CN114154255B - 电解水制氢系统中风力发电机选型推荐方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电解水制氢系统中风力发电机选型推荐方法，包括：收集风机不同机型功率曲线；筛选符合项目地处资源条件的风机机型功率曲线；得到当前条件下全部可行的机型组合；将各机型组合的功率曲线相加，作为混排选型的功率曲线；依据风机功率曲线，得到相关风速段的风频信息；根据电解水制氢设备的切入和饱和特性，令功率曲线中低于切入功率的风速段的发电功率等于0，令功率曲线中高于电解水制氢设备额定功率的出力等于电解水制氢设备的额定功率；构造评价指标；以评价指标为标准对各种机型组合进行排序，给出推荐的选型方案。本发明使得风力发电系统的出力特性更符合电解水系统的用能特性，总体上提升了绿氢系统的利用率水平。

Description

电解水制氢系统中风力发电机选型推荐方法
技术领域
本发明涉及风电制氢技术领域，尤其涉及一种电解水制氢系统中风力发电机选型推荐方法。
背景技术
现有风电制氢系统中，通常为了配合电解水设备的选型功率，选择相同功率的风力发电设备。如选址一台5MW的电解水制氢设备，通常会配套一台5MW以上容量的风力发电机。这种配置方式存在两个问题：
1、设计过程中制氢量与项目地资源情况相关性低。风力机选型时以最大发电量为目标，忽略了风机低风速段的表现对制氢系统可利用率的影响。
2、传统风力发为了设计方便忽略了混排可能带来的收益。
综上，传统风电场设计评价方法不能直接用于绿氢系统的配套风力发电设备选型方面。
发明内容
本发明的目的是提供一种电解水制氢系统中风力发电机选型推荐方法，从风力机功率曲线入手，利用项目地的测风数据，通过遍历机型库的方式，给出当前边界条件下，绿氢系统最优的风力发电机选型方案。
本发明提供了一种电解水制氢系统中风力发电机选型推荐方法，包括如下步骤：
(1)按照不同的风力机设计容量、湍流强度、空气密度信息，收集风机不同机型功率曲线；
(2)按湍流强度、空气密度，筛选符合项目地处资源条件的风机机型功率曲线；
(3)根据项目的设计容量，用遍历机型容量的方法，得到当前条件下全部可行的机型组合；
(4)将各机型组合的功率曲线相加，作为混排选型的功率曲线；
(5)按照IEC61400标准中的bin方法，处理测风数据，依据风机功率曲线，得到相关风速段的风频信息；
(5)根据电解水制氢设备的切入和饱和特性，令功率曲线中低于切入功率的风速段的发电功率等于0，令功率曲线中高于电解水制氢设备额定功率的出力等于电解水制氢设备的额定功率；
(6)构造评价指标I＝∑i风速段i的风频*风速段i的制氢功率均值；
(7)以评价指标I为标准对各种机型组合进行排序，给出推荐的选型方案。
借由上述方案，通过电解水制氢系统中风力发电机选型推荐方法，通过机型混排选型方法改善了现有风电制氢设备在二区的表现，使得风力发电系统的出力特性更符合电解水系统的用能特性，总体上提升了绿氢系统的利用率水平。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明一实施例中两种机组组合条件下的出力曲线；
图2是本发明一实施例中3.3MW机组轮毂高度处的风资源信息；
图3是本发明一实施例中6.6MW机组轮毂高度处的风资源信息。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本实施例提供了一种电解水制氢系统中风力发电机选型推荐方法，包括如下步骤：
(1)按照不同的风力机设计容量、湍流强度、空气密度等信息，收集风机不同机型功率曲线；
(2)按湍流强度、空气密度，筛选符合项目地处资源条件的风机机型功率曲线；
(3)根据项目的设计容量，用遍历机型容量的方法，得到当前条件下全部可行的机型组合；
(4)将各机型组合的功率曲线相加，作为混排选型的功率曲线；
(5)按照IEC61400标准中的bin方法，处理测风数据，依据风机功率曲线，得到相关风速段的风频信息；
(5)根据电解水制氢设备的切入和饱和特性，令功率曲线中低于切入功率的风速段的发电功率等于0，令功率曲线中高于电解水制氢设备额定功率的出力等于电解水制氢设备的额定功率；
(6)构造评价指标I＝∑i风速段i的风频*风速段i的制氢功率均值；
(7)以评价指标I为标准对各种机型组合进行排序，给出推荐的选型方案。
需要说明的是，风速段的划分可以参考IEC相关标准(以一米每秒为间隔划分风速段)，但为了提升本方法的实用性，给出更为准确的结果，可采用更为细致的划分方式，应视为本方案的类似方案；现有的风频数据受电解水制氢设备切入特性的影响，风频并非归一化的。基于风频数据的归一化等处理方法也应视为本方案的类似方案；基于风速、风频信息和功率曲线信息得出的等效利用小时数等指标应视为本方案的类似方案；步骤(3)给出了不同功率曲线的一种融合方式，其它(如加权)融合方式应视为本方案的类似方案；步骤(5)中对于功率曲线的处理中，修正值依据实际情况进行的适当缩放也应视为本发明的类似方案。
实施例1
首先从主机厂家处收集符合项目所在地空气密度和湍流强度要求的，容量为6.6MW以下机型的功率曲线；
以遍历的方式得到，只有2台3.3MW和1台6.6MW的机型，符合项目地的容量要求；
按照步骤(4)、(5)、(6)处理过的两种风力机组合的出力曲线和相应轮毂高度处的风频如图1至图3所示；图2虚线表示实测数据的风频拟合曲线，实线表示Weibull分布拟合曲线；图3虚线表示实测数据的风频拟合曲线，实线表示Weibull分布拟合曲线。
根据步骤(7)中要求，按制氢切入功率设为1.5MW，得到2台3.3MW条件下的指标I＝3696.922，一台6.6MW条件下的指标I＝2968.618。故项目所在地采用风机出力制氢条件下，2台3.3MW的风机要优于1台6.6MW的风机。
通过上述方法和计算指标，可以得到两台3.3MW的总发电功率曲线比1台6.6MW的风机可以更低的风速切入制氢，并能更早的达到额定功率。且大风切出时也具有较高的功率。按项目地的资源情况计算，两台3.3MW风机的可用于制氢的发电量，年可生产氢气约106吨。1台6.6MW风机的可用于制氢的发电量，年可生产氢气约67吨。推荐的选型结果与实施例中给出的结果一致。
此外，经过粗略概算可知，两台3.3MW风力机所需额外的塔筒、施工费用远低于寿命周期内制氢收益，故本方案具有较强的实施性。
该电解水制氢系统中风力发电机选型推荐方法，从风力机功率曲线入手，利用项目地的测风数据，通过遍历机型库的方式，给出当前边界条件下，绿氢系统最优的风力发电机选型方案，使得风力发电系统的出力特性更符合电解水系统的用能特性，总体上提升了绿氢系统的利用率水平。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种电解水制氢系统中风力发电机选型推荐方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)按照不同的风力机设计容量、湍流强度、空气密度信息，收集风机不同机型功率曲线；
(2)按湍流强度、空气密度，筛选符合项目地处资源条件的风机机型功率曲线；
(3)根据项目的设计容量，用遍历机型容量的方法，得到当前条件下全部可行的机型组合；
(4)将各机型组合的功率曲线相加，作为混排选型的功率曲线；
(5)按照IEC61400标准中的bin方法，处理测风数据，依据风机功率曲线，得到相关风速段的风频信息；
(5)根据电解水制氢设备的切入和饱和特性，令功率曲线中低于切入功率的风速段的发电功率等于0，令功率曲线中高于电解水制氢设备额定功率的出力等于电解水制氢设备的额定功率；
(6)构造评价指标I＝∑i风速段i的风频*风速段i的制氢功率均值；
(7)以评价指标I为标准对各种机型组合进行排序，给出推荐的选型方案。
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