【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于可再生能源电制氢合成氨系统规划领域。
技术介绍
1、随着能源需求的日益增长，我国的能源结构迫切需要从传统的化石燃料向可再生的清洁能源转型。可再生能源电制氢合成氨可以实现风电、光伏这类波动性能源向易于储存和运输的液氨进行转化。一方面，这可以大幅减少传统化工制造业的碳排放。需要指出的是，以氢气(h2)为原料的传统煤化工业，尤其是合成氨行业，其碳排放量占整个行业的15-20％，造成了全球1％温室气体的排放。另一方面，可再生能源电制氢合成氨可以有效解决可再生能源分布不平衡的问题，扩大可再生能源在不同行业的应用，进一步提升可再生能源消纳率。与其他氢化合物相比，如甲烷(ch4)或甲酸(hcooh)，氨气(nh3)的化学组成不含碳，不会产生二次污染。此外，液氨可以持续储存和利用于下游产业，如制造氮肥、冷冻剂和其他有机化合物。因此，选用nh3作为h2的下游产物可以显著降低氢气储存和运输的成本。然而，如何使规模化的可再生能源电解氢合成氨系统达到工业化的要求，是当前推广可再生能源制绿氨技术的基础。因此，如何合理控制re2a的运行状态，有效地进行制氨站的容量配置，规模化的制氨站主动支撑电网运行，提高城市电网韧性，成为亟待解决的问题。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
2、为此，本专利技术的目的在于提出一种面向电网韧性提升的可再生能源制氨系统容量配置方法，用于re2a在实际应用中的容量配置和可行性分析。
3、为达上述目的，
4、分析煤制氨工艺的生产流程，计算所需的原料、能源以及人工成本，构建所述煤制氨工艺的成本模型；
5、基于所述煤制氨工艺，仅改变其制氢路径，提出可再生能源制氨工艺的制氨技术路线，构建所述可再生能源制氨工艺的容量配置模型，对风电、光伏、电解槽以及储氢罐的容量进行优化配置，得出合理的产氨计划；
6、量化并对比所述煤制氨工艺和所述可再生能源制氨工艺的平准化制氨成本，评估所述可再生能源制氨工艺的盈利空间。
7、另外，根据本专利技术上述实施例的一种面向电网韧性提升的可再生能源制氨系统容量配置方法还可以具有以下附加的技术特征：
8、进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述构建所述煤制氨工艺的成本模型，表示为：
9、min exc2a＝exma+exc2a,ec+exmp，
10、式中，exma，exc2a,ec和exmp分别表示煤制氨工艺的原料成本、能源成本以及人工成本；
11、
12、
13、式中，t和t分别表示时刻和所有时刻的集合；pc，和pw分别为煤价、电价和水价；和分别为煤制氨工艺的购电量、用煤量和用水量。
14、进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述煤制氨工艺的成本模型的约束条件，包括：
15、物质流动平衡约束：
16、
17、式中，和分别表示煤制氨工艺中消耗o2、h2、n2和和生产nh3的速率；
18、功率平衡约束：
19、
20、式中，和分别为煤制氨工艺中煤制氢、空气分离和合成氨的耗电量；
21、煤制氢、空气分离和合成氨的耗电量约束：
22、
23、
24、
25、式中，λ,和ψ分别为煤制氨工艺中煤制氢、空气分离和合成氨的能耗系数；
26、产氨上下限约束：
27、
28、式中，是煤制氨工艺中合成氨反应器的启停变量；kas,max和kas,min分别为氢气流入合成氨反应器的上下限；
29、合成氨反应器的爬坡约束：
30、
31、式中，rdown和rup分别为氢气流入合成氨反应器的滑坡率和爬坡率；
32、液氨需求量约束：
33、
34、式中，fg2l为氨气转变为液氨的气转液系数；为液氨的总需求量。
35、进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述构建所述可再生能源制氨工艺的容量配置模型，包括：
36、基于所述煤制氨工艺，以最小化投资成本、能源成本以及人工成本构建目标函数：
37、min exre2a＝exin+exre2a,ec+exmp，
38、式中，exin，exre2a,ec和exmp分别表示可再生能源制氨工艺的投资成本、能源成本以及人工成本；
39、exin＝crf(r,n)[iwpcwp+ipvcpv+iewcew+ihschs]，
40、
41、
42、式中，crf(r,n)为资本回收系数，与设备寿命n和贴现率r相关；iwp,ipv,iew,和ihs分别为风机、光伏板、电解槽和储氢罐的投资成本；cwp,cpv,cew,和chs分别为风机、光伏板、电解槽和储氢罐的容量；s和ω分别表示场景和场景的集合；和分别为可再生能源制氨工艺的购电量和用水量。
43、进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述可再生能源制氨工艺的容量配置模型的约束条件，包括：
44、物质流动平衡约束：
45、
46、式中，和分别为表示可再生能源制氨工艺中消耗h2、n2和生产nh3的速率；
47、功率平衡约束：
48、
49、式中，和分别为风电、光伏的发电量；和分别为可再生能源制氨工艺中电制氢、空气分离和合成氨的耗电量；
50、电解槽约束：
51、
52、
53、式中，为电解制氢的速率或氢气流入储氢罐的速率；ηew为电解制氢的效率；hhv为氢气的高热值；是电解槽的启停变量；kew,max和kew,min分别为电解槽负载的上下限；
54、空气分离和合成氨的耗电量约束：
55、
56、
57、式中，φ为可再生能源制氨工艺中空气分离的能耗系数；
58、储氢罐约束
59、
60、
61、
62、式中，和分别为初始时刻、t时刻和最终时刻储氢罐的储氢量；ηhs为储氢罐内氢气的流入和流出效率；
63、可再生能源出力约束
64、
65、
66、式中，ps为场景s的权重系数；和分别为风电和光伏的最大发电量；
67、购售电约束：
68、
69、式中，为从电网购电量上限；
70、产氨上下限约束：
71、
72、式中，是可再生能源制氨工艺中合成氨反应器的启停变量；
73、合成氨反应器的爬坡约束：
74、
75、液氨需求量约束：
76、
77、进一步地，在本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种面向电网韧性提升的可再生能源制氨系统容量配置方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构建所述煤制氨工艺的成本模型，表示为：
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述煤制氨工艺的成本模型的约束条件，包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构建所述可再生能源制氨工艺的容量配置模型，包括：
5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述可再生能源制氨工艺的容量配置模型的约束条件，包括：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述评估所述可再生能源制氨工艺的盈利空间，包括：
7.一种面向电网韧性提升的可再生能源制氨系统容量配置装置，其特征在于，包括以下模块：
8.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如权利要求1-6中任一所述的面向电网韧性提升的可再生能源制氨系统容量配置方法。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有
...【技术特征摘要】
1.一种面向电网韧性提升的可再生能源制氨系统容量配置方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构建所述煤制氨工艺的成本模型，表示为：
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述煤制氨工艺的成本模型的约束条件，包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构建所述可再生能源制氨工艺的容量配置模型，包括：
5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述可再生能源制氨工艺的容量配置模型的约束条件，包括：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：王剑晓，潘丽，王衍之，李佳蓉，黄静思，宋洁，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：
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