考虑多余氢气和氧气售卖的综合能源系统经济性提升方法技术方案

本发明专利技术公开了考虑多余氢气和氧气售卖的综合能源系统经济性提升方法，采用纯化富氧气体制氧法制氧，先用催化剂使富氧气体里的氢气和氧气结合成水分子，再用分子膜筛除水分子；明确在综合能源系统中引入电解水生产氢气，并纯化电解水的副产品来生产氧气能提高综合能源系统经济性；设计基于实际情况并包含电解水和氧气纯化的综合能源系统模型，模拟综合能源系统一天的运行，并通过优化所有可控能量源每小时的电、热和氢输出量，在考虑卖出多余氢气和氧气可以盈利的情况下，使多能量源的运行成本最小化。本发明专利技术通过把电解水产出的富氧气体纯化来低成本的制造医用氧气，并出售多余的氧气和氢气带来利润，既提高了经济效益，又增加了对风电光电的吸纳。

【技术实现步骤摘要】
考虑多余氢气和氧气售卖的综合能源系统经济性提升方法
本专利技术涉及考虑多余氢气和氧气售卖的综合能源系统经济性提升方法，属于电力系统

技术介绍
中国北方一些省份70％以上的供热是由热电联产机组提供的，但热电联产机组的热产出和电产出有耦合关系，这制约了其灵活性。由于热电联供机组是不灵活的，所以在供热的同时必然产生电能。在冬天，热电联供机组通常会为了满足热需求而一直工作，并一直产生电能。尤其在用电低谷时期，热电联供机组也会产生大量电能，这就导致了弃风现象。目前电转氢越来越多的被用来增加热电联供机组的灵活性。此外，学者们还提出通过纯化电转氢的副产品——富氧气体来满足当地的医用氧气需求。但目前的研究提出用电解水吸纳多余的风电，并生产氢气和氧气来满足当地的需求，电解器没有满负荷工作，对风电、光电的吸纳也有限。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供考虑多余氢气和氧气售卖的综合能源系统经济性提升方法，在含富氧气体纯化的综合能源系统运行中出售多余的氢气和氧气，从而可以让电解水设备和氧气纯化设备生产出更多的氢气和氧气，并卖出来产生经济效益，能吸纳多余的风电光电，减少弃风弃光。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：考虑多余氢气和氧气售卖的综合能源系统经济性提升方法，包括如下步骤：步骤1，在综合能源系统中引入电解水设备，使电解水设备满负荷工作，来生产氢气，同时获得电解水设备的副产品即富氧气体；步骤2，在综合能源系统中引入氧气纯化设备，利用氧气纯化设备纯化富氧气体，来生产氧气；步骤3，将步骤1生产的氢气中的部分氢气和步骤2生产的氧气中的部分氧气用于满足综合能源系统所在区域的需求，将多余的氢气和多余的氧气分别装罐并出售给其他有需要的区域，获取盈利，使综合能源系统运行成本最小化。作为本专利技术的一种优选方案，步骤2所述利用氧气纯化设备纯化富氧气体，具体方法为：先利用催化剂使富氧气体中的氢气和氧气结合成水分子，再用分子膜筛除水分子得到氧气；每隔一定时间，将分子膜用电烘干。作为本专利技术的一种优选方案，所述综合能源系统包括电转氢设备、电锅炉、储电装置、热电联产机组，电转氢设备包括电解水设备和储氢罐。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本专利技术通过把电解水产出的富氧气体纯化来低成本的制造医用氧气，并出售多余的氧气和氢气带来利润，既提高了经济效益，又增加了对风电光电的吸纳。附图说明图1是本专利技术所用的综合能源系统能源流动说明图。图2是电解器可行域，其中(a)是电解器的可操作区域，(b)是分割成4个三角形的可操作区域。图3是本专利技术的测试系统图。图4是案例1各机组电出力。图5是案例2各机组电出力。图6是案例3各机组电出力。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。由于热电联供机组是不灵活的，所以在供热的同时必然产生电能。在冬天，热电联供机组通常会为了满足热需求而一直工作，并一直产生电能。尤其在用电低谷时期，热电联供机组也会产生大量电能，这就导致了弃风现象。现有的研究提出用电解水吸纳多余的风电，并生产氢气和氧气来满足当地的需求。本专利技术提出电解器可以满负荷工作，不用在意本地氢气负荷需求曲线的约束，把生产出的多余的氢气和氧气装罐并卖出，这既能提高系统的经济效益，又能吸纳更多的风电，减少弃风。本专利技术的基本结构如图1所示，具体包括以下内容：步骤一：把纯化富氧气体制氧法和传统医用氧气制造方法——深冷分离法进行比较，发现纯化富氧气体制氧法更经济，方法为先用催化剂使富氧气体里的氢气和氧气结合成水分子，再用分子膜筛除水分子；电解水的过程中。由于氢气和氧气难以彻底分离，目前绝大多数电解器设备都会优先保证氢气的纯度。所以排出的富氧气体中，不可避免的含有一定量的氢气。同时电解水的高温会产生水蒸气。所以富氧气体的杂质是少量氢气和水。对比氧气纯化法和深冷分离法的对比，虽然富氧气体中含有两种杂质，但富氧气体的氧气含量仍有98％，而空气中氧气含量只有23％。而且富氧气体中的杂质过滤起来比较方便。在有催化剂的情况下，氢气和氧气不用消耗能量就可以结合成水分子。而用分子膜可以比较方便的滤掉氧气中的水分子，而分子膜每用一段时间需要用电烘干，所以氧气纯化法只有用电烘干分子膜这一点点运行花费。传统制造医用氧气的深冷分离法需要把空气降到-180摄氏度，利用各种气体沸点的不同来分理出氧气。把空气降到-180度需要花费大量电能，且对保温性能要求高。而且精馏塔通常很高占地面积很大，所以深冷分离法无论是设备成本还是运行成本均高于氧气纯化法。步骤二：明确在综合能源系统中引入电解水来生产氢气，并纯化电解水的副产品——富氧气体来生产氧气能提高综合能源系统经济性；在综合能源系统中引入电解水来生产氢气，并纯化电解水的副产品——富氧气体来生产氧气是一种新的生产氧气的办法，有利于满足日益增长的医用氧气需求。把这个引入进综合能源系统既能提高综合能源系统经济性，又能满足氧气需求，是一种双赢。步骤三：设计一个基于泰州实际情况的并包含电解水和氧气纯化的综合能源系统模型，此模型模拟了泰州综合能源系统一天的运行，并通过优化所有可控能量源每小时的电、热和氢输出量，在考虑卖出多余氢气和氧气可以盈利的情况下，使多能量源的运行成本最小化；本专利技术的总示意图如图1所示，本专利技术设计的综合能源系统包括电转氢设备、电锅炉、储电装置、热电联产机组。各个设备的建模如下所示。电转氢系统的建模：电网络(发电机组)给电解器提供电能pi,t，其中i代表第i电解器，t代表第t个小时，电能pi,t通过一个AC/DC变换器以效率ηi,1转换为然后通过碱性电解器的电化学反应，将电能中一部分电能用于生产氢气，另一部分电能被转化为热能用公式表达记为：在碱性电解器中，除了逸散到空气中的热量，电转氢系统还包含将热能转化到集中供热系统的热能转换器和水泵。把碱性电解器模型分解为热子模型和化学子模型，各个模型详细描述如下：电化学子模型：电化学子模型仔细描述了有关能量和的数学公式。根据电化学理论，和可以用公式(2)和(3)表示。式中icell为电解器中电解电池的电流密度，Ucell函数为电池操作电压，Utn函数为非应激电压，Ti,t为电解器的工作温度。基于公式(2)和(3)，可以得到和电解电池的工作温度Ti,t三个状态变量之间的关系为：公式(4)阐述了温度Ti,t可以通过电网络决定和的输出比例。然而，由于以及两者之间的比例是状态变量，不可能以两个变量相乘的方式将它们整合到凸线性优化模型中(因为两个变量相乘就不是线性的了)。本专利技术在图2的(a)中展示碱性电解器的可操作区域——一个略微弯曲的弧面，是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.考虑多余氢气和氧气售卖的综合能源系统经济性提升方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1，在综合能源系统中引入电解水设备，使电解水设备满负荷工作，来生产氢气，同时获得电解水设备的副产品即富氧气体；/n步骤2，在综合能源系统中引入氧气纯化设备，利用氧气纯化设备纯化富氧气体，来生产氧气；/n步骤3，将步骤1生产的氢气中的部分氢气和步骤2生产的氧气中的部分氧气用于满足综合能源系统所在区域的需求，将多余的氢气和多余的氧气分别装罐并出售给其他有需要的区域，获取盈利，使综合能源系统运行成本最小化。/n

【技术特征摘要】
1.考虑多余氢气和氧气售卖的综合能源系统经济性提升方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，在综合能源系统中引入电解水设备，使电解水设备满负荷工作，来生产氢气，同时获得电解水设备的副产品即富氧气体；
步骤2，在综合能源系统中引入氧气纯化设备，利用氧气纯化设备纯化富氧气体，来生产氧气；
步骤3，将步骤1生产的氢气中的部分氢气和步骤2生产的氧气中的部分氧气用于满足综合能源系统所在区域的需求，将多余的氢气和多余的氧气分别装罐并出售给其他有需要的区域，获取盈利，使综合能源系统运行成本...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄重，丁昊晖，穆迪，孙宇，柴婷逸，邵林，钱宇轩，俞鑫，岳立，刘畅，毛科伟，汪鹏程，刘丽敏，苏晓东，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司常州供电分公司，东南大学，南京东源磐能能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32