氢能系统的平衡控制方法及系统与流程

本发明涉及新能源领域，尤其涉及一种氢能系统的平衡控制方法及系统。

背景技术：

1、随着不可再生能源被消耗，可再生新能源逐渐代替不可再生能源，其中，可再生新能源中的氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源，正逐步成为全球能源转型发展的重要载体之一，而氢能系统可以在电力、风力发电、光伏发电等电能的支撑下将氢气转换为氢能，但氢气转换为氢能过快与过慢时，会造成氢能系统生成的氢能量过多或过少，从而与用户所需求的氢能量不适配，因此，需平衡用户所需求的氢能量与氢能系统接收的氢气量，这样可以使得氢能系统基于接收的氢气量生成与用户所需求的氢能量适配的氢能量。

2、目前，存在一些方案实现了氢能系统的供应方功率与需求方功率之间的平衡，但少有方案实现供应方氢能量与需求方氢能量之间的平衡，进一步地，氢能系统的供应方功率与需求方功率之间的平衡的方案中并未考虑到氢能系统的供应方为多个供应方时，多个供应方供应的氢气如何生成氢能的问题，例如是每个供应方的氢气单独生成氢能还是多个供应方供应的氢气混合之后生成氢能，从而使得氢能系统的供应方与需求方之间的平衡不能贴合实际现状。因此，氢能系统的平衡控制方法应用性不强。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供了一种氢能系统的平衡控制方法及系统，可以提高氢能系统的平衡控制方法应用性。

2、第一方面，本发明提供了一种氢能系统的平衡控制方法，包括：

3、识别氢能系统的系统结构，其中，所述系统结构包括电制氢供应模块、天然氢供应模块、电制氢-天然氢混合模块、氢能制造模块、氢能需求模块；

4、采集所述氢能需求模块的氢能需求量与所述电制氢-天然氢混合模块的历史氢气浓度，基于所述历史氢气浓度，构建所述氢能制造模块的输入氢气与输出氢能之间的氢气转换氢能模型，并基于所述氢能需求量，利用所述氢气转换氢能模型计算所述电制氢-天然氢混合模块的混合氢气供应量，其中，所述输入氢气包括电制氢气与天然氢气；

5、构建所述电制氢供应模块的输入电能与输出氢气之间的电能转换氢气模型，并采集所述天然氢供应模块的天然氢气流速；

6、基于所述电能转换氢气模型与所述天然氢气流速，确定所述电制氢-天然氢混合模块中的电制氢-天然氢混合配比，基于所述电制氢-天然氢混合配比，利用所述混合氢气供应量分析所述电制氢供应模块的电制氢供应量和所述天然氢供应模块的天然氢供应量；

7、在所述电制氢-天然氢混合模块中混合所述天然氢供应量和所述电制氢供应量，得到混合氢供应量，以通过所述混合氢供应量完成所述天然氢供应量和所述电制氢供应量之间的天然氢-电制氢供应量平衡；

8、将所述混合氢供应量输入至所述氢能制造模块中，以在所述氢能制造模块中完成所述混合氢供应量与所述氢能需求量之间的供应-需求平衡；

9、将所述天然氢-电制氢供应量平衡与所述供应-需求平衡作为所述氢能系统的平衡控制结果。

10、在第一方面的一种可能实现方式中，所述基于所述历史氢气浓度，构建所述氢能制造模块的输入氢气与输出氢能之间的氢气转换氢能模型，包括：

11、利用下述公式列出所述输入氢气与所述输出氢能之间的化学反应式：

12、2h2+o2→2h2o+α

13、其中，2h2+o2→2h2o+α表示所述化学反应式，h2表示所述输入氢气，o2表示氧气，h2o表示水，α表示输入氢气与氧气发生化学反应后所产生的输出氢能；

14、基于所述历史氢气浓度，利用下述公式计算所述化学反应式中的水质量：

15、

16、其中，m1表示所述化学反应式中的水质量，ρ1表示所述化学反应式中输入氢气的历史氢气浓度，v1表示所述化学反应式中输入氢气的单位体积，0表示值为0的质量，ρ1v1-0表示输入氢气从刚开始反应时的充足量到反应后期变为0的量的过程，ρ2表示所述化学反应式中与输入氢气的浓度适配的氧气的浓度，v2所述化学反应式中与输入氢气的单位体积适配的氧气的体积，ρ2v2-0表示氧气从刚开始反应时的充足量到反应后期变为0的量的过程，v表示反应速率，与均表示反应时间；

17、基于所述水质量与所述化学反应式，构建所述输入氢气与所述输出氢能之间的氢气转换氢能模型。

18、在第一方面的一种可能实现方式中，所述基于所述水质量与所述化学反应式，构建所述输入氢气与所述输出氢能之间的氢气转换氢能模型，包括：

19、利用下述公式计算所述水质量的水能量：

20、

21、其中，e1表示所述水质量的水能量，m1表示所述水质量，c1表示所述水质量对应的水的比热容；

22、利用下述公式计算所述化学反应式中反应物的反应物能量：

23、

24、其中，e2表示所述反应物能量，m2表示化学反应式中输入氢气的质量，c2表示化学反应式中输入氢气的比热容，m3表示化学反应式中氧气的质量，c3表示化学反应式中氧气的比热容；

25、基于所述水能量与所述反应物能量，利用下述公式构建所述输入氢气与所述输出氢能之间的氢气转换氢能模型：

26、δh＝e1-e2

27、

28、其中，表示所述输入氢气与所述输出氢能之间的氢气转换氢能模型，δh表示所述输出氢能，e1表示所述水质量的水能量，m1表示所述水质量，c1表示所述水质量对应的水的比热容，e2表示所述反应物能量，m2表示化学反应式中输入氢气的质量，c2表示化学反应式中输入氢气的比热容，m3表示化学反应式中氧气的质量，c3表示化学反应式中氧气的比热容。

29、在第一方面的一种可能实现方式中，所述基于所述氢能需求量，利用所述氢气转换氢能模型计算所述电制氢-天然氢混合模块的混合氢气供应量，包括：

30、将所述氢能需求量作为所述氢气转换氢能模型中的输出氢能，以通过所述氢气转换氢能模型输出所述输出氢能量对应的输入氢气；

31、将所述输入氢气作为所述电制氢-天然氢混合模块的混合氢气供应量。

32、在第一方面的一种可能实现方式中，所述构建所述电制氢供应模块的输入电能与输出氢气之间的电能转换氢气模型，包括：

33、利用下述公式构建所述电制氢供应模块的输入电能与输出氢气之间的电能转换氢气模型：

34、

35、其中，y＝φxδt/ω表示所述输入电能与所述输出氢气之间的电能转换氢气模型，φ表示电能转换成氢能的转换率，x表示输入电能，ω表示氢气的高热值，δt表示时间段，y表示输出氢气。

36、在第一方面的一种可能实现方式中，所述基于所述电能转换氢气模型与所述天然氢气流速，确定所述电制氢-天然氢混合模块中的电制氢-天然氢混合配比，包括：

37、采集输入至所述氢能制造模块中的历史电能；

38、将所述历史电能输入至所述电能转换氢气模型中，以通过所述电能转换氢气模型输出所述历史电能对应的第一历史氢气；

39、在所述历史电能的历史时间段内，基于所述天然氢气流速，利用下述公式计算所述天然氢供应模块的第二历史氢气：

40、

41、其中，y'表示所述第二历史氢气，v'表示所述天然氢气流速，t表示所述历史时间段，u表示供应所述第二历史氢气的管道的截面上任意一点，u表示供应所述第二历史氢气的管道的截面的面积；

42、将所述第一历史氢气与所述第二历史氢气之比作为所述电制氢-天然氢混合配比。

43、在第一方面的一种可能实现方式中，所述基于所述电制氢-天然氢混合配比，利用所述混合氢气供应量分析所述电制氢供应模块的电制氢供应量和所述天然氢供应模块的天然氢供应量，包括：

44、基于所述电制氢-天然氢混合配比与所述混合氢气供应量，利用下述公式计算所述电制氢供应模块的电制氢供应量：

45、

46、其中，e电表示所述电制氢供应量，e混表示所述混合氢气供应量，s电：s天表示所述电制氢-天然氢混合配比；

47、基于所述电制氢-天然氢混合配比与所述混合氢气供应量，利用下述公式计算所述天然氢供应模块的天然氢供应量：

48、

49、其中，e天表示所述天然氢供应量，e混表示所述混合氢气供应量，s电：s天表示所述电制氢-天然氢混合配比。

50、在第一方面的一种可能实现方式中，所述在所述电制氢-天然氢混合模块中混合所述天然氢供应量和所述电制氢供应量，得到混合氢供应量，包括：

51、基于预设的单位时间内的混合氢供应量，确定所述天然氢供应量和所述电制氢供应量之间的混合时间；

52、根据所述混合时间，在所述电制氢-天然氢混合模块中混合所述天然氢供应量和所述电制氢供应量，得到混合氢供应量。

53、在第一方面的一种可能实现方式中，所述在所述氢能制造模块中完成所述混合氢供应量与所述氢能需求量之间的供应-需求平衡，包括：

54、将所述混合氢供应量输入至所述氢能制造模块中之后，通过所述氢能制造模块输出所述混合氢供应量对应的氢能；

55、利用所述混合氢供应量对应的氢能与所述氢能需求量之间的平衡完成所述混合氢供应量与所述氢能需求量之间的供应-需求平衡。

56、第二方面，本发明提供了一种氢能系统的平衡控制系统，所述系统包括：

57、结构识别模块，用于识别氢能系统的系统结构，其中，所述系统结构包括电制氢供应模块、天然氢供应模块、电制氢-天然氢混合模块、氢能制造模块、氢能需求模块；

58、供应计算模块，用于采集所述氢能需求模块的氢能需求量与所述电制氢-天然氢混合模块的历史氢气浓度，基于所述历史氢气浓度，构建所述氢能制造模块的输入氢气与输出氢能之间的氢气转换氢能模型，并基于所述氢能需求量，利用所述氢气转换氢能模型计算所述电制氢-天然氢混合模块的混合氢气供应量，其中，所述输入氢气包括电制氢气与天然氢气；

59、流速采集模块，用于构建所述电制氢供应模块的输入电能与输出氢气之间的电能转换氢气模型，并采集所述天然氢供应模块的天然氢气流速；

60、供应分析模块，用于基于所述电能转换氢气模型与所述天然氢气流速，确定所述电制氢-天然氢混合模块中的电制氢-天然氢混合配比，基于所述电制氢-天然氢混合配比，利用所述混合氢气供应量分析所述电制氢供应模块的电制氢供应量和所述天然氢供应模块的天然氢供应量；

61、供应平衡模块，用于在所述电制氢-天然氢混合模块中混合所述天然氢供应量和所述电制氢供应量，得到混合氢供应量，以通过所述混合氢供应量完成所述天然氢供应量和所述电制氢供应量之间的天然氢-电制氢供应量平衡；

62、供需平衡模块，用于将所述混合氢供应量输入至所述氢能制造模块中，以在所述氢能制造模块中完成所述混合氢供应量与所述氢能需求量之间的供应-需求平衡；

63、结果确定模块，用于将所述天然氢-电制氢供应量平衡与所述供应-需求平衡作为所述氢能系统的平衡控制结果。

64、与现有技术相比，本方案的技术原理及有益效果在于：

65、本发明实施例通过基于所述历史氢气浓度，构建所述氢能制造模块的输入氢气与输出氢能之间的氢气转换氢能模型，以用于利用用于对氢能的需求量反推氢能制造模块需要输入的氢气量，进一步地，本发明实施例通过基于所述氢能需求量，利用所述氢气转换氢能模型计算所述电制氢-天然氢混合模块的混合氢气供应量，以用于基于所述氢气转换氢能模型的氢气输入量来确定所述电制氢-天然氢混合模块应产出的氢气量，本发明实施例通过构建所述电制氢供应模块的输入电能与输出氢气之间的电能转换氢气模型，以用于确定所述电制氢供应模块在某时间段内的氢气产出量，本发明实施例通过基于所述电能转换氢气模型与所述天然氢气流速，确定所述电制氢-天然氢混合模块中的电制氢-天然氢混合配比，以用于在后续将多个供应氢气的氢气源进行混合，得到整体的混合的氢气量，进一步地，本发明实施例通过基于所述电制氢-天然氢混合配比，利用所述混合氢气供应量分析所述电制氢供应模块的电制氢供应量和所述天然氢供应模块的天然氢供应量，以用于基于混合氢气供应量反推电制氢供应模块应输出的氢气量和天然氢供应模块应输出的氢气量，本发明实施例通过在所述电制氢-天然氢混合模块中混合所述天然氢供应量和所述电制氢供应量，以用于基于预先计算好的天然氢供应量和电制氢供应量，来对电制氢气和天然氢气进行混合，从而在后续生成可以用于制造氢能的混合氢气。因此，本发明实施例提出的一种氢能系统的平衡控制方法及系统，可以提高氢能系统的平衡控制方法应用性。