CN113346528B - 一种基于氢储能构建的多能联供式调峰站及调峰方法 - Google Patents

一种基于氢储能构建的多能联供式调峰站及调峰方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113346528B
CN113346528B CN202110588187.1A CN202110588187A CN113346528B CN 113346528 B CN113346528 B CN 113346528B CN 202110588187 A CN202110588187 A CN 202110588187A CN 113346528 B CN113346528 B CN 113346528B
Authority
CN
China
Prior art keywords
energy
hydrogen
main control
control system
peak
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.)
Active
Application number
CN202110588187.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113346528A (zh
Inventor
陈冲
贾利民
赵天宇
梁立中
金成日
霍箭
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.)
Beijing Nego Automation Technology Co ltd
Original Assignee
Beijing Nego Automation Technology 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 Beijing Nego Automation Technology Co ltd filed Critical Beijing Nego Automation Technology Co ltd
Priority to CN202110588187.1A priority Critical patent/CN113346528B/zh
Publication of CN113346528A publication Critical patent/CN113346528A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113346528B publication Critical patent/CN113346528B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/60—Constructional parts of cells
    • C25B9/65—Means for supplying current; Electrode connections; Electric inter-cell connections
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J15/00—Systems for storing electric energy
    • H02J15/008—Systems for storing electric energy using hydrogen as energy vector
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/24—Arrangements for preventing or reducing oscillations of power in networks
    • H02J3/241—The oscillation concerning frequency
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
    • H02J3/466—Scheduling the operation of the generators, e.g. connecting or disconnecting generators to meet a given demand
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/22—The renewable source being solar energy
    • H02J2300/24—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/28—The renewable source being wind energy
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/40—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation wherein a plurality of decentralised, dispersed or local energy generation technologies are operated simultaneously
    • 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
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers
    • 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
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/76—Power conversion electric or electronic aspects
    • 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
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
    • 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
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency
    • Y02P20/133—Renewable energy sources, e.g. sunlight
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/20—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications using renewable energy

Abstract

本发明涉及基于氢储能构建的多能联供式调峰站及调峰方法，利用绿电基地的风电场和/或光伏电站能量通过电解水装置制备氢气，制备出的氢气和氧气被送入燃气机，通过燃烧化学反应转变为热能形成高温高压燃烧产物推动涡轮做功，涡轮将产生的气流能量转变为机械能推动发电机运转产生电能供电，燃气机产生的蒸汽一部分通过换热机组与常温水换热产生高温水用于供热，一部分蒸汽可直接供汽使用，另一部分蒸汽进入吸收式制冷设备产生低温水用于供冷，制备出来的氢气还可以供工业用氢使用。本发明消纳风光基地电能制备氢气，减少碳硫排放污染环境问题，利用电解水装置、燃气机等相关附属设备，实现了电‑热‑冷‑汽‑氢多态能源的绿色清洁联供。

Description

一种基于氢储能构建的多能联供式调峰站及调峰方法
技术领域：
本发明涉及能源储存利用和电网调峰技术领域，具体涉及一种基于氢储能构建的多能联供式调峰站及调峰方法。
背景技术：
在能源结构向低碳绿色、电网向智能安全转型过程中，亟需攻克以下行业面临问题：
1.传统煤电技术化石资源消耗与生态影响严重。以煤炭为主体的能源供给侧方式，开发、加工、利用过程碳排比例很高，并且过度消耗煤炭等一次不可再生能源，严重破坏环境生态甚至威胁我国能源安全。
2.趋于新型演进的电网调峰调频能力和刚性逐渐减弱。传统火电机组响应能力不足、灵活性差，致使尚以火电机组为主的电网调峰调频能力有限；出力随机波动的风光并网比例的逐年递增，加剧了电网调峰压力；电网电力电子设备占比越来越高、逐渐趋于电力电子化，等效惯量大幅降低、调峰调频能力明显不足。
3.风光弃电现象严重。目前电网总体装机容量过剩，源供大于荷求，迫使风光弃电；风光富足区域往往就地消纳能力不足，同负荷集中区域地理位置不重叠耦合、相距较远，实际输送容量取决外送通道能力；风光与负荷二者供需峰时交错，迫使调峰能力有限电网弃风弃光。
4.现有大规模储能调峰调频技术仍亟需提升优化。目前在技术逐渐趋于成熟且市场应用有一定应用体量的各类储能技术，仍不足以构建清洁低碳、安全高效的能源体系。如以抽水蓄能为代表机械类储能虽然容量大，但存在地理限制以及能量密度低的缺点；磷酸铁锂为代表电化学储能目前能量密度低，回收及梯次利用体系尚未健全，且在安全方面饱受诟病；以电锅炉为代表显热蓄能方式拥有较高的热效率，但能量只能由高品位电向低品位热单向转化，无法峰时供电；以光热为代表的潜热蓄能方式目前成本较高且占地面积大，建设受限地理环境。
可再生能源具有随机性、间歇性和波动性等劣势，规模化并网会给电网带来负面影响。氢作为一种清洁燃料，具有能量密度高、无污染、便于储存和传输等优点。基于氢储能的综合能源调峰调频电站通过利用可再生能源或电网谷时电电解水制“绿氢”,替代“蓝氢”或“灰氢”，实现节能减排的同时也建立了面向统一能源系统氢(储)能系统架构及其大规模应用的规划范式。
现有基于氢储能构建的火电厂调峰调频系统，主要采用火电厂输出的电能为电解制氢槽制备氢气供电，如公布号为CN107528334A的发明专利所公开的“一种火电厂氢能储能调峰调频系统”正是如此，这种结构是目前较为普遍的形式，其缺点是采用非清洁可再生资源制备氢气，存在碳排放污染，且不能解决目前电网风光弃电问题；另外，目前的氢储能调峰系统也仅仅涉及制氢和氢燃烧后将化学能最终转变成电能的结构，并不能实现多态能源的绿色清洁联供。正是基于上述存在的不足，本发明旨在依托新技术、新理念、新方法、新模式解决能源转型过程面临的生态层面、技术层面、经济层面的诸多问题，助推现有能源供给体系向清洁低碳、安全高效快速协同演进，本案由此而生。
发明内容：
本发明可消纳风光基地电能制备氢气，减少碳硫排放污染环境问题，利用电解水装置、燃气机等相关附属设备，实现了电-热-冷-汽-氢多态能源的绿色清洁联供；并且配合本发明的调峰策略，可以大幅度增加电网调峰调频能力，不仅解决了趋于电力电子化的新型电力系统“刚性”弱化问题，还克服了含高比例风光清洁能源电网调节能力大幅降低的壁垒，保障了电网的运行安全性。
为了实现上述目的，本发明首先公开一种基于氢储能构建的多能联供式调峰站，所采用的技术方案为：
一种基于氢储能构建的多能联供式调峰站，包括电解水装置、储氢罐、燃气机、发电机、预加热装置、吸收式制冷装置，所述电解水装置供电输入端连接绿电基地的风电场和/或光伏电站和/或电网谷电，电解水装置制备出的氢气存储于储氢罐内，储氢罐内的氢气一部分通过氢气输送管网供用户用氢使用，另一部分氢气被送入燃气机燃烧；电解水装置制备出的氧气连同空气一起送入燃气机，燃气机产生的气流推动发电机运转产生电能输送至输电网供用户用电使用；电解水装置与自来水供水管道相连，电解水装置流出的自来水通过预加热装置提高水温后送入供热管网为用户提供热能；燃气机产生的蒸汽一部分被输送至供汽管网为用户供汽，另一部分被送入吸收式制冷装置产生低温水后被送入供冷管网为用户提供冷能。
进一步，所述燃气机包括压汽机、燃烧室和涡轮，氧气和空气经过过滤装置过滤后被送入压汽机。
进一步，所述电解水装置制备出的氢气先经过过滤装置过滤后再存储于储氢罐内。
进一步，经过过滤装置过滤后的氢气被压缩机压缩后再送入储氢罐内。
进一步，所述电解水装置采用多整流器式电解水装置，即包括多个降压变压器、多个整流器、多个电解槽，变压器、整流器和电解槽三者一一互联耦合；或者电解水装置采用级联式电解水装置，即包括一个级联桥和多个电解槽，多个电解槽分别耦合于级联桥的直流侧；或者电解水装置采用整流站式电解水装置，即包括一个整流站、多台DC-DC BUCK变流器、多个电解槽，多台DC-DC BUCK变流器耦合于整流站的高压直流母线上，并与多个电解槽一一连接。
进一步，所述多能联供式调峰站还包括换热机组和储水罐，燃气机产生的蒸汽还有一部分被送入换热机组与常温水换热产生高温水，高温水通过供热管网为用户提供热能，热传递置换后的常温水回流至储水罐进入下一次往复循环。
进一步，所述多能联供式调峰站中电解水装置、燃气机、储氢罐配置之间的量化关系按公式(1)设计：
Figure GDA0003779530620000041
上式中，El_e、El_h、El_c、El_s分别为用户典型日所需电能、热能、冷能、汽能；Eloss、Eall、Ege、Ewe分别为供能过程中损失热量、用户典型日所需的总能量、燃气机所释放总能量、以及电解装置释放总能量，单位均为kJ；
Pge和Pwe分别为燃气机总功率和电解装置总功率，单位均为kW；
Wge为燃气机对外做的全部的功，单位为kWh；
Figure GDA0003779530620000042
为氢气的摩尔数，单位为mol；
Figure GDA0003779530620000043
为氢气的摩尔质量，单位为kg/mol；
Figure GDA0003779530620000044
为氢气的密度，单位为g/m3；
Figure GDA0003779530620000051
和
Figure GDA0003779530620000052
分别为氢气的体积和单个储氢罐体积，单位均为m3；
Figure GDA0003779530620000053
为储氢罐的个数；
t为机组工作时长，单位为h；
K为储氢罐体积设计裕量修正系数，单位为无量纲；
ηte_e、ηte_h、ηhte_h、ηte_c、COP、ηte_s、ηge、ηwe分别为电能传输效率、热能传输效率、换热效率、冷能传输效率、吸收式制冷装置能效比、汽能传输效率、燃气机效率、电解水装置效率，单位为无量纲。
本发明所公开的多能联供式调峰站可大幅消纳风光绿电基地的间歇性、不稳定的优质电能，并可将这种“不可控”的波动电能通过电解水装置、燃气机、发电机、换热装置、吸收式制冷装置等设备的协调配合转变为“可控”能量，按需保障电-热-冷-汽-氢的多态能源需求，从供给侧支撑我国双碳目标的实现。
本发明基于氢储能构建的多能联供式调峰站具有调节幅度大、动态响应快的特性，可以在电网重大系统故障或全系统范围停电的情况下，实现黑启动功能重启发电电源提高局域电网的恢复速度，并且电站将风光绿电基地的优质电能作为黑启动电源的补充，拓宽新能源发电的应用前景，为建立电网友好型新能源发电机组开辟了新路径。
本发明这种基于氢储能的多能联供式调峰站构建了一种氢能支撑的统一能源系统的基本架构，该系统可由清洁能源输入、制氢环节实现电转氢、储氢环节通过储氢罐储存氢气，氢能转换环节实现氢转汽、氢转热、氢转冷、氢转电、氢转氢，氢储能的制、储、转三环节可结合不同需求解耦运行，以此达到氢能支撑的能源系统中长时间尺度供能。同时，基于氢储能积蓄的电网“谷电”可“峰用”，并同时满足热-冷-汽的用能需求技术，实现了系统的深度调峰，是电网侧建设大规模储能电站的理想选择之一。这种燃氢气机组具有快速和精确响应能力，可以有效辅助电力系统调频。
本发明这种基于氢储能构建的多能联供式调峰站可利用双碳目标下势必退役的热电厂/火电厂现有土地资源、燃气机机组、厂用电系统、电网接入系统、供热/冷/汽管网等基础设施就地建设。不仅工程建设周期短、投资较小、节约了土地资源，而且基于原有厂站的电热(冷/汽)负荷需求，收益模式也较为清晰。同时，实现了对传统燃煤(热)电(联)产环境不友好技术的清洁再生替代，充分唤醒了厂内设备极具潜力价值的优质资源。而且，这种技术保留了电网“刚性”调节特征，是趋于电力电子化电力系统安全可靠运行的坚强保障，示范意义很强。
本发明这种基于氢储能构建的多能联供式调峰站集储能站、发电站、供热站、供冷站、供汽站、供氢站于一体，非常适用于工业园区等电-热-冷-汽-氢多态综合用能需求场景，依托多元化的收益模式，大幅缩短投资回报期。同时，这种综合能源长时联供系统具备电热冷汽氢五联供、电热冷氢四联供、电热冷三联供、电热汽三联供、电冷汽三联供、电热联供、电冷联供、电汽联供、电氢联供等多种组合模式，可根据用户实际需求进行自由灵活的定制化设计和系统组分的优化配置。
本发明同时还公开了利用上述多能联供式调峰站进行电网调峰的方法，根据能量管理系统的控制指令，主控系统实时采集电-热-冷-汽用能功率，并依托电网峰谷平判别模块判别电网所处时段，启动适配电网不同时段特性的能量管控策略。在主控系统统一调配下，电解水装置、储氢罐、燃气机、换热机组、吸收式制冷装置、发电机、阀门、循环泵等设备协同配合，精准响应指令要求，具体采用如下技术方案实现：
一种基于氢储能构建的多能联供式调峰站调峰方法，包括主控系统，所述主控系统实时采集用户电-热-冷-汽用能需求值以及发电机、供热、供冷、供汽的实际出力值，并依托电网峰-谷-平时段辨识模块对电网所处时段进行判别，建立以氢气压强上限值、中值和下限值为调节裕量约束条件进行判别的子循环程序，子循环程序用于规避因储氢罐蓄能达到限制后迫使燃气机的频繁启停控制，主控系统根据判别的电网所处时段结果，同时结合风光弃电约束条件及氢气压强调节裕量约束条件控制各个设备的响应。
进一步，所述电网峰-谷-平时段辨识模块判别当前电网处于电网峰时段时，根据风光弃电约束条件及氢气压强调节裕量约束条件分为以下五种工况调节策略：
峰时段工况1：调峰站主控系统检测到满足式(2)时，电解水装置通过消纳风光弃电制得氢气进行蓄能，同时主控系统启动释能设备利用氢气燃烧释能转化成电能、热能、冷能和汽能，满足电网峰时段调度需求，主控系统所控制的相关设备具体工作状态如式(3)所示；
Figure GDA0003779530620000071
式中：
Figure GDA0003779530620000072
分别为氢气压强及设定氢气压强上限值；
Figure GDA0003779530620000073
式中：Ege为所储存氢气经燃气机后释放的能量，如出现负值代表电解水装置在充电电解；Eall为用户电-热-冷-汽用能总值；Kall为考虑电-热-冷-汽转换、传输过程效率的综合修正参数，取值大于1；Ewe为电解水装置的输出能量，Ke为考虑电-热转换效率、传输损失因素的综合修正因素，取值小于1；Ewe_r、Ewsa分别为电解水装置额定功率情况下输出能量总额与电网风光弃电量；Ee、Eh、Ec、Es分别为电-热-冷-汽用户需求值；Ere、Erh、Erc、Ers分别为发电机、热源、冷源、汽源实际出力值；Eloss为供能过程中损失热量；
峰时段工况2：调峰站主控系统检测到满足式(4)时，进入子循环程序继续判断是否满足式(5)条件；若同时满足式(4)和式(5)条件，则主控系统控制电解水装置停止制氢，而主控系统启动释能设备利用存储的氢气通过氢气燃烧释能转化成电能、热能、冷能和汽能，满足电网峰时段调度需求，主控系统所控制的相关设备具体工作状态如式(6)所示；
Figure GDA0003779530620000081
Figure GDA0003779530620000082
式中：Kmax为设定的阈值修正系数，取值小于1；
Figure GDA0003779530620000083
峰时段工况3：调峰站主控系统检测到满足式(4)和(7)时，主控系统将跳出子循环程序返回至控制程序的初始状态；
Figure GDA0003779530620000084
峰时段工况4：调峰站主控系统检测到满足式(8)时，主控系统控制电解水装置停止制氢，而主控系统启动释能设备利用存储的氢气通过氢气燃烧释能转化成电能、热能、冷能和汽能，满足电网峰时段调度需求，主控系统所控制的相关设备具体工作状态如式(6)所示；
Figure GDA0003779530620000091
式中：
Figure GDA0003779530620000092
为设定氢气压强的下限值；
峰时段工况5：调峰站主控系统检测到满足式(9)时，主控系统控制电解水装置停止制氢，同时控制释能设备停止电-热-冷-汽供给；
Figure GDA0003779530620000093
所述电网峰-谷-平时段辨识模块判别当前电网处于电网平时段时，根据风光弃电约束条件及调节裕量约束条件分为以下四种工况调节策略：
平时段工况1：调峰站主控系统检测到满足式(10)时，进入子循环程序继续判断是否满足式(11)条件；若同时满足式(10)和式(11)条件，则主控系统控制电解水装置以额定功率运行进行制氢蓄能，同时主控系统启动释能设备利用氢气燃烧释能转化成电能、热能、冷能和汽能，满足电网平时段调度需求，主控系统所控制的相关设备具体工作状态如式(12)所示；
Figure GDA0003779530620000094
Figure GDA0003779530620000095
式中：Kmid为规模柔性电解水装置往复频繁启动而设定的阈值修正系数，取值大于1；
Figure GDA0003779530620000096
为设定氢气压强的中值
Figure GDA0003779530620000097
平时段工况2：调峰站主控系统检测到同时满足式(10)和(13)时，主控系统将跳出子循环程序返回至控制程序的初始状态；
Figure GDA0003779530620000101
平时段工况3：调峰站主控系统检测到满足式(14)时，则主控系统控制电解水装置停止制氢，而主控系统启动释能设备利用存储的氢气通过氢气燃烧释能转化成电能、热能、冷能和汽能，满足电网峰时段调度需求，主控系统所控制的相关设备具体工作状态如式(6)所示；
Figure GDA0003779530620000102
平时段工况4：调峰站主控系统检测到电网风光弃电时，主控系统控制各个设备的响应情况同电网峰时段工况1至3。
进一步，所述电网峰-谷-平时段辨识模块判别当前电网处于电网谷时段时，根据以下三种工况进行调节：
谷时段工况1：调峰站主控系统检测到满足式(15)时，主控系统控制发电机停运，而电解水装置利用谷电冗余有效响应进行制氢蓄能，主控系统启动释能设备利用氢气燃烧释能转化成热能、冷能和汽能，满足电网谷时段调度需求，主控系统所控制的相关设备具体工作状态如式(16)所示；
Figure GDA0003779530620000103
Figure GDA0003779530620000104
谷时段工况2：调峰站主控系统检测到满足式(17)时，进入子循环程序继续判断是否满足式(18)条件；若同时满足式(17)和式(18)条件，则主控系统控制电解水装置停止制氢以及令发电机停运，主控系统启动释能设备利用存储的氢气燃烧释能转化成热能、冷能和汽能，满足电网平时段调度需求，主控系统所控制的相关设备具体工作状态如式(19)所示；
Figure GDA0003779530620000111
Figure GDA0003779530620000112
Figure GDA0003779530620000113
谷时段工况3：调峰站主控系统检测到同时满足式(17)和(20)时，主控系统将跳出子循环程序返回至控制程序的初始状态；
Figure GDA0003779530620000114
附图说明：
图1为本发明实施例中多能源联供系统的结构示意图；
图2为实施例中电解水装置的三种结构示意图；
图3为本发明实施例中调峰站的调峰策略流程图。
具体实施方式：
本实施例公开一种基于氢储能构建的多能联供式调峰站，该调峰站利用电解水装置消纳绿电基地由风电场、光伏电站产生的冗余电能，或者利用电网谷电冗余来制备氢气，不会产生碳硫排放污染问题，制备出来的氢气可直接用于工业用氢，还可以存储起来通过燃气机燃烧进行能量转化产生电能，再配合其他设备还可转化为热能、冷能和汽能，从而实现电能-热能-冷能-汽能-氢能五种能源的多组合联供形式。本实施例设计的调峰站是为电网侧大规模长时间尺度专属打造，特别适合含高比例风光等可再生能源的新型电力系统，在保障电力系统刚性的同时可以增加电网调峰能力。
本实施例提出的基于氢储能构建的调峰站如图1所示，可以划分为源-网-储-机-荷五大部分。其中，“源”在这里是指绿电基站的集群风电场和光伏电站，主要用来为电网提供绿色优质电能；“网”在这里主要包括输电网、热管网、冷管网、汽管网、氢管网，分别承载着电、热、冷、汽、氢五种能量流，是源-荷交互的桥梁通道；“储”在这里主要包括电解制氢装置、储氢罐、阀门等设备；“机”在这里主要包括燃气机、发电机、换热机组、预加热装置、阀门、循环泵等设备；“荷”在这里主要包括电、热、冷、汽、氢五种用能形态。下面将结合附图1对本实施例调峰站结构进行说明。
整个调峰站按提供五种能源结构所涉及的各部分设备如下：包括电解制氢装置、储氢罐、燃气机、发电机、换热机组、吸收式制冷装置、储水罐、预加热装置、压缩机、过滤装置、阀门、循环泵以及五种能源输送管网。其中，燃气机、发电机以及输送管网等设备可以充分利用被废弃使用的热电厂/火电厂已有闲置设备，只需在闲置土地上增设电解制氢装置、储氢罐等配套设备即可，这样可以有效降低投入成本。
电解制氢装置作为核心设备用于制备氢气并存储于储氢罐内，考虑到符合绿色清洁的设计理念，本实施例中的电解制氢装置采用电解水装置，电解水装置主要由内部电力电子装置和电解槽共同组成，电解槽功率可柔性调节并可按需并联扩容；电解水装置直接连接自来水供水管路，通过电解水在电解槽负极析出氢气，阳极析出氧气，电解水装置的用电输入端可直接连接绿电基地的风电场和/或光伏电站，也可以用电网谷电冗余能量作为用能输入，这样不会产生碳排放污染问题。
电解水装置结构有很多种都可以制备氢气，本实施例给出其中的三种电解水装置结构(如图2所示)，但不限于列举出的三种结构：第一种为多整流器式电解水装置，主要包含n个降压变压器，n台整流器，n个电解槽；其中，变压器、整流器和电解槽三者一一互联耦合；第二种为级联式电解水装置，主要包含一个级联桥和n个电解槽；其中n个电解槽分别耦合于级联H桥的直流侧；第三种为整流站式电解水装置，主要包含一个整流站、n台DC-DCBUCK变流器及n个电解槽；其中，n台DC-DC BUCK变流器耦合于整流站的高压直流母线，并与n个电解槽一一连接。
在电解过程中，电解槽负极析出的氢气尽量先经过过滤装置过滤杂质后，利用压缩机压缩后再存储于储氢罐内。储氢罐容量体积大小决定了氢储能系统可持续“充放电”的时长，如果想增加氢能的储存能量，加大储氢罐的体积即可。如果制备出来的氢气直接用于工业用氢、汽车用氢或者用户消纳使用，过滤后无需压缩机压缩，可直接通过氢气输送管网进行输送。
燃气机主要由压汽机、燃烧室和涡轮等组成，压汽机主要负责向燃烧室连续不断地供应高压空气助燃，为了保证燃烧质量且不产生氮氧化物及碳烟，在压汽机前端最好安装过滤装置对空气进行过滤，可以有效滤除氮、碳。由电解槽阳极析出的氧气连同空气一起被过滤装置过滤后送入压汽机。氢气在燃烧室内通过燃烧发生化学反应转变为热能，形成高温高压燃烧产物可以推动涡轮做功。涡轮将燃烧室所产生的气流能量转换为机械能，进而推动发电机运转产生电能，发电机在控制系统调控下按需向电网注入稳定的电能，灵活快速响应电网供给需求，提高电网高峰时段调控能力。
燃气机所产生的高温高压蒸汽可分为三路，一路可直接通过供汽管网输送至用户端保障其用汽需求；一路通过换热机组与常温水实现一次换热产生高温水，高温水通过热管网输送至用户端供热；另一路蒸汽进入吸收式制冷装置产生低温水后通过冷管网输送至用户端供冷。热传递置换后的常温水回流至储水罐内参与下一次往复循环。通入电解槽内的自来水可以为电解槽降温，从电解槽流出的自来水可以通过预加热装置提高水温后进入热水管道保障用户热水需求。
上述给出的调峰站结构在具体设备配置时，调峰站中电解水装置、燃气机、储氢罐配置之间的量化关系按公式(1)设计：
Figure GDA0003779530620000141
上式中，El_e、El_h、El_c、El_s分别为用户典型日所需电能、热能、冷能、汽能；Eloss、Eall、Ege、Ewe分别为供能过程中损失热量、用户典型日所需的总能量、燃气机所释放总能量、以及电解装置释放总能量，单位均为kJ；
Pge和Pwe分别为燃气机总功率和电解装置总功率，单位均为kW；
Wge为燃气机对外做的全部的功，单位为kWh；
Figure GDA0003779530620000142
为氢气的摩尔数，单位为mol；
Figure GDA0003779530620000143
为氢气的摩尔质量，单位为kg/mol；
Figure GDA0003779530620000151
为氢气的密度，单位为g/m3；
Figure GDA0003779530620000152
和VH2_tank分别为氢气的体积和单个储氢罐体积，单位均为m3；
Figure GDA0003779530620000153
为储氢罐的个数；
t为机组工作时长，单位为h；
K为储氢罐体积设计裕量修正系数，单位为无量纲；
ηte_e、ηte_h、ηhte_h、ηte_c、COP、ηte_s、ηge、ηwe分别为电能传输效率、热能传输效率、换热效率、冷能传输效率、吸收式制冷装置能效比、汽能传输效率、燃气机效率、电解水装置效率，单位为无量纲。
本实施例给出的上述调峰站配合本发明制订的具体调峰方法，可以保障电网整体“刚性”的同时，能够提高电网的调峰能力。具体的调峰策略如图3所示，包括主控系统，主控系统实时采集用户电-热-冷-汽用能需求值以及发电机、供热、供冷、供汽的实际出力值，并依托电网峰-谷-平时段辨识模块对电网所处时段进行判别，从而启动适配电网不同时段特性的能量管控策略。在主控系统统一调配下，电解水装置、储氢罐、燃气机、换热机组、吸收式制冷装置、发电机、阀门、循环泵等设备协同配合，精准响应指令要求。本发明的调峰策略主循环程序之中内嵌子循环程序，旨在以储氢罐储氢压强上限值、中值及下限值为参考标准设定调节裕量，规避因储氢罐蓄能达到限值后，电网峰平时段仍存在风光弃电功率、电网平时段内储氢蓄能达到设定中值、电网谷时段热-冷-汽小于典型日负荷储氢罐提前蓄满，迫使燃气机频繁往复启停的能量调度策略缺陷。主控系统根据判别的电网所处时段结果，同时结合风光弃电约束条件及氢气压强调节裕量约束条件控制各个设备的响应。
根据不同电网时段具体调峰策略详细说明如下：
(1)电网峰时段：该时段发电机、吸收式制冷设备、换热机组等设备依靠氢气经燃气机释放热能作为能量源泉，满足用户电-热-冷-汽用能需求，同时充分消纳风光绿色优质弃电功率，以增加电网的调峰能力、降低风光弃电比例。
峰时段工况1：调峰站主控系统检测到满足式(2)时，电解水装置通过消纳风光弃电制得氢气进行蓄能，氢气通过燃烧机燃烧产生高温高压蒸汽，发电机、吸收式制冷设备、换热机组基于高温高压蒸汽释放热能，从而转化成电能、热能、冷能和汽能，满足电网峰时段调度需求，主控系统所控制的相关设备具体工作状态如式(3)所示；
Figure GDA0003779530620000161
式中：
Figure GDA0003779530620000162
分别为氢气压强及设定氢气压强上限值；
Figure GDA0003779530620000163
式中：Ege为所储存氢气经燃气机后释放的能量，如出现负值代表电解水装置在充电电解；Eall为用户电-热-冷-汽用能总值；Kall为考虑电-热-冷-汽转换、传输过程效率的综合修正参数，取值大于1；Ewe为电解水装置的输出能量，Ke为考虑电-热转换效率、传输损失因素的综合修正因素，取值小于1；Ewe_r、Ewsa分别为电解水装置额定功率情况下输出能量总额与电网风光弃电量；Ee、Eh、Ec、Es分别为电-热-冷-汽用户需求值；Ere、Erh、Erc、Ers分别为发电机、热源、冷源、汽源实际出力值；Eloss为供能过程中损失热量。
峰时段工况2：调峰站主控系统检测到满足式(4)时，电解水装置充分消纳电网峰时段的风光弃电功率，储氢罐达到蓄能上限而进入能量调度子程序继续判断是否满足式(5)条件；此时能量调度策略在子程序中循环，当同时满足式(4)和式(5)条件时，主控系统控制电解水装置停止制氢，发电机、燃气机、换热机组、吸收式制冷装置等设备有效响应指令，主控系统启动释能设备利用存储的氢气通过氢气燃烧释能转化成电能、热能、冷能和汽能，满足电网峰时段调度需求，主控系统所控制的相关设备具体工作状态如式(6)所示；
Figure GDA0003779530620000171
Figure GDA0003779530620000172
式中：Kmax为设定的阈值修正系数，取值小于1；
Figure GDA0003779530620000173
峰时段工况3：伴随着调峰站运行时间的推进，氢能输出不断下降，一旦主控系统检测到满足式(4)和(7)时，主控系统将跳出子循环程序返回至控制程序的初始状态①处；
Figure GDA0003779530620000174
峰时段工况4：调峰站主控系统检测到满足式(8)时，主控系统控制电解水装置停止制氢，发电机、燃气机、换热机组、吸收式制冷装置等设备有效响应指令，主控系统启动释能设备利用存储的氢气通过氢气燃烧释能转化成电能、热能、冷能和汽能，满足电网峰时段调度需求，主控系统所控制的相关设备具体工作状态如式(6)所示：
Figure GDA0003779530620000181
式中：
Figure GDA0003779530620000182
为设定氢气压强的下限值。
峰时段工况5：调峰站主控系统检测到满足式(9)时，此时由于储氢已达设定下限值，主控系统控制电解水装置停止制氢，同时控制释能设备停止电-热-冷-汽供给；
Figure GDA0003779530620000183
(2)电网平时段：考虑运行经济性、风光弃电等约束条件，电网平时段主要是满足用户电-热-冷-汽多态用能需求，并在储氢罐中氢气低于设定下限值
Figure GDA0003779530620000184
时及时补充能量以满足电网峰时段的用能需求，具体分为以下四种工况调节策略：
平时段工况1：调峰站主控系统检测到满足式(10)时，此时，储氢罐中蓄能不足以支撑典型日谷时段和峰时段电-热-冷-汽用能需求。因此，电解水装置启动并以额定功率运行，产生氢气进入储罐蓄能。为达到上述要求的同时防止氢气过度蓄能达到中值导致电解水装置往复频繁启动的程序设计缺陷，能量调度策略则进入内嵌子循环程序之中。进入子循环程序继续判断是否满足式(11)条件；若同时满足式(10)和式(11)条件，电解水装置、发电机、燃气机、换热机组、吸收式制冷装置等设备有效响应指令，电解水装置以额定功率运行进行制氢蓄能，氢气燃烧释能转化成电能、热能、冷能和汽能，满足电网平时段调度需求，主控系统所控制的相关设备具体工作状态如式(12)所示；
Figure GDA0003779530620000191
Figure GDA0003779530620000192
式中：Kmid为规模柔性电解水装置往复频繁启动而设定的阈值修正系数，取值大于1；
Figure GDA0003779530620000193
为设定氢气压强的中值；
Figure GDA0003779530620000194
平时段工况2：伴随着调峰站运行时间的推进，储氢罐中氢气不断增加，一旦主控系统检测到同时满足式(10)和(13)时，主控系统将跳出子循环程序返回至控制程序的初始状态①处；
Figure GDA0003779530620000195
平时段工况3：调峰站主控系统检测到满足式(14)时，此时，在主控系统统筹调度下，电解水装置停止运行，发电机、燃气机、换热机组、吸收式制冷装置等设备有效响应指令，利用存储的氢气通过氢气燃烧释能转化成电能、热能、冷能和汽能，满足电网峰时段调度需求，主控系统所控制的相关设备具体工作状态如式(6)所示；
Figure GDA0003779530620000196
平时段工况4：调峰站主控系统检测到电网风光弃电时，主控系统控制各个设备的响应情况同电网峰时段工况1至3，此处不重复叙述。
(3)电网谷时段：该时段主要是通过氢气释放燃烧释能满足用户热-冷-汽用能需求的同时，利用电解装置充分实现电氢转换，大幅增加电网消纳能力、释放风-光-水-火多源的供能潜力，以较低成本获取电网峰平时段的电-热-冷-汽能源供给的较高收益，具体分为以下三种工况调解策略：
谷时段工况1：调峰站主控系统检测到满足式(15)时，主控系统控制发电机停运，而电解水装置利用谷电冗余有效响应进行制氢蓄能，同时燃气机、换热机组和吸收式制冷装置等有效响应指令，利用氢气燃烧释能转化成热能、冷能和汽能，满足电网谷时段调度需求，主控系统所控制的相关设备具体工作状态如式(16)所示；
Figure GDA0003779530620000201
Figure GDA0003779530620000202
谷时段工况2：调峰站主控系统检测到满足式(17)时，此时，氢气已达到储蓄上限，为规避在本时段电解水装置往复频繁启动的程序缺陷，能量调度管控策略进入子循环程序，进入子循环程序继续判断是否满足式(18)条件；若同时满足式(17)和式(18)条件，在主控系统统筹调度下，发电机和电解水装置都停止运行，燃气机、换热机组、吸收式制冷装置等设备有效响应指令，利用存储的氢气燃烧释能转化成热能、冷能和汽能，满足电网平时段调度需求，主控系统所控制的相关设备具体工作状态如式(19)所示；
Figure GDA0003779530620000203
Figure GDA0003779530620000204
Figure GDA0003779530620000211
谷时段工况3：伴随着调峰站运行时间的推进，储氢罐蓄能不断降低，一旦主控系统检测到同时满足式(17)和(20)时，主控系统将跳出子循环程序返回至控制程序的初始状态①处；
Figure GDA0003779530620000212

Claims (9)

1.一种基于氢储能构建的多能联供式调峰站，其特征在于：包括电解水装置、储氢罐、燃气机、发电机、预加热装置、吸收式制冷装置，所述电解水装置供电输入端连接绿电基地的风电场和/或光伏电站和/或电网谷电，电解水装置制备出的氢气存储于储氢罐内，储氢罐内的氢气一部分通过氢气输送管网供用户用氢使用，另一部分氢气被送入燃气机燃烧；电解水装置制备出的氧气连同空气一起送入燃气机，燃气机产生的气流推动发电机运转产生电能输送至输电网供用户用电使用；电解水装置与自来水供水管道相连，电解水装置流出的自来水通过预加热装置提高水温后送入供热管网为用户提供热能；燃气机产生的蒸汽一部分被输送至供汽管网为用户供汽，另一部分被送入吸收式制冷装置产生低温水后被送入供冷管网为用户提供冷能；
所述多能联供式调峰站中电解水装置、燃气机、储氢罐配置之间的量化关系按公式(1)设计：
Figure FDA0003779530610000011
上式中，El_e、El_h、El_c、El_s分别为用户典型日所需电能、热能、冷能、汽能；Eloss、Eall、Ege、Ewe分别为供能过程中损失热量、用户典型日所需的总能量、燃气机所释放总能量、以及电解装置释放总能量，单位均为kJ；
Pge和Pwe分别为燃气机总功率和电解装置总功率，单位均为kW；
Wge为燃气机对外做的全部的功，单位为kWh；
Figure FDA0003779530610000021
为氢气的摩尔数，单位为mol；
Figure FDA0003779530610000022
为氢气的摩尔质量，单位为kg/mol；
Figure FDA0003779530610000023
为氢气的密度，单位为g/m3；
Figure FDA0003779530610000024
和
Figure FDA0003779530610000025
分别为氢气的体积和单个储氢罐体积，单位均为m3；
Figure FDA0003779530610000026
为储氢罐的个数；
t为机组工作时长，单位为h；
K为储氢罐体积设计裕量修正系数，单位为无量纲；
ηte_e、ηte_h、ηhte_h、ηte_c、COP、ηte_s、ηge、ηwe分别为电能传输效率、热能传输效率、换热效率、冷能传输效率、吸收式制冷装置能效比、汽能传输效率、燃气机效率、电解水装置效率，单位为无量纲。
2.根据权利要求1所述的一种基于氢储能构建的多能联供式调峰站，其特征在于：所述燃气机包括压汽机、燃烧室和涡轮，氧气和空气经过过滤装置过滤后被送入压汽机。
3.根据权利要求1所述的一种基于氢储能构建的多能联供式调峰站，其特征在于：所述电解水装置制备出的氢气先经过过滤装置过滤后再存储于储氢罐内。
4.根据权利要求3所述的一种基于氢储能构建的多能联供式调峰站，其特征在于：经过过滤装置过滤后的氢气被压缩机压缩后再送入储氢罐内。
5.根据权利要求1所述的一种基于氢储能构建的多能联供式调峰站，其特征在于：所述电解水装置采用多整流器式电解水装置，即包括多个降压变压器、多个整流器、多个电解槽，变压器、整流器和电解槽三者一一互联耦合；或者电解水装置采用级联式电解水装置，即包括一个级联桥和多个电解槽，多个电解槽分别耦合于级联桥的直流侧；或者电解水装置采用整流站式电解水装置，即包括一个整流站、多台DC-DC BUCK变流器、多个电解槽，多台DC-DC BUCK变流器耦合于整流站的高压直流母线上，并与多个电解槽一一连接。
6.根据权利要求1所述的一种基于氢储能构建的多能联供式调峰站，其特征在于：所述多能联供式调峰站还包括换热机组和储水罐，燃气机产生的蒸汽还有一部分被送入换热机组与常温水换热产生高温水，高温水通过供热管网为用户提供热能，热传递置换后的常温水回流至储水罐进入下一次往复循环。
7.一种基于如权利要求1至6任一项所述的 调峰站的 调峰方法，其特征在于：包括主控系统，所述主控系统实时采集用户电-热-冷-汽用能需求值以及发电机、供热、供冷、供汽的实际出力值，并依托电网峰-谷-平时段辨识模块对电网所处时段进行判别，建立以氢气压强上限值、中值和下限值为调节裕量约束条件进行判别的子循环程序，子循环程序用于规避因储氢罐蓄能达到限制后迫使燃气机的频繁启停控制，主控系统根据判别的电网所处时段结果，同时结合风光弃电约束条件及氢气压强调节裕量约束条件控制各个设备的响应。
8.根据权利要求7所述的调峰方法，其特征在于：所述电网峰-谷-平时段辨识模块判别当前电网处于电网峰时段时，根据风光弃电约束条件及氢气压强调节裕量约束条件分为以下五种工况调节策略：
峰时段工况1：调峰站主控系统检测到满足式(2)时，电解水装置通过消纳风光弃电制得氢气进行蓄能，同时主控系统启动释能设备利用氢气燃烧释能转化成电能、热能、冷能和汽能，满足电网峰时段调度需求，主控系统所控制的相关设备具体工作状态如式(3)所示；
Figure FDA0003779530610000041
式中：
Figure FDA0003779530610000042
分别为氢气压强及设定氢气压强上限值；
Figure FDA0003779530610000043
式中：Ege为所储存氢气经燃气机后释放的能量，如出现负值代表电解水装置在充电电解；Eall为用户电-热-冷-汽用能总值；Kall为考虑电-热-冷-汽转换、传输过程效率的综合修正参数，取值大于1；Ewe为电解水装置的输出能量，Ke为考虑电-热转换效率、传输损失因素的综合修正因素，取值小于1；Ewe_r、Ewsa分别为电解水装置额定功率情况下输出能量总额与电网风光弃电量；Ee、Eh、Ec、Es分别为电-热-冷-汽用户需求值；Ere、Erh、Erc、Ers分别为发电机、热源、冷源、汽源实际出力值；Eloss为供能过程中损失热量；
峰时段工况2：调峰站主控系统检测到满足式(4)时，进入子循环程序继续判断是否满足式(5)条件；若同时满足式(4)和式(5)条件，则主控系统控制电解水装置停止制氢，而主控系统启动释能设备利用存储的氢气通过氢气燃烧释能转化成电能、热能、冷能和汽能，满足电网峰时段调度需求，主控系统所控制的相关设备具体工作状态如式(6)所示；
Figure FDA0003779530610000051
Figure FDA0003779530610000052
式中：Kmax为设定的阈值修正系数，取值小于1；
Figure FDA0003779530610000053
峰时段工况3：调峰站主控系统检测到满足式(4)和(7)时，主控系统将跳出子循环程序返回至控制程序的初始状态；
Figure FDA0003779530610000054
峰时段工况4：调峰站主控系统检测到满足式(8)时，主控系统控制电解水装置停止制氢，而主控系统启动释能设备利用存储的氢气通过氢气燃烧释能转化成电能、热能、冷能和汽能，满足电网峰时段调度需求，主控系统所控制的相关设备具体工作状态如式(6)所示；
Figure FDA0003779530610000055
式中：
Figure FDA0003779530610000056
为设定氢气压强的下限值；
峰时段工况5：调峰站主控系统检测到满足式(9)时，主控系统控制电解水装置停止制氢，同时控制释能设备停止电-热-冷-汽供给；
Figure FDA0003779530610000057
所述电网峰-谷-平时段辨识模块判别当前电网处于电网平时段时，根据风光弃电约束条件及调节裕量约束条件分为以下四种工况调节策略：
平时段工况1：调峰站主控系统检测到满足式(10)时，进入子循环程序继续判断是否满足式(11)条件；若同时满足式(10)和式(11)条件，则主控系统控制电解水装置以额定功率运行进行制氢蓄能，同时主控系统启动释能设备利用氢气燃烧释能转化成电能、热能、冷能和汽能，满足电网平时段调度需求，主控系统所控制的相关设备具体工作状态如式(12)所示；
Figure FDA0003779530610000061
Figure FDA0003779530610000062
式中：Kmid为规模柔性电解水装置往复频繁启动而设定的阈值修正系数，取值大于1；
Figure FDA0003779530610000063
为设定氢气压强的中值
Figure FDA0003779530610000064
平时段工况2：调峰站主控系统检测到同时满足式(10)和(13)时，主控系统将跳出子循环程序返回至控制程序的初始状态；
Figure FDA0003779530610000065
平时段工况3：调峰站主控系统检测到满足式(14)时，则主控系统控制电解水装置停止制氢，而主控系统启动释能设备利用存储的氢气通过氢气燃烧释能转化成电能、热能、冷能和汽能，满足电网峰时段调度需求，主控系统所控制的相关设备具体工作状态如式(6)所示；
Figure FDA0003779530610000071
平时段工况4：调峰站主控系统检测到电网风光弃电时，主控系统控制各个设备的响应情况同电网峰时段工况1至3。
9.根据权利要求8所述的调峰方法，其特征在于：所述电网峰-谷-平时段辨识模块判别当前电网处于电网谷时段时，根据以下三种工况进行调节：
谷时段工况1：调峰站主控系统检测到满足式(15)时，主控系统控制发电机停运，而电解水装置利用谷电冗余有效响应进行制氢蓄能，主控系统启动释能设备利用氢气燃烧释能转化成热能、冷能和汽能，满足电网谷时段调度需求，主控系统所控制的相关设备具体工作状态如式(16)所示；
Figure FDA0003779530610000072
Figure FDA0003779530610000073
谷时段工况2：调峰站主控系统检测到满足式(17)时，进入子循环程序继续判断是否满足式(18)条件；若同时满足式(17)和式(18)条件，则主控系统控制电解水装置停止制氢以及令发电机停运，主控系统启动释能设备利用存储的氢气燃烧释能转化成热能、冷能和汽能，满足电网平时段调度需求，主控系统所控制的相关设备具体工作状态如式(19)所示；
Figure FDA0003779530610000074
Figure FDA0003779530610000075
Figure FDA0003779530610000081
谷时段工况3：调峰站主控系统检测到同时满足式(17)和(20)时，主控系统将跳出子循环程序返回至控制程序的初始状态；
Figure FDA0003779530610000082
CN202110588187.1A 2021-05-28 2021-05-28 一种基于氢储能构建的多能联供式调峰站及调峰方法 Active CN113346528B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110588187.1A CN113346528B (zh) 2021-05-28 2021-05-28 一种基于氢储能构建的多能联供式调峰站及调峰方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110588187.1A CN113346528B (zh) 2021-05-28 2021-05-28 一种基于氢储能构建的多能联供式调峰站及调峰方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113346528A CN113346528A (zh) 2021-09-03
CN113346528B true CN113346528B (zh) 2022-09-30

Family

ID=77472210

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110588187.1A Active CN113346528B (zh) 2021-05-28 2021-05-28 一种基于氢储能构建的多能联供式调峰站及调峰方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113346528B (zh)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113994828A (zh) * 2021-09-16 2022-02-01 深圳市光脉科技有限公司 一种植物生长控制设备及方法
CN113834680B (zh) * 2021-10-20 2024-02-02 华北电力科学研究院有限责任公司 液化空气储能效率的故障测试方法、装置及系统
CN114413503B (zh) * 2022-01-19 2022-10-25 西安交通大学 可再生能源驱动的零碳高效的分布式供能系统及运行方法
CN114440295B (zh) * 2022-01-27 2022-12-09 西安交通大学 一种兼具风电平抑与热电解耦的压缩空气储能系统及方法
CN114526137A (zh) * 2022-01-30 2022-05-24 上海发电设备成套设计研究院有限责任公司 一种液态压缩空气储能与火电机组耦合的系统装置和方法
CN114629163A (zh) * 2022-03-03 2022-06-14 内蒙古工业大学 一种基于氢能冷热电联供系统
CN114977246A (zh) * 2022-05-09 2022-08-30 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种光伏电站制氢储能的方法及设备
CN114990601A (zh) * 2022-06-13 2022-09-02 潍柴动力股份有限公司 一种电能存储方法及装置
CN115051478B (zh) * 2022-06-23 2024-03-01 西安交通大学 一种氢电耦合的异质跨时间尺度复合储能系统及方法
CN115163294A (zh) * 2022-08-10 2022-10-11 清华海峡研究院（厦门） 一种电-氢耦合的能源系统及方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011060953A2 (en) * 2009-11-20 2011-05-26 Vandenborre Hydrogen Integrator Nv End-to-end energy management system
WO2013185783A1 (de) * 2012-06-11 2013-12-19 Arano-Trade Ltd. Energietransformations-system
CN205356219U (zh) * 2015-12-30 2016-06-29 武汉大学 一种风光气储互补的热电联产系统
CN111799821A (zh) * 2020-07-08 2020-10-20 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种带氢储能的能源系统及控制方法
CN112101756A (zh) * 2020-09-02 2020-12-18 合肥工业大学 数据驱动的多能互补能量枢纽负荷优化调度方法和系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011060953A2 (en) * 2009-11-20 2011-05-26 Vandenborre Hydrogen Integrator Nv End-to-end energy management system
WO2013185783A1 (de) * 2012-06-11 2013-12-19 Arano-Trade Ltd. Energietransformations-system
CN205356219U (zh) * 2015-12-30 2016-06-29 武汉大学 一种风光气储互补的热电联产系统
CN111799821A (zh) * 2020-07-08 2020-10-20 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种带氢储能的能源系统及控制方法
CN112101756A (zh) * 2020-09-02 2020-12-18 合肥工业大学 数据驱动的多能互补能量枢纽负荷优化调度方法和系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN113346528A (zh) 2021-09-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113346528B (zh) 一种基于氢储能构建的多能联供式调峰站及调峰方法
CN109687002B (zh) 一种分布式冷热电联供系统
CN113315151B (zh) 一种基于相变储能构建的综合能源调峰站及调峰方法
CN113446757B (zh) 基于氢能的风-火耦合冷热电联供系统
CN110748465B (zh) 一种氢储能太阳能燃煤耦合灵活发电系统及运行方法
CN108625988A (zh) 一种含压缩空气储能的cchp微网结构及其运行方法
CN112329259B (zh) 一种多能互补冷热电联供微电网框架及其建模方法
CN110826815A (zh) 一种考虑综合需求响应的区域综合能源系统运行优化方法
CN113572197A (zh) 基于氢储能的综合自洽能源微网配置方法及能量调控方法
CN110543157A (zh) 一种多能互补智慧供应热电氢的系统及方法
CN101635538A (zh) 太阳能发电系统及太阳能氢蓄能装置
CN115238987A (zh) 计及多类型低碳因素与需求响应的能效提升调度方法
CN114336745A (zh) 一种基于源网荷储的多能互补智慧能源系统及控制方法
CN114256885B (zh) 适应用户负荷需求变化的火电厂综合能源系统及调控方法
CN110991735A (zh) 一种考虑aa-caes的热电联供系统优化调度方法
CN214958724U (zh) 一种基于氢储能构建的多能源联供系统
CN115234965B (zh) 源网荷储协调的区域供热系统及方法
CN217215988U (zh) 一种氢电深度耦合的智能微网仿生能源系统
CN115660142A (zh) 一种园区综合能源系统源荷储协调优化调度方法
CN116154836A (zh) 一种基于新能源消纳的机组组合及其能源管理优化系统
Sun et al. Research on Coordinated and Optimized Operation of Electric-Thermal Energy System with Concentrated Solar Power Plant
CN216819400U (zh) 一种基于熔盐储能的虚拟电厂系统
CN218386949U (zh) 一种集装箱式可再生能源电热氢联产储能系统
CN117411041B (zh) 一种风光电氢热储多能互补的零碳排放分布式能源系统
CN114362152B (zh) 综合能源系统多时间尺度调度方法

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