CN113283099A - 一种风光储氢海水淡化系统的建模方法 - Google Patents

一种风光储氢海水淡化系统的建模方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113283099A
CN113283099A CN202110615127.4A CN202110615127A CN113283099A CN 113283099 A CN113283099 A CN 113283099A CN 202110615127 A CN202110615127 A CN 202110615127A CN 113283099 A CN113283099 A CN 113283099A
Authority
CN
China
Prior art keywords
seawater desalination
wind
follows
hydrogen storage
above formula
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110615127.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113283099B (zh
Inventor
崔岱
葛维春
楚帅
董辉
张诗钽
唐婧怡
刘闯
王爱华
高凯
陈晓东
葛延峰
李铁
姜枫
张艳军
唐俊刺
李欣蔚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
State Grid Corp of China SGCC
State Grid Liaoning Electric Power Co Ltd
Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co Ltd
Northeast Electric Power University
Original Assignee
State Grid Corp of China SGCC
Northeast Dianli University
State Grid Liaoning Electric Power Co Ltd
Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by State Grid Corp of China SGCC, Northeast Dianli University, State Grid Liaoning Electric Power Co Ltd, Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co Ltd filed Critical State Grid Corp of China SGCC
Priority to CN202110615127.4A priority Critical patent/CN113283099B/zh
Publication of CN113283099A publication Critical patent/CN113283099A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113283099B publication Critical patent/CN113283099B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/08—Seawater, e.g. for desalination
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/002—Construction details of the apparatus
    • C02F2201/007—Modular design
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/009—Apparatus with independent power supply, e.g. solar cells, windpower or fuel cells
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
    • G06F2111/04—Constraint-based CAD
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2113/00—Details relating to the application field
    • G06F2113/06—Wind turbines or wind farms
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/124—Water desalination
    • Y02A20/131—Reverse-osmosis

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

本发明公开了一种风光储氢海水淡化系统的建模方法，包括：建立风光储氢海水淡化系统光伏模块、风力涡轮机、储氢系统、储水罐的运行能耗模型；建立风光储氢海水淡化系统中光伏系统、风电系统、燃料电池、电解槽、储氢罐及反渗透海水淡化系统的生命周期成本模型；以风光储氢海水淡化系统总生命周期成本最低为目标函数，结合氢气罐、海水淡化系统运行约束条件，建立运行优化模型。该模型组合多种可再生能源，弥补了单个可再生能源出力间歇性的缺陷，提高供电系统的可靠性，降低海水淡化系统生产淡水成本，提高风光储氢海水淡化系统工作效率及经济效益，具有较高的实际应用价值。

Description

一种风光储氢海水淡化系统的建模方法
技术领域
本发明属于海水淡化工程技术领域，涉及一种风光储氢海水淡化系统的建模方法。
背景技术
淡水资源短缺正在成为世界许多地区日益严重的问题，海水淡化是解决淡水问题的一种重要技术，反渗透海水淡化技术具有建设成本低、能耗低及适应性强等优点，目前在全球占主导地位。传统化石燃料是当前驱动海水淡化系统运行的主要能源，其发电过程会排放的大量温室气体。可再生能源驱动的海水淡化系统相较传统海水淡化系统具有更高的成本效益和可靠性。但可再生能源和海水淡化技术的组合方式会受到海水淡化厂的规模，位置，进水压力等许多参数的影响。寻求可再生能源与海水淡化技术的正确组合，是经济、高效且环境友好地满足电力需求和淡水需求的关键。
可再生能发电具有间歇性和不稳定性的问题，严重影响了海水淡化系统的工作时间和效率，难以实现将海水淡化系统从常规化石燃料向清洁的可再生能源大规模过渡。
发明内容
本发明的目的是提供一种风光储氢海水淡化系统的建模方法，解决了现有技术中存在的可再生能发电影响海水淡化系统的工作时间、效率的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种风光储氢海水淡化系统的建模方法，包括以下步骤：
步骤1、建立风光储氢海水淡化系统光伏模块、风力涡轮机、储氢系统、储水罐的运行能耗模型；
步骤2、建立风光储氢海水淡化系统中光伏系统、风电系统、燃料电池、电解槽、储氢罐及反渗透海水淡化系统的生命周期成本模型；
步骤3、以风光储氢海水淡化系统总生命周期成本最低为目标函数，结合氢气罐、海水淡化系统运行约束条件，建立运行优化模型。
本发明的特点还在于：
步骤1具体包括以下步骤：
步骤1.1、光伏模块在t时刻的发电功率PPV计算公式为：
PPV(t)＝ηPVRtAPV (1)；
上式中，Rt为太阳辐射能量，APV为光伏板表面积，ηPV为光伏板效率，其计算公式如下：
Figure BDA0003097081060000021
上式中，ηr为参考模块效率，ηpc为功率调节模块效率，β为光伏收集器效率温度系数，Tair为在参考条件下的环境温度，Tref为在参考条件下的电池温度，NOCT为标称电池的工作温度；
步骤1.2、t时刻风力涡轮机的发电功率PWT计算公式为：
Figure BDA0003097081060000022
上式中，v(t)是t时刻风速，Vr为风力涡轮机的额定速度，Vci为风力涡轮机的启动速度，Vco为风力涡轮机的截止速度，Pr为风力涡轮机的额定功率，计算过程如下：
Figure BDA0003097081060000031
上式中，AWT为风力涡轮机叶片面积，CP为风力涡轮机动力系数，ρα为空气密度，ηr为减速器的效率，ηWT为风力涡轮机效率；
步骤1.3、储氢系统中储存能量计算公式如下：
Figure BDA0003097081060000032
上式中，HST(t)为t时刻储氢罐中能量，HST(t-1)为t-1时刻储氢罐中能量，ηEle为电解槽效率，EG(t)为t时刻光伏系统和风力发电系统产生的能量，EL(t)为t时刻的负荷能量需求，ηInv为逆变器效率，ηFC为燃料电池效率，PL(t)为t时刻负荷需求功率，PG(t)为t时刻总发电功率由光伏板发电功率PPV和风力涡轮机发电功率PWT组成，计算公式如下：
PG＝PPV+PWT (6)；
步骤1.4、海水反渗透过程每小时生产淡水能耗PDEM计算公式如下：
PDEM＝HWDSDC (7)；
上式中，HWD为每小时淡水需求量，SDC为海水淡化过程平均能耗；
步骤1.5、储水罐容量VWTa计算公式如下：
VWTa＝2DWD (8)；
上式中，DWD为每日总淡水需求量。
步骤1具体包括以下步骤：
步骤2.1、光伏系统的生命周期成本LCCPV计算过程如下：
LCCPV＝CCnpv,PV+MCPV (9)；
上式中，CCnpv,PV为光伏系统资本成本，MCPV为光伏系统的年度运行和维护成本，计算过程如下：
Figure BDA0003097081060000041
MCPV＝CMnt-PVAPV (11)；
上式中，CPV为光伏板系统的单位面积成本，CMnt-PV为光伏系统单位面积的年度运行和维护成本，np为系统寿命，ir为系统资金年利率；
步骤2.2、风电系统的生命周期成本LCCWT计算过程如下：
LCCWT＝CCnpv,WT+MCWT (12)；
上式中，CCnpv,WT风力发电系统的资本成本，MCWT风电系统的运行维护成本，计算过程如下：
Figure BDA0003097081060000042
MCWT＝CMnt-WTAWT (14)；
上式中，CWT为风力涡轮机的单位面积成本，CMnt-WT为风电系统单位面积的年度运行和维护成本；
步骤2.3、燃料电池的寿命周期成本LCCFC计算过程如下：
LCCFC＝CCnpv,FC+MCFC (15)；
上式中，CCnpv,FC为燃料电池资本成本，MCFC为燃料电池的年度运行和维护成本，计算过程如下：
Figure BDA0003097081060000043
MCFC＝NFCCMnt-FC (17)；
上式中，CFC为单个燃料电池成本，k为常数；NFC为燃料电池的数量，CMnt-FC为单个燃料电池的年度运行和维护成本；
步骤2.4、电解槽的寿命周期成本LCCEle计算过程如下：
LCCEle＝CCnpv,Ele+MCEle (18)；
上式中，CCnpv,Ele为电解槽资本成本，MCEle为电解槽的年度运行和维护成本，计算过程如下：
Figure BDA0003097081060000051
MCEle＝NEleCMnt-Ele (20)；
上式中，CEle为单个电解槽成本，NEle为电解槽的数量，CMnt-Ele为单个电解槽的年度运行和维护成本；
步骤2.5、储氢罐的寿命周期成本LCCHT计算过程如下：
LCCHT＝CCnpv,HT (21)；
上式中，CCnpv,HT为储氢罐资本成本，计算过程如下：
Figure BDA0003097081060000052
上式中，CH2为单个储氢罐成本，NH2为储氢罐的数量；
步骤2.6、计算反渗透海水淡化系统生命周期成本LCCROD：
LCCROD＝CCnpv,ROD+MCROD+TCMR+TCCH (23)；
上式中，CCnpv,ROD为海水淡化系统与储水罐资本成本，MCROD为海水淡化系统的年度运行和维护成本，TCMR为渗透膜年更换成本，TCCH为海水淡化系统每年化学处理成本，计算过程如下：
Figure BDA0003097081060000053
MCROD＝CMnt-RODDWD (25)；
TCMR＝CMRCaWDNMe (26)；
TCCH＝CCHDWD (27)；
上式中，CROD为海水淡化系统每天单位面积资本成本，CaWD为海水淡化系统每天淡水容量，CMnt-ROD为海水淡化系统单位体积的年度运行和维护成本，CWTa为储水罐单位容量投资成本和安装成本之和，CMR为单个渗透膜更换成本，NMe为更换渗透膜数量，CCH每立方米水的化学处理成本。
步骤3具体包括以下步骤：
步骤3.1、建立以风光储氢海水淡化系统总生命周期成本最低的目标函数：
Figure BDA0003097081060000061
上式中，CCnpv,m为系统所有组成部分的资本成本，MCm为系统所有组成部分的年度运行和维护成本；
步骤3.2、运行约束条件如下式所示：
Figure BDA0003097081060000062
上式中，HSTmin为氢气罐中储存的最低能量，HSTmax为氢气罐中储存的最低能量，PMD为海水淡化系统的最小负荷功率，PDl为海水淡化系统的额定功率，LPSP*为断电概率的最大值，LPSP为断电概率，计算过程如下：
Figure BDA0003097081060000063
上式中，T为时间段，ELoad(t)为t时刻的负荷电量，LSP(t)为t时刻的缺失电量，计算公式如下：
Figure BDA0003097081060000071
本发明的有益效果是：
本发明一种风光储氢海水淡化系统的建模方法，建立了以风能和太阳能作为电源，以氢气作为储能，结合反渗透海水淡化技术生产淡水的混合能源系统；通过对风光储热海水淡化系统各部分电能消耗与生命周期成本进行数学建模，确定了风光储热海水淡化系统的最优建设规模，找到了成本最低的运行策略；该模型组合多种可再生能源，弥补了单个可再生能源出力间歇性的缺陷，提高供电系统的可靠性，降低海水淡化系统生产淡水成本，提高风光储氢海水淡化系统工作效率及经济效益，具有较高的实际应用价值。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
一种风光储氢海水淡化系统的建模方法，包括以下步骤：
步骤1、建立风光储氢海水淡化系统光伏模块、风力涡轮机、储氢系统、储水罐的运行能耗模型；
步骤1.1、风光储氢海水淡化系统主要由光伏板、风力涡轮机、与储氢系统相连的燃料电池、DC/DC转换器和逆变器组成。光伏模块每小时的输出功率主要取决于太阳辐射水平和太阳能电池的温度。光伏模块在t时刻的发电功率PPV计算公式为：
PPV(t)＝ηPVRtAPV (1)；
上式中，Rt为太阳辐射能量，APV为光伏板表面积，ηPV为光伏板效率，其计算公式如下：
Figure BDA0003097081060000072
上式中，ηr为参考模块效率，ηpc为功率调节模块效率，β为光伏收集器效率温度系数，Tair为在参考条件下的环境温度，Tref为在参考条件下的电池温度，NOCT为标称电池的工作温度；
步骤1.2、风力涡轮机的发电功率与风速有关。当风速超过风力涡轮机启动速度时，风力涡轮机开始发电；当风速超过风力发电机额定速度时，输出功率保持定值；当风速超过风力涡轮机的截止速度时，风力涡轮机停止运行。因此，t时刻风力涡轮机的发电功率PWT计算公式为：
Figure BDA0003097081060000081
上式中，v(t)是t时刻风速，Vr为风力涡轮机的额定速度，Vci为风力涡轮机的启动速度，Vco为风力涡轮机的截止速度，Pr为风力涡轮机的额定功率，计算过程如下：
Figure BDA0003097081060000082
上式中，AWT为风力涡轮机叶片面积，CP为风力涡轮机动力系数，ρα为空气密度，ηr为减速器的效率，ηWT为风力涡轮机效率；
步骤1.3、当可再生能源产生的总电能大于负荷需求，多余的电能将用于操作电解槽并产生氢气。当电力短缺时，储存的氢气通过燃料电池转换成电能。储氢系统中储存能量计算公式如下：
Figure BDA0003097081060000083
上式中，HST(t)为t时刻储氢罐中能量，HST(t-1)为t-1时刻储氢罐中能量，ηEle为电解槽效率，EG(t)为t时刻光伏系统和风力发电系统产生的能量，EL(t)为t时刻的负荷能量需求，ηInv为逆变器效率，ηFC为燃料电池效率，PL(t)为t时刻负荷需求功率，PG(t)为t时刻总发电功率由光伏板发电功率PPV和风力涡轮机发电功率PWT组成，计算公式如下：
PG＝PPV+PWT (6)；
步骤1.4、海水反渗透过程的产水能耗与每小时的水需求量存在比例关系。因此，海水反渗透过程每小时生产淡水能耗PDEM计算公式如下：
PDEM＝HWDSDC (7)；
上式中，HWD为每小时淡水需求量，SDC为海水淡化过程平均能耗；
步骤1.5、海水淡化系统包含一个储水罐，可用于储存多余的淡水，储水箱容量与每日总淡水需求量成正比。储水罐容量一般可保证海水淡化厂两天的供水需求量，因此储水罐容量VWTa计算公式如下：
VWTa＝2DWD (8)；
上式中，DWD为每日总淡水需求量。
步骤2、建立风光储氢海水淡化系统中光伏系统、风电系统、燃料电池、电解槽、储氢罐及反渗透海水淡化系统的生命周期成本模型；
步骤2.1、光伏系统的生命周期成本LCCPV计算过程如下：
LCCPV＝CCnpv,PV+MCPV (9)；
上式中，CCnpv,PV为光伏系统资本成本，MCPV为光伏系统的年度运行和维护成本，计算过程如下：
Figure BDA0003097081060000091
MCPV＝CMnt-PVAPV (11)；
上式中，CPV为光伏板系统的单位面积成本，CMnt-PV为光伏系统单位面积的年度运行和维护成本，np为系统寿命，ir为系统资金年利率；
步骤2.2、风电系统的生命周期成本LCCWT计算过程如下：
LCCWT＝CCnpv,WT+MCWT (12)；
上式中，CCnpv,WT风力发电系统的资本成本，MCWT风电系统的运行维护成本，计算过程如下：
Figure BDA0003097081060000101
MCWT＝CMnt-WTAWT (14)；
上式中，CWT为风力涡轮机的单位面积成本，CMnt-WT为风电系统单位面积的年度运行和维护成本；
步骤2.3、燃料电池的寿命周期成本LCCFC计算过程如下：
LCCFC＝CCnpv,FC+MCFC (15)；
上式中，CCnpv,FC为燃料电池资本成本，MCFC为燃料电池的年度运行和维护成本，计算过程如下：
Figure BDA0003097081060000102
MCFC＝NFCCMnt-FC (17)；
上式中，CFC为单个燃料电池成本，k为常数；NFC为燃料电池的数量，CMnt-FC为单个燃料电池的年度运行和维护成本；
步骤2.4、电解槽的寿命周期成本LCCEle计算过程如下：
LCCEle＝CCnpv,Ele+MCEle (18)；
上式中，CCnpv,Ele为电解槽资本成本，MCEle为电解槽的年度运行和维护成本，计算过程如下：
Figure BDA0003097081060000111
MCEle＝NEleCMnt-Ele (20)；
上式中，CEle为单个电解槽成本，NEle为电解槽的数量，CMnt-Ele为单个电解槽的年度运行和维护成本；
步骤2.5、储氢罐的寿命周期成本LCCHT计算过程如下：
LCCHT＝CCnpv,HT (21)；
上式中，CCnpv,HT为储氢罐资本成本，计算过程如下：
Figure BDA0003097081060000112
上式中，CH2为单个储氢罐成本，NH2为储氢罐的数量；
步骤2.6、反渗透海水淡化系统生命周期成本LCCROD主要包括海水淡化系统与储水罐资本成本，系统维护成本、渗透膜的更换成本和化学处理投资成本，计算反渗透海水淡化系统生命周期成本LCCROD：
LCCROD＝CCnpv,ROD+MCROD+TCMR+TCCH (23)；
上式中，CCnpv,ROD为海水淡化系统与储水罐资本成本，MCROD为海水淡化系统的年度运行和维护成本，TCMR为渗透膜年更换成本，TCCH为海水淡化系统每年化学处理成本，计算过程如下：
Figure BDA0003097081060000113
MCROD＝CMnt-RODDWD (25)；
TCMR＝CMRCaWDNMe (26)；
TCCH＝CCHDWD (27)；
上式中，CROD为海水淡化系统每天单位面积资本成本，CaWD为海水淡化系统每天淡水容量，CMnt-ROD为海水淡化系统单位体积的年度运行和维护成本，CWTa为储水罐单位容量投资成本和安装成本之和，CMR为单个渗透膜更换成本，NMe为更换渗透膜数量，CCH每立方米水的化学处理成本。
步骤3、以风光储氢海水淡化系统总生命周期成本最低为目标函数，结合氢气罐、海水淡化系统运行约束条件，建立运行优化模型；
步骤3.1、建立以风光储氢海水淡化系统总生命周期成本最低的目标函数：
Figure BDA0003097081060000121
上式中，CCnpv,m为系统所有组成部分的资本成本，MCm为系统所有组成部分的年度运行和维护成本；
步骤3.2、为保证风光储氢海水淡化系统稳定运行，该模型应包括控制变量约束、储氢罐能量约束、海水淡化厂运行功率约束与供电损失概率约束，运行约束条件如下式所示：
Figure BDA0003097081060000122
上式中，HSTmin为氢气罐中储存的最低能量，HSTmax为氢气罐中储存的最低能量，PMD为海水淡化系统的最小负荷功率，PDl为海水淡化系统的额定功率，LPSP*为断电概率的最大值，LPSP为断电概率，计算过程如下：
Figure BDA0003097081060000123
上式中，T为时间段，ELoad(t)为t时刻的负荷电量，LSP(t)为t时刻的缺失电量，计算公式如下：
Figure BDA0003097081060000131
求解步骤3的优化模型，可以得到风光储氢海水淡化系统优化后的最优规模与运行模式，该风光储氢海水淡化系统可以降低供电损失，提高系统运行的经济性。
通过以上方式，本发明一种风光储氢海水淡化系统的建模方法，建立了以风能和太阳能作为电源，以氢气作为储能，结合反渗透海水淡化技术生产淡水的混合能源系统。通过对风光储热海水淡化系统各部分电能消耗与生命周期成本进行数学建模，确定了风光储热海水淡化系统的最优建设规模，找到了成本最低的运行策略。该模型组合多种可再生能源，弥补了单个可再生能源出力间歇性的缺陷，提高供电系统的可靠性，降低海水淡化系统生产淡水成本，提高风光储氢海水淡化系统经济效益，具有较高的实际应用价值。

Claims (4)

1.一种风光储氢海水淡化系统的建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、建立风光储氢海水淡化系统光伏模块、风力涡轮机、储氢系统、储水罐的运行能耗模型；
步骤2、建立风光储氢海水淡化系统中光伏系统、风电系统、燃料电池、电解槽、储氢罐及反渗透海水淡化系统的生命周期成本模型；
步骤3、以风光储氢海水淡化系统总生命周期成本最低为目标函数，结合氢气罐、海水淡化系统运行约束条件，建立运行优化模型。
2.根据权利要求1所述的一种风光储氢海水淡化系统的建模方法，其特征在于，步骤1具体包括以下步骤：
步骤1.1、光伏模块在t时刻的发电功率PPV计算公式为：
PPV(t)＝ηPVRtAPV (1)；
上式中，Rt为太阳辐射能量，APV为光伏板表面积，ηPV为光伏板效率，其计算公式如下：
Figure FDA0003097081050000011
上式中，ηr为参考模块效率，ηpc为功率调节模块效率，β为光伏收集器效率温度系数，Tair为在参考条件下的环境温度，Tref为在参考条件下的电池温度，NOCT为标称电池的工作温度；
步骤1.2、t时刻风力涡轮机的发电功率PWT计算公式为：
Figure FDA0003097081050000012
上式中，v(t)是t时刻风速，Vr为风力涡轮机的额定速度，Vci为风力涡轮机的启动速度，Vco为风力涡轮机的截止速度，Pr为风力涡轮机的额定功率，计算过程如下：
Figure FDA0003097081050000021
上式中，AWT为风力涡轮机叶片面积，CP为风力涡轮机动力系数，ρα为空气密度，ηr为减速器的效率，ηWT为风力涡轮机效率；
步骤1.3、储氢系统中储存能量计算公式如下：
Figure FDA0003097081050000022
上式中，HST(t)为t时刻储氢罐中能量，HST(t-1)为t-1时刻储氢罐中能量，ηEle为电解槽效率，EG(t)为t时刻光伏系统和风力发电系统产生的能量，EL(t)为t时刻的负荷能量需求，ηInv为逆变器效率，ηFC为燃料电池效率，PL(t)为t时刻负荷需求功率，PG(t)为t时刻总发电功率由光伏板发电功率PPV和风力涡轮机发电功率PWT组成，计算公式如下：
PG＝PPV+PWT (6)；
步骤1.4、海水反渗透过程每小时生产淡水能耗PDEM计算公式如下：
PDEM＝HWDSDC (7)；
上式中，HWD为每小时淡水需求量，SDC为海水淡化过程平均能耗；
步骤1.5、储水罐容量VWTa计算公式如下：
VWTa＝2DWD (8)；
上式中，DWD为每日总淡水需求量。
3.根据权利要求1所述的一种风光储氢海水淡化系统的建模方法，其特征在于，步骤1具体包括以下步骤：
步骤2.1、光伏系统的生命周期成本LCCPV计算过程如下：
LCCPV＝CCnpv,PV+MCPV (9)；
上式中，CCnpv,PV为光伏系统资本成本，MCPV为光伏系统的年度运行和维护成本，计算过程如下：
Figure FDA0003097081050000031
MCPV＝CMnt-PVAPV (11)；
上式中，CPV为光伏板系统的单位面积成本，CMnt-PV为光伏系统单位面积的年度运行和维护成本，np为系统寿命，ir为系统资金年利率；
步骤2.2、风电系统的生命周期成本LCCWT计算过程如下：
LCCWT＝CCnpv,WT+MCWT (12)；
上式中，CCnpv,WT风力发电系统的资本成本，MCWT风电系统的运行维护成本，计算过程如下：
Figure FDA0003097081050000032
MCWT＝CMnt-WTAWT (14)；
上式中，CWT为风力涡轮机的单位面积成本，CMnt-WT为风电系统单位面积的年度运行和维护成本；
步骤2.3、燃料电池的寿命周期成本LCCFC计算过程如下：
LCCFC＝CCnpv,FC+MCFC (15)；
上式中，CCnpv,FC为燃料电池资本成本，MCFC为燃料电池的年度运行和维护成本，计算过程如下：
Figure FDA0003097081050000033
MCFC＝NFCCMnt-FC (17)；
上式中，CFC为单个燃料电池成本，k为常数；NFC为燃料电池的数量，CMnt-FC为单个燃料电池的年度运行和维护成本；
步骤2.4、电解槽的寿命周期成本LCCEle计算过程如下：
LCCEle＝CCnpv,Ele+MCEle (18)；
上式中，CCnpv,Ele为电解槽资本成本，MCEle为电解槽的年度运行和维护成本，计算过程如下：
Figure FDA0003097081050000041
MCEle＝NEleCMnt-Ele (20)；
上式中，CEle为单个电解槽成本，NEle为电解槽的数量，CMnt-Ele为单个电解槽的年度运行和维护成本；
步骤2.5、储氢罐的寿命周期成本LCCHT计算过程如下：
LCCHT＝CCnpv,HT (21)；
上式中，CCnpv,HT为储氢罐资本成本，计算过程如下：
Figure FDA0003097081050000042
上式中，CH2为单个储氢罐成本，NH2为储氢罐的数量；
步骤2.6、计算反渗透海水淡化系统生命周期成本LCCROD：
LCCROD＝CCnpv,ROD+MCROD+TCMR+TCCH (23)；
上式中，CCnpv,ROD为海水淡化系统与储水罐资本成本，MCROD为海水淡化系统的年度运行和维护成本，TCMR为渗透膜年更换成本，TCCH为海水淡化系统每年化学处理成本，计算过程如下：
Figure FDA0003097081050000051
MCROD＝CMnt-RODDWD (25)；
TCMR＝CMRCaWDNMe (26)；
TCCH＝CCHDWD (27)；
上式中，CROD为海水淡化系统每天单位面积资本成本，CaWD为海水淡化系统每天淡水容量，CMnt-ROD为海水淡化系统单位体积的年度运行和维护成本，CWTa为储水罐单位容量投资成本和安装成本之和，CMR为单个渗透膜更换成本，NMe为更换渗透膜数量，CCH每立方米水的化学处理成本。
4.根据权利要求1所述的一种风光储氢海水淡化系统的建模方法，其特征在于，步骤3具体包括以下步骤：
步骤3.1、建立以风光储氢海水淡化系统总生命周期成本最低的目标函数：
Figure FDA0003097081050000052
上式中，CCnpv,m为系统所有组成部分的资本成本，MCm为系统所有组成部分的年度运行和维护成本；
步骤3.2、运行约束条件如下式所示：
Figure FDA0003097081050000053
上式中，HSTmin为氢气罐中储存的最低能量，HSTmax为氢气罐中储存的最低能量，PMD为海水淡化系统的最小负荷功率，PDl为海水淡化系统的额定功率，LPSP*为断电概率的最大值，LPSP为断电概率，计算过程如下：
Figure FDA0003097081050000061
上式中，T为时间段，ELoad(t)为t时刻的负荷电量，LSP(t)为t时刻的缺失电量，计算公式如下：
Figure FDA0003097081050000062
CN202110615127.4A 2021-06-02 2021-06-02 一种风光储氢海水淡化系统的建模方法 Active CN113283099B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110615127.4A CN113283099B (zh) 2021-06-02 2021-06-02 一种风光储氢海水淡化系统的建模方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110615127.4A CN113283099B (zh) 2021-06-02 2021-06-02 一种风光储氢海水淡化系统的建模方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113283099A true CN113283099A (zh) 2021-08-20
CN113283099B CN113283099B (zh) 2024-08-16

Family

ID=77283269

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110615127.4A Active CN113283099B (zh) 2021-06-02 2021-06-02 一种风光储氢海水淡化系统的建模方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113283099B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113903958A (zh) * 2021-09-30 2022-01-07 国网上海市电力公司 一种风光制氢燃料电池集成装置的仿真方法
CN114031154A (zh) * 2021-11-19 2022-02-11 东北电力大学 一种利用海水淡化技术的海上风电送出方法
CN114123264A (zh) * 2021-11-25 2022-03-01 东北电力大学 一种利用沙漠光伏进行电解制氢的方法
CN114123265A (zh) * 2021-11-25 2022-03-01 东北电力大学 一种海上风电驱动电解水制氢的方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105174576A (zh) * 2015-05-18 2015-12-23 曾庆福 一种新型海水淡化系统
CN107285544A (zh) * 2017-07-24 2017-10-24 浙江海洋大学 一种基于风光互补发电和氢能供电的海水淡化系统
CN110210992A (zh) * 2019-04-25 2019-09-06 国网天津市电力公司电力科学研究院 含海水淡化与清洁能源的冷热电联供系统及最优运行方法
WO2019196375A1 (zh) * 2018-04-13 2019-10-17 华南理工大学 基于需求侧响应的微电网最优机组及分时电价的优化方法
CN112488378A (zh) * 2020-11-25 2021-03-12 国网辽宁省电力有限公司 一种可再生能源驱动反渗透海水淡化技术的成本建模方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105174576A (zh) * 2015-05-18 2015-12-23 曾庆福 一种新型海水淡化系统
CN107285544A (zh) * 2017-07-24 2017-10-24 浙江海洋大学 一种基于风光互补发电和氢能供电的海水淡化系统
WO2019196375A1 (zh) * 2018-04-13 2019-10-17 华南理工大学 基于需求侧响应的微电网最优机组及分时电价的优化方法
CN110210992A (zh) * 2019-04-25 2019-09-06 国网天津市电力公司电力科学研究院 含海水淡化与清洁能源的冷热电联供系统及最优运行方法
CN112488378A (zh) * 2020-11-25 2021-03-12 国网辽宁省电力有限公司 一种可再生能源驱动反渗透海水淡化技术的成本建模方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张文毓;: "钛及钛合金在海水淡化中的应用", 新材料产业, no. 03 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113903958A (zh) * 2021-09-30 2022-01-07 国网上海市电力公司 一种风光制氢燃料电池集成装置的仿真方法
CN114031154A (zh) * 2021-11-19 2022-02-11 东北电力大学 一种利用海水淡化技术的海上风电送出方法
CN114123264A (zh) * 2021-11-25 2022-03-01 东北电力大学 一种利用沙漠光伏进行电解制氢的方法
CN114123265A (zh) * 2021-11-25 2022-03-01 东北电力大学 一种海上风电驱动电解水制氢的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113283099B (zh) 2024-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113283099B (zh) 一种风光储氢海水淡化系统的建模方法
US10340693B2 (en) Systems and methods for generating energy using a hydrogen cycle
CN104145420B (zh) 可再生能源发电系统
CN114142791B (zh) 一种多能互补的船舶用全天候淡-热-电联供系统
CN109867313B (zh) 一种蒸汽发电海水淡化系统
CN113078687B (zh) 孤岛多能互补电-气耦合系统能量优化调度方法
CN110543157A (zh) 一种多能互补智慧供应热电氢的系统及方法
CN115622093A (zh) 一种基于风力、潮流能及海水淡化制氢的微电网混合储能系统
CN115084580B (zh) 基于可逆固体氧化物电池可再生能源就地储能系统及方法
CN112634082A (zh) 一种岛礁综合能源保障系统
CN112572743A (zh) 一种应用太阳能制氢的低温燃料电池混合多能动力系统
CN110565108A (zh) 一种风光水联合制氢系统及制氢方法
CN114412599A (zh) 一种电解制氢耦合燃气轮机发电系统
CN212655633U (zh) 一种基于城市污水处理厂的综合能源系统
Zahedi Technical analysis of an electric power system consisting of solar PV energy, wind power, and hydrogen fuel cell
CN210199571U (zh) 一种多能互补智慧供应热电氢的系统
CN203593678U (zh) 一种热膜耦合海水淡化系统
CN115307196A (zh) 一种港口热电联供系统
Cherif et al. Design optimization and sensitivity analysis of a hybrid renewable power generation system coupled with a reverse osmosis desalination unit
CN114548600B (zh) 一种海岛微网多能源系统优化调度模型
CN217002067U (zh) 一种电解制氢耦合燃气轮机发电系统
CN215344097U (zh) 一种风电制氢储能系统
CN113224796B (zh) 一种利用储水箱对海水淡化负荷进行调节的方法
CN217149333U (zh) 一种基于新能源和液态阳光的煤电机组减碳系统
CN115001150B (zh) 一种离网型风光互补制储氢系统及其容量配置方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant