一种适应能源波动特性的电解槽功率平衡的高效运行方法与流程

本发明属于电解制氢的，具体涉及一种适应能源波动特性的电解槽功率平衡的高效运行方法。

背景技术：

1、电解制氢多并一系统是指多台电解槽共用一个气液分离装置的水电解制氢系统。以往多并一系统中各电解槽的供电来自稳定的电网，此时电解槽均运行在额定工况下，产氢量及效率基本一致且不变。目前我国正积极提升可再生能源制氢产能，大规模使用绿氢替代灰氢、蓝氢，助力工业、交通、建筑等领域实现深度脱碳。

2、可再生能源具有波动性和间接性，如光伏在早晚或阴雨天的光伏输出能量较低，多并一系统中的电解槽并不能都工作在额定工况下，各个电解槽的工作功率具有动态性，较大的影响了制氢的效率。例如，部分电解槽由于要响应风光的波动性和间歇性，将工作在30%~110%负荷区间，而另部分电解槽将工作在60%~80%负荷区间来提供最高效的产氢负荷的部分。因此，需要合理平衡多并一系统中各个电解槽的功率分配比例。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种适应能源波动特性的电解槽功率平衡的高效运行方法，旨在解决上述的问题。

2、本发明主要通过以下技术方案实现：

3、一种适应能源波动特性的电解槽功率平衡的高效运行方法，包括若干组电解制氢多并一系统，相邻组之间在动槽状态和静槽状态之间进行控制轮转；针对静槽状态的一组电解制氢多并一系统，包括以下步骤：

4、步骤s1：判断电解制氢多并一系统当前是否处于稳定工作状态阶段；若是，则进入步骤s2；

5、步骤s2：根据电解槽的产氢效率曲线，分析得到电解制氢多并一系统下各电解槽在最高运行效率点ηs时的最佳运行功率 p s；

6、步骤s3：基于目标函数优化电解制氢多并一系统，确定各电解槽的最优运行功率 p t，

7、步骤s4：根据各电解槽的最优运行功率 p t，设定各电解槽的升降功率值，同时设定升功率变化率和降功率变化率，使得升降功率过程中均保持总功率不变；

8、步骤s5：执行各电解槽的最优运行功率 p s，使得电解制氢多并一系统总体处于该稳定工作状态的最佳产氢效率点。

9、为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤s1中，通过分析风光出力曲线，并结合产氢需求曲线，判断电解制氢多并一系统当前是否处于稳定工作状态。

10、为了更好地实现本发明，进一步地，以风光出力确定产氢量的情况，采集当前风光出力曲线，若风光出力在设定阈值时间间隔内保持不变，则当前电解制氢多并一系统的输入功率稳定，当前电解制氢多并一系统处于稳定工作状态。

11、为了更好地实现本发明，进一步地，以产氢需求确定风光出力的情况，采集产氢需求曲线，若产氢需求曲线在设定阈值时间间隔内存在产氢需求不变，则当前电解制氢多并一系统处于稳定工作状态。

12、为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤s3包括以下步骤：

13、设定目标函数：

14、

15、约束条件：

16、

17、

18、其中，n为电解制氢多并一系统的电解槽的数量；

19、 p a为电解制氢多并一系统的总功率，

20、 p n为电解槽的额定功率；

21、当目标函数值最小时，则在总功率 p a一定的情况下，产氢效率最高，通过遗传算法求得在目标函数最小时的 p t。

22、为了更好地实现本发明，进一步地，步骤s4中，各电解槽的升降功率值 pδ t计算公式如下：

23、

24、其中， p t '为电解槽之前的运行功率；

25、当 pδ t＜0时，则电解槽降负荷；

26、当 pδ t＞0时，则电解槽升负荷；

27、当 pδ t=0时，则电解槽功率不变。

28、本发明的有益效果如下：

29、本发明的控制策略是以一组为单位（多并一系统为一组），组与组之间会进行控制轮转，比如9点-10点第一组多并一系统控制为动槽系统，则在这段时间内的光伏变化全由该组来进行响应，其他组保持功率恒定。当第一组多并一系统轮转为静槽系统后，第一组多并一系统将功率恒定不变，此时就可以进入单组电解槽系统的最优化控制。与现有的技术的区别在于，本发明的控制策略主要针对多组多并一系统，现有的控制只是针对单槽来进行优化控制，并未考虑到不同组别的轮转，以及轮转后的优化控制。多并一电解槽系统是节约系统成本的有效方案，后续为了节约成本有可能都会采用多并一的方案，本发明解决了在成本最优的方案下的优化控制问题。

30、本发明基于可再生能源的供电波动性和间接性的特点，进行动态优化电解制氢多并一系统各个电解槽的运行功率，使每个供电稳态阶段的产氢效率最佳，基于目标函数的优化方法使各个电解槽的功率平衡更加精确，具有较好的实用性。

技术特征：

1.一种适应能源波动特性的电解槽功率平衡的高效运行方法，其特征在于，包括若干组电解制氢多并一系统，相邻组之间在动槽状态和静槽状态之间进行控制轮转；针对静槽状态的一组电解制氢多并一系统，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种适应能源波动特性的电解槽功率平衡的高效运行方法，其特征在于，所述步骤s1中，通过分析风光出力曲线，并结合产氢需求曲线，判断电解制氢多并一系统当前是否处于稳定工作状态。

3.根据权利要求2所述的一种适应能源波动特性的电解槽功率平衡的高效运行方法，其特征在于，以风光出力确定产氢量的情况，采集当前风光出力曲线，若风光出力在设定阈值时间间隔内保持不变，则当前电解制氢多并一系统的输入功率稳定，当前电解制氢多并一系统处于稳定工作状态。

4.根据权利要求2所述的一种适应能源波动特性的电解槽功率平衡的高效运行方法，其特征在于，以产氢需求确定风光出力的情况，采集产氢需求曲线，若产氢需求曲线在设定阈值时间间隔内存在产氢需求不变，则当前电解制氢多并一系统处于稳定工作状态。

5.根据权利要求1所述的一种适应能源波动特性的电解槽功率平衡的高效运行方法，其特征在于，所述步骤s3包括以下步骤：

6.根据权利要求1所述的一种适应能源波动特性的电解槽功率平衡的高效运行方法，其特征在于，步骤s4中，各电解槽的升降功率值pδt计算公式如下：

技术总结
本发明公开了一种适应能源波动特性的电解槽功率平衡的高效运行方法，针对静槽状态的一组电解制氢多并一系统，分析稳定工作状态的电解制氢多并一系统并得到各电解槽在最高运行效率点ηs时的最佳运行功率P<subgt;s</subgt;；基于目标函数确定各电解槽的最优运行功率P<subgt;t</subgt;；根据各电解槽的最优运行功率P<subgt;t</subgt;，设定各电解槽的升功率变化率和降功率变化率，使得升降功率过程中均保持总功率不变，实现电解制氢多并一系统总体处于该稳定工作状态的最佳产氢效率点。本发明针对可再生能源的供电波动性和间接性的特点，进行动态优化电解制氢多并一系统各个电解槽的运行功率；基于目标函数的优化方法使各个电解槽的功率平衡更加精确，具有较好的实用性。

技术研发人员：阿古达木,张舒燕,卢明玥,李育磊,柳玉星,史俊杰
受保护的技术使用者：国华（宁夏）新能源有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/8