专利名称：独立式光伏燃料电池电热联供能源系统容量配置方法
技术领域：
本发明涉及一种独立式光伏燃料电池电热联供能源系统，尤其涉及该种能源系统的容量配置方法，属于新能源技术领域。
背景技术：
中国偏远的西北地区环境恶劣、地域广阔且居民居住分散，大电网难以覆盖，该地区冬天供暖采用煤炭等污染严重且存储量有限的化石资源，但该地区却拥有非常丰富的太阳能资源。独立式光伏燃料电池电热联供分布式能源系统可以充分利用该地区丰富的太阳能，以解决该地区用电供暖的难题。由于太阳能具有随机和间断的特性，独立式光伏能源系统要实现全年连续稳定的能源供应，必须采用必要的能源存储设备。蓄电池是一种传统的能源存储方式，技术较成熟，能源转换效率较高，但蓄电池用于能源存储的初始投资成本较高，且蓄电池的寿命较短，使用过程中可能要追加蓄电池的置换成本。因此，蓄电池并不是长期存储大量能源的最佳选择。以氢气为燃料的燃料电池是一种高效清洁的发电设备，其发电产物一般只有水，电能转换效率可达40%左右；同时由于氢能具有可储性，可使用电解池将光伏电能转换为氢能，利用寿命长、价格低的氢气罐来长期存储大量氢能，为燃料电池发电提供充足的燃料；另外，利用燃料电池发电时产生的废热可满足用户的热水和供暖需求，实现电热联供，可使燃料电池能源转换效率达到80%左右，从而进一步提高太阳能的利用率，节省住户在供暖和使用热水方面的支出。由于光伏能源系统投资成本高，太阳能本身也受季节、天气和时间的影响很大，光伏阵列及其它系统元件的配置容量不能使用常规方法来设计。光伏能源系统在满足负载需求实现能源全年供需平衡的同时，也要考虑到整个光伏能源系统的投资成本和系统效率等问题，需要在系统实际投资建设以前合理配置系统各元件容量，在保证系统的可靠性，提高系统运行效率的同时，要避免不必要的投资，以免造成浪费。中国专利申请号为200910081746. 9，发明名称为“以固体氧化物燃料电池为发电装置的热泵型热电联供系统”的专利文献提及一种基于燃料电池热电联供系统，但该系统并未将燃料电池与光伏电能相结合，也未给出系统的容量配置方法。中国专利申请号为201010192735. 0，发明名称为“混合能源发电系统的装置容量配置方法”的专利文献提及一种基于混合储能的容量配置方法，但该系统主要面向并网系统，并且仅提供电能，同时其配置方法主要以成本为评价指标。澳大利亚皇家墨尔本理工大学Bahman Shabani等发表在《Hydrogen Energy))的((Anexperimental investigation of a PEM fuel cell to supply both heat and powerin a solar-hydrogenRAPS system》中通过实验验证了电热联供可大幅提高光伏燃料电池系统的能源利用效率；丹麦奥尔堡大学AndersR. Korsgaard等发表在《Hydrogen Energy》的《Part one A novel model ofHTPEM—based micro-combined heat and power fuel cellsystem))中给出了基于质子交换膜燃料电池的电热联供系统的仿真模型；清华大学的赵玺灵等发表在《华北电力大学学报》的《燃料电池冷热电联供系统的技术评价指标研究》中给出了基于燃料电池的冷热电联供系统的性能评价方法。但是，上述文献均未提供针对于独立式光伏燃料电池电热联供能源系统的容量配置方法，以解决合理配置系统各元件容量，保证运行、避免投资浪费这一技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供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，在满足用户全年的电热需求的前提下，最大限度的提高系统的能源利用效率和降低系统投资成本。本发明的目的通过以下技术方案予以实现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I)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Sf。为燃料电池的额定功率；Plmax为负载的最大额定功率；E_vertOT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))Vl(t)>0, t G [I, 8760]式中S.为电解池的额定功率；Vl(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；
权利要求
1.一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O; 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
2.如权利要求1所述的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，所述步骤2)中的氢罐容量以日电热能源需求量为单位，确定氢罐容量为M，M取值范围为I 365，分别计算M不同取值时，即氢罐容量可满足I年中不同天数时的系统配置及其性能指标。
全文摘要
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。
文档编号H01M8/04GK102983618SQ20121046919
公开日2013年3月20日 申请日期2012年11月19日 优先权日2012年11月19日
发明者李春华, 刘维亭, 王玉龙, 伍雪冬, 杜昭平 申请人:江苏科技大学