CN117409878A - 一种基于aem技术的高效能源管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高效能源管理领域，且公开了一种基于AEM技术的高效能源管理系统，包括电解质水区域划分模块、各区域数据采集模块、数据处理模块、产能稳定性预估模块、产能稳定性判断模块、人机交互模块，系统通过将阴阳极附近的电解质水划分成n个监测子区域，采集各区域内的氢氧浓度参数，温度参数和压力参数，并计算得出氢氧浓度混合变化系数、反应速率变化系数和压力变化系数，根据得到的系数计算得出再计算出产能稳定系数，将产能稳定系数与标准稳定系数阈值对比并将结果通过可视化界面提告给作业人员，旨在提供一种稳定高效的能源监控管理，有利于实现绿色氢能源的高效利用和环境保护。

Description

一种基于AEM技术的高效能源管理系统

技术领域

本发明涉及高效能源管理领域，更具体地涉及一种基于AEM技术的高效能源管理系统。

背景技术

随着全球对环境保护和可持续发展的重视，氢能源的发展逐渐成为全球能源领域的热点，氢能源作为一种新型能源，具有清洁低碳、灵活高效的特点，能够帮助可再生能源大规模消纳，实现电网大规模调峰和跨季节、跨地域储能，可广泛应用于能源、交通运输、工业、建筑等领域，因此高效节能的制备绿氢能源显得尤为重要。

现有的中国专利CN202310015727.6公开了一种PEM制氢加氢一体化系统和制氢控制方法，利用PEM质子交换膜隔绝氢气和氧气，通过根据不同的水温来采用不同的电流、调节出气压力，提高不同温度下的制备氢气的效率，有效的利用资源，但是相较于AEM来说PEM的使用成本较高，且此方法只仅通过不同水温调节电流和出气压力来提高制备氢气的效率，没有检测交换膜的通透性对氢气浓度的影响，获取温度的方式也较为简单，一定程度上影响制氢效率。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种基于AEM技术的高效能源管理系统，以解决上述背景技术中存在的问题。

本发明提供如下技术方案：一种基于AEM技术的高效能源管理系统，包括：

电解质水区域划分模块：用于将待监测的电极管附近一半水域的电解质水等体积划分为n个监测子区域，依次记为a1,a2,...,an，其中每个监测子区域确定为目标监测子区域。

各区域数据采集模块：用于采集各监测子区域内的氢氧浓度参数，温度参数和压力参数；

数据处理模块：包括氢氧浓度采集单元，温度采集单元和压力采集单元，所述氢氧浓度采集单元用于将采集到的氢氧浓度参数传送至氢氧浓度数学模型中得到氢氧浓度混合变化系数，所述温度采集单元用于将采集到的温度参数传送至反应速率数学模型中得到反应速率变化系数，所述压力采集单元用于将采集到的压力参数传送至压力变化数学模型中得到压力变化系数；

产能稳定性预估模块：用于将数据处理模块得到的氢氧浓度混合变化系数、反应速率变化系数和压力变化系数传送至产能稳定数学模型中得到产能稳定系数，将数据传输至产能稳定性判断模块；

产能稳定性判断模块：用于将制氢稳定性预估模块得到产能稳定系数与标准稳定系数阈值对比，将判断结果传送至人机交互模块；

人机交互模块：用于将制氢稳定性判断模块的判断结果通过可视化界面传送给作业人员。

优选的，所述氢氧浓度参数的具体获取方式为：在目标监测子区域内等距离取若干个点依次记作b1,b2,...,bn，并在各监测子区域内设置气体传感器，采集单位时间t及其内阴极附近各监测子区域的氢气浓度和氧气浓度以及阳极附近各监测子区域的氢气浓度和氧气浓度。

优选的，所述温度参数的获取方式为：在目标监测子区域内等距离取若干个点依次记作c1,c2,...,cn，并在各监测子区域内设置温度传感器，每隔单位时间t采集每个点的温度大小。

优选的，所述压力参数的具体获取方式为：在目标监测子区域内等距离取若干个点依次记作d1,d2,...,dn，并在各监测子区域内设置压力传感器，每隔单位时间t采集每个点的压力大小。

优选的，所述氢氧浓度混合变化系数的具体计算过程为：

根据公式计算得出阴极附近各监测子区域的氢氧浓度比，所述H_i为阴极附近目标监测子区域内第i个点的氢气浓度，H_i-1为阴极附近目标监测子区域内第i-1个点的氢气浓度，O_i为阴极附近目标监测子区域内第i个点的氢气浓度，O_i-1为阴极附近目标监测子区域内第i-1个点的氧气浓度，根据公式/>计算得出阳极附近各监测子区域的氢氧浓度比，所述H_i ^’为阳极附近目标监测子区域内第i个点的氢气浓度，H_i-1 ^’为阳极附近目标监测子区域内第i-1个点的氢气浓度，O_i ^’为阳极附近目标监测子区域内第i个点的氢气浓度，O_i-1 ^’为阳极附近目标监测子区域内第i-1个点的氧气浓度，计算出氢氧浓度混合变化系数/>，所述S为氢氧浓度混合变化系数，t为单位时间，所述氢氧浓度混合变化系数反映了AEM阴离子交换膜的性能。

优选的，所述反应速率变化系数的具体计算过程为：

根据采集到的温度数据计算出目标监测区域内的平均温度，其中Ti表示第i个点的温度大小，根据阿伦尼乌斯公式/>计算出目标监测区域的反应速率，其中k表示目标监测区域的反应速率，A为频率因子，E_a为表现活化能，R为摩尔气体常量，T为目标监测区域的平均温度，根据公式/>计算出反应速率变化系数，其中K为反应速率变化系数，k_i为第i 个监测区域内的反应速率，t为单位时间。

优选的，所述压力变化系数的计算公式为，其中F 表示压力变化系数，f_i表示目标监测区域内第i个点的压力大小，f_i-1表示目标监测区域内第i-1个点的压力大小，t表示单位时间。

优选的，所述产能稳定系数的计算公式为，其中表示产能稳定系数，α表示氢氧浓度混合变化系数的影响因子，a为常数。

优选的，所述产能稳定性判断模块的具体判断方式为：

将得到产能稳定系数与标准稳定系数阈值对比，若得到产能稳定系数超出标准稳定系数阈值范围，说明制氢效率较为低下，可能存在温度或压力存在过高或过低的情况，若得到产能稳定系数在标准稳定系数阈值范围内，说明制氢效率较高。

本发明的技术效果和优点：

本发明提供了一种基于AEM技术的高效能源管理系统，包括电解质水区域划分模块、各区域数据采集模块、数据处理模块、产能稳定性预估模块、产能稳定性判断模块、人机交互模块，通过电解质水区域划分模块将待检测的阴阳极附近的电解质水划分为多个监测子区域，为后续全面监测阴阳极附近的水域质量提供了便利，通过各区域数据采集模块采集目标区域内的氢氧浓度参数，温度参数和压力参数，再通过数据处理模块将得到的氢氧浓度参数，温度参数和压力参数进行数据预处理得到氢氧浓度混合变化系数、反应速率变化系数和压力变化系数，通过产能稳定性预估模块将得到的氢氧浓度混合变化系数、反应速率变化系数和压力变化系数进行数据再处理得到产能稳定系数，再通过产能稳定性判断模块将产能稳定系数与标准稳定系数阈值对比，输出对比结果，最终通过人机交互模块将对比结果通过可视化界面传送给作业人员，提供一种了一种稳定高效的能源监控管理，有利于实现绿色能源的高效利用。

附图说明

图1为本发明的系统流程结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，另外，在以下的实施方式中记载的各结构的形态只不过是例示，本发明所涉及的一种基于AEM技术的高效能源管理系统并不限定于在以下的实施方式中记载的各结构，在本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种基于AEM技术的高效能源管理系统，包括电解质水区域划分模块、各区域数据采集模块、数据处理模块、产能稳定性预估模块、产能稳定性判断模块、人机交互模块。

所述电解质水区域划分模块与各区域数据采集模块连接，所述各区域数据采集模块与数据处理模块连接，所述数据处理模块与产能稳定性预估模块连接，所述产能稳定性预估模块与产能稳定性判断模块连接，所述产能稳定性判断模块与人机交互模块连接。

所述电解质水区域划分模块用于将待监测的电极管附近一半水域的电解质水等体积划分为n个监测子区域，依次记为a1,a2,...,an，其中每个监测子区域确定为目标监测子区域。

本实施例中，需要具体说明的是，所述电解质水区域划分模块将电解质水划分为n个监测子区域，有利于后续全面监测阴阳极附近的水域质量指标。

所述各区域数据采集模块用于采集各监测子区域内的氢氧浓度参数，温度参数和压力参数；

本实施例中，所述氢氧浓度参数的具体获取方式为：在目标监测子区域内等距离取若干个点依次记作b1,b2,...,bn，并在各监测子区域内设置气体传感器，采集单位时间t及其内阴极附近各监测子区域的氢气浓度和氧气浓度以及阳极附近各监测子区域的氢气浓度和氧气浓度。

所述温度参数的获取方式为：在目标监测子区域内等距离取若干个点依次记作c1,c2,...,cn，并在各监测子区域内设置温度传感器，每隔单位时间t采集每个点的温度大小。

所述压力参数的具体获取方式为：在目标监测子区域内等距离取若干个点依次记作d1,d2,...,dn，并在各监测子区域内设置压力传感器，每隔单位时间t采集每个点的压力大小。

需要具体说明的是，所述单位时间t可以是30分钟也可以是40分钟，具体情况需根据实际需求确定，本实施例不作具体的限定和延伸。

所述数据处理模块包括氢氧浓度采集单元，温度采集单元和压力采集单元，所述氢氧浓度采集单元用于将采集到的氢氧浓度参数传送至氢氧浓度数学模型中得到氢氧浓度混合变化系数，所述温度采集单元用于将采集到的温度参数传送至反应速率数学模型中得到反应速率变化系数，所述压力采集单元用于将采集到的压力参数传送至压力变化数学模型中得到压力变化系数；

本实施例中，需要具体说明的是，所述氢氧浓度混合变化系数的具体计算过程为：

根据公式计算得出阴极附近各监测子区域的氢氧浓度比，所述H_i为阴极附近目标监测子区域内第i个点的氢气浓度，H_i-1为阴极附近目标监测子区域内第i-1个点的氢气浓度，O_i为阴极附近目标监测子区域内第i个点的氢气浓度，O_i-1为阴极附近目标监测子区域内第i-1个点的氧气浓度，根据公式/>计算得出阳极附近各监测子区域的氢氧浓度比，所述H_i ^’为阳极附近目标监测子区域内第i个点的氢气浓度，H_i-1 ^’为阳极附近目标监测子区域内第i-1个点的氢气浓度，O_i ^’为阳极附近目标监测子区域内第i个点的氢气浓度，O_i-1 ^’为阳极附近目标监测子区域内第i-1个点的氧气浓度，计算出氢氧浓度混合变化系数/>，所述S为氢氧浓度混合变化系数，t为单位时间，所述氢氧浓度混合变化系数反映了AEM阴离子交换膜的性能。

所述反应速率变化系数的具体计算过程为：

根据采集到的温度数据计算出目标监测区域内的平均温度，其中Ti表示第i个点的温度大小，根据阿伦尼乌斯公式/>计算出目标监测区域的反应速率，其中k表示目标监测区域的反应速率，A为频率因子，E_a为表现活化能，R为摩尔气体常量，T为目标监测区域的平均温度，根据公式/>计算出反应速率变化系数，其中K为反应速率变化系数，k_i为第i 个监测区域内的反应速率，t为单位时间；

所述压力变化系数的计算公式为，其中F 表示压力变化系数，f_i表示目标监测区域内第i个点的压力大小，f_i-1表示目标监测区域内第i-1个点的压力大小，t表示单位时间。

所述产能稳定性预估模块用于将数据处理模块得到的氢氧浓度混合变化系数、反应速率变化系数和压力变化系数传送至产能稳定数学模型中得到产能稳定系数，将数据传输至产能稳定性判断模块；

本实施例中，所述产能稳定系数的计算公式为，其中表示产能稳定系数，α表示氢氧浓度混合变化系数的影响因子，a为常数。

需要具体说明的是，所述α为其他气体影响造成和误差，但对本实施例的影响较小，本实施例不作具体的限定和延伸。

所述产能稳定性判断模块用于将制氢稳定性预估模块得到产能稳定系数与标准稳定系数阈值对比，将判断结果传送至人机交互模块；

本实施例中，所述产能稳定性判断模块的具体判断方式为：

将得到产能稳定系数与标准稳定系数阈值对比，若得到产能稳定系数超出标准稳定系数阈值范围，说明制氢效率较为低下，可能存在温度或压力存在过高或过低的情况，若得到产能稳定系数在标准稳定系数阈值范围内，说明制氢效率较高；

所述人机交互模块用于将制氢稳定性判断模块的判断结果通过可视化界面传送给作业人员。

本实施例中，需要具体说明的是，用于使用一种基于AEM技术的高效能源管理系统的方法包括以下步骤：

本实施例中，需要具体说明的是，本实施与现有技术的区别主要在于本实例提供了一种基于AEM技术的高效能源管理系统，包括电解质水区域划分模块、各区域数据采集模块、数据处理模块、产能稳定性预估模块、产能稳定性判断模块、人机交互模块，通过电解质水区域划分模块将待检测的阴阳极附近的电解质水划分为多个监测子区域，为后续全面监测阴阳极附近的水域质量提供了便利，通过各区域数据采集模块采集目标区域内的氢氧浓度参数，温度参数和压力参数，再通过数据处理模块将得到的氢氧浓度参数，温度参数和压力参数进行数据预处理得到氢氧浓度混合变化系数、反应速率变化系数和压力变化系数，通过产能稳定性预估模块将得到的氢氧浓度混合变化系数、反应速率变化系数和压力变化系数进行数据再处理得到产能稳定系数，再通过产能稳定性判断模块将产能稳定系数与标准稳定系数阈值对比，输出对比结果，最终通过人机交互模块将对比结果通过可视化界面传送给作业人员，提供一种了一种稳定高效的能源监控管理，有利于实现绿色能源的高效利用。

最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种基于AEM技术的高效能源管理系统，其特征在于：包括：

电解质水区域划分模块：用于将待监测的电极管附近一半水域的电解质水等体积划分为n个监测子区域，依次记为a1,a2,...,an，其中每个监测子区域确定为目标监测子区域；

各区域数据采集模块：于采集各监测子区域内的氢氧浓度参数，温度参数和压力参数；

数据处理模块：包括氢氧浓度采集单元，温度采集单元和压力采集单元，所述氢氧浓度采集单元用于将采集到的氢氧浓度参数传送至氢氧浓度数学模型中得到氢氧浓度混合变化系数，所述温度采集单元用于将采集到的温度参数传送至反应速率数学模型中得到反应速率变化系数，所述压力采集单元用于将采集到的压力参数传送至压力变化数学模型中得到压力变化系数；

产能稳定性预估模块：用于将数据处理模块得到的氢氧浓度混合变化系数、反应速率变化系数和压力变化系数传送至产能稳定数学模型中得到产能稳定系数，将数据传输至产能稳定性判断模块；

产能稳定性判断模块：用于将制氢稳定性预估模块得到产能稳定系数与标准稳定系数阈值对比，将判断结果传送至人机交互模块；

人机交互模块：用于将制氢稳定性判断模块的判断结果通过可视化界面传送给作业人员。

2.根据权利要求1所述的一种基于AEM技术的高效能源管理系统，其特征在于：所述氢氧浓度参数的具体获取方式为：在目标监测子区域内等距离取若干个点依次记作b1,b2,...,bn，并在各监测子区域内设置气体传感器，采集单位时间t及其内阴极附近各监测子区域的氢气浓度和氧气浓度以及阳极附近各监测子区域的氢气浓度和氧气浓度。

3.根据权利要求1所述的一种基于AEM技术的高效能源管理系统，其特征在于：所述温度参数的获取方式为：在目标监测子区域内等距离取若干个点依次记作c1,c2,...,cn，并在各监测子区域内设置温度传感器，每隔单位时间t采集每个点的温度大小。

4.根据权利要求1所述的一种基于AEM技术的高效能源管理系统，其特征在于：所述压力参数的具体获取方式为：在目标监测子区域内等距离取若干个点依次记作d1,d2,...,dn，并在各监测子区域内设置压力传感器，每隔单位时间t采集每个点的压力大小。

5.根据权利要求1所述的一种基于AEM技术的高效能源管理系统，其特征在于：所述氢氧浓度混合变化系数的具体计算过程为：

根据公式计算得出阴极附近各监测子区域的氢氧浓度比，所述H_i为阴极附近目标监测子区域内第i个点的氢气浓度，H_i-1为阴极附近目标监测子区域内第i-1个点的氢气浓度，O_i为阴极附近目标监测子区域内第i个点的氢气浓度，O_i-1为阴极附近目标监测子区域内第i-1个点的氧气浓度，根据公式/>计算得出阳极附近各监测子区域的氢氧浓度比，所述H_i ^’为阳极附近目标监测子区域内第i个点的氢气浓度，H_i-1 ^’为阳极附近目标监测子区域内第i-1个点的氢气浓度，O_i ^’为阳极附近目标监测子区域内第i个点的氢气浓度，O_i-1 ^’为阳极附近目标监测子区域内第i-1个点的氧气浓度，计算出氢氧浓度混合变化系数/>，所述S为氢氧浓度混合变化系数，t为单位时间，所述氢氧浓度混合变化系数反映了AEM阴离子交换膜的性能。

6.根据权利要求1所述的一种基于AEM技术的高效能源管理系统，其特征在于：所述反应速率变化系数的具体计算过程为：

根据采集到的温度数据计算出目标监测区域内的平均温度，其中Ti表示第i个点的温度大小，根据阿伦尼乌斯公式/>计算出目标监测区域的反应速率，其中k表示目标监测区域的反应速率，A为频率因子，E_a为表现活化能，R为摩尔气体常量，T为目标监测区域的平均温度，根据公式/>计算出反应速率变化系数，其中K为反应速率变化系数，k_i为第i 个监测区域内的反应速率，t为单位时间。

7.根据权利要求1所述的一种基于AEM技术的高效能源管理系统，其特征在于：所述压力变化系数的计算公式为，其中F 表示压力变化系数，f_i表示目标监测区域内第i个点的压力大小，f_i-1表示目标监测区域内第i-1个点的压力大小，t表示单位时间。

8.根据权利要求1所述的一种基于AEM技术的高效能源管理系统，其特征在于：所述产能稳定系数的计算公式为，其中表示产能稳定系数，α表示氢氧浓度混合变化系数的影响因子，a为常数。

9.根据权利要求1所述的一种基于AEM技术的高效能源管理系统，其特征在于：所述产能稳定性判断模块的具体判断方式为：

将得到产能稳定系数与标准稳定系数阈值对比，若得到产能稳定系数超出标准稳定系数阈值范围，说明制氢效率较为低下，可能存在温度或压力存在过高或过低的情况，若得到产能稳定系数在标准稳定系数阈值范围内，说明制氢效率较高。