供给负载的电能，UFC为由燃料电池提供给负载的电能，UThermal为燃料电池提供给用户的热能，UTotal为光伏阵列生产的电能总量；EPV为由光伏阵列向负载供电时的电能使用效率，在此EPV即为功率变换器的效率Econverter；EFC为通过电解池和燃料电池来满足负载用电需求的光伏电能的循环使用效率，在此EFC为：EFC=EElec×Efc×Ehelp E fc = P L P H 2 = I fc V fc 0.5 I fc N fc CΔh E Elec = η I × η V = η I × 1.48 V elec × 100 % 式中：Efc为燃料电池将氢能转换为电能的效率；C是氢能消耗速率与电堆电流之间的传递系数为0.6267mg/(A min)；Δh是氢生成焓的高热值为285.84kJ/mol；EElec为电解池将电能转化为氢能的效率；ηI为PEMWE的电流效率；ηV为PEMWE的电压效率；Ehelp为氢能系统中所有辅助元件的整体效率；EThermal为通过燃料电池来满足负载用热需求的光伏电能的循环使用效率： E Thermal = E Elec × P Water P H 2 × E help = E Elec × m H 2 O c H 2 O ΔT 0.5 I fc N fc CΔh × E help 式中：mH2O是热水流速，单位为kg/s；CH2O为水的比热，单位为kJ/(kgK)；ΔT是热交换器出口和入口的热水温差，单位为K；8）输出该系统配置及其性能指标。