CN117670218A - 一种制储加一体化新能源氢站能量管理方法 - Google Patents

一种制储加一体化新能源氢站能量管理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种制储加一体化新能源氢站能量管理方法，属于能量管理技术领域，包括如下步骤：S1、采集制储加一体化新能源氢站的数据进行数据分析并更新a、b值；S2、判断新能源发电***及电网是否出现故障离网，根据判断结果启动站内氢燃料电池或进行步骤S3；S3、判断新能源发电***输出功率是否大于等于站内负荷功率，根据判断结果进行步骤S4或进行能量分配方式1；S4、判断剩余功率是否大于等于制氢***额定功率，根据判断结果进行能量分配方式2或能量分配方式3。本发明能够在保证制氢加氢一体站正常运行，为氢燃料汽车提供充足氢气的前提下，对能量充分利用，减少能源浪费，并提高制氢加氢一体站经济效益。

Description

一种制储加一体化新能源氢站能量管理方法
技术领域
本发明涉及能量管理技术领域，尤其是一种制储加一体化新能源氢站能量管理方法。
背景技术
随着经济的日益增长、社会进步及人口增加，全球能源需求量不断增加。煤炭、石油、天然气等不可再生能源储量大幅下降，能源开采与消费极不均衡。同时，化石能源的利用也导致了严重的环境污染，温室效应、雾霾等日益加剧，影响着人们的生活。目前，充分利用新能源成为解决未来能源问题的主要出路。风电、光伏等新能源现已大规模广泛应用，然而其具有波动性且难以存储的问题，氢气具有来源丰富、燃烧热值高、使用过程零碳清洁、用途广泛等诸多特点，可成为推动多个行业低碳发展的解决方案，将风电、光伏等新能源用以制氢既可以解决风电、光伏发电具有波动性且难以存储的问题，又可以实现全过程零污染，成为越来越多国家的选择。
依赖于氢能具有的优越性，近年来氢能产业得以迅速发展，加氢站作为氢能产业的核心基础设施之一，其数量及普及程度决定了氢燃料电池汽车的商业化进程。2015-2020年期间，全球加氢站保有量增加191％。在发达国家中，美国建有49座加氢站，德国建有100座，日本建有142座。根据制氢地点不同，加氢站可以分为站外制氢加氢站和站内制氢加氢一体站，相对于传统的站外制氢加氢，站内制氢加氢一体站可以实现氢气的现制现用、自给自足，最大限度减少氢气储运过程带来的高额费用和安全风险，能有效降低车用加氢站氢源成本，降低氢燃料电池汽车用氢价格。并且它省去了氢气运输成本，避免了高压卸气、加气、运输环节的安全隐患，同时可作为加氢母站向周边加氢站供氢，帮助“氢荒”地区解决气源供应问题，具有广阔发展前景。
然而目前新能源制氢加氢一体站尚处于发展阶段，我国于2022年首次拥有第一个新能源制氢加氢一体站，因此站内各项指标以及能量管理方法尚未成熟，需要一种能量管理优化方法，能够在保证制氢加氢一体站正常运行，为氢燃料汽车提供充足的氢气的前提下，充分利用新能源发出的电量，减少能源浪费，并提高制氢加氢一体站经济效益。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种制储加一体化新能源氢站能量管理方法，能够为有新能源发电***接入的制氢加氢一体站提供一种能量管理优化方法，在保证制氢加氢一体站正常运行，为前来加注的氢燃料汽车提供充足的氢气的前提下，充分利用新能源发出的电量，减少能源浪费，并提高制氢加氢一体站经济效益。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种制储加一体化新能源氢站能量管理方法，包括如下步骤：
步骤S1、采集制储加一体化新能源氢站各模块数据，包括：新能源发电***输出功率P新、站内负荷功率P负、制氢***额定功率P氢、储氢罐A/B组氢气输入量及输出量、站内氢燃料电池容量状态，其中，储氢罐A组包含的储氢罐数量为a，储氢罐B组包含的储氢罐数量为b，设置a的初始值为站内全部储氢罐的数量s，b的初始值为0，将采集到的数据使用ARIMA模型进行数据分析，使用分析结果更新a、b值；
步骤S2、判断新能源发电***及电网是否出现故障离网，若是，则启动站内氢燃料电池为站内负荷供电，直至故障排除***重新正常运行；若否，则进行步骤S3；
步骤S3、判断新能源发电***输出功率P新是否大于等于站内负荷功率P负，若是，则进行步骤S4；若否，则进行能量分配方式1，能量分配完成后再次进行步骤S3；
步骤S4、判断剩余功率P余是否大于等于制氢***额定功率P氢，其中：
P余＝P新-P负
若是，则进行能量分配方式3，本次能量管理结束；若否，则进行能量分配方式2，能量分配完成后再次进行步骤S3。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤S1中数据分析的具体步骤为：
步骤a、将步骤S1中采集到的近一月内每天储氢罐A组氢气输出量数据，即近一月内每天氢燃料电池车氢气加注量数据使用ARIMA模型进行分析，预测用以更新a值的氢气加注预测量Vj′；
步骤b、计算a的更新值，表达式为：
其中，v0为每个储氢罐的容量；
步骤c、计算b的更新值，表达式为：
b＝s-a。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤S11中使用ARIMA模型进行数据分析的具体步骤为：
步骤a1、以24小时为时间间隔，对采集到的近一月内每天氢燃料电池车氢气加注量数据分别作时序数据排列，获得时序数据序列；
步骤a2、构建ARIMA模型，模型由自回归、差分、移动平均模型组成，模型表达式如下：
其中，Xt为预测值，p为自回归模型的阶数，d为差分度，q为移动平均模型的阶数，Li为第i个滞后算子，L为固定滞后算子，为自回归模型的第i个参数，θi为移动平均模型的第i个参数，εt为误差项，δ为常数项；
步骤a3、将时序数据序列输入至ARIMA模型中进行参数拟合，得到移动平均模型的阶数q、差分度d、自回归模型的阶数p，将模型参数代入更新ARIMA模型；
步骤a4、将需要预测的值的序号t输入至ARIMA模型中，即可得到预测的值，即氢气加注预测量Vj′。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤S3中能量分配方式1的方法为：令新能源发电***及电网为站内负荷供电，判断储氢罐A组是否已满，若是，则制氢***停止运行，本次能量分配结束；若否，则令电网为制氢***供电，充装储氢罐A组，返回判断储氢罐A组是否已满。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤S4中能量分配方式2的方法为：令新能源发电***为站内负荷供电，判断储氢罐A组是否已满，若是，则令剩余功率P余接入电网，制氢***停止运行，本次能量分配结束；若否，则令新能源发电***及电网为制氢***供电，充装储氢罐A组，返回判断储氢罐A组是否已满。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤S4中能量分配方式3的方法为：令新能源发电***为站内负荷及制氢***供电，判断储氢罐A/B组是否已满，若否，则依次充装储氢罐A/B组，返回判断储氢罐A/B组是否已满；若是，则判断站内燃料电池是否已满，若否，则充装站内燃料电池，返回判断站内燃料电池是否已满；若是则令剩余功率P余接入电网，制氢***停止运行，本次能量分配结束。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
本发明设计了一种制储加一体化新能源氢站能量管理方法，能够为有新能源发电***接入的制氢加氢一体站提供一种能量管理优化方法，在保证制氢加氢一体站正常运行，为前来加注的氢燃料汽车提供充足的氢气的前提下，充分利用新能源发出的电量，减少能源浪费，并提高制氢加氢一体站经济效益；在新能源发电***及电网供电发生故障时，暂时启用站内氢燃料电池为站内负荷供电，直至故障排除，利用站内氢气资源为制氢加氢一体站的正常运行提供了保障。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
图1是本发明中制储加一体化新能源氢站结构示意图；
图2是本发明提供的一种制储加一体化新能源氢站能量管理方法的流程图；
图3是本发明中数据分析示意图；
图4是本发明中能量分配方式1示意图；
图5是本发明中能量分配方式2示意图；
图6是本发明中能量分配方式3示意图。
具体实施方式
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细说明：
如图1所示，本发明中制储加一体化新能源氢站包含新能源发电***、电网、站内负荷、制氢***、站内氢燃料电池、储氢罐A组、储氢罐B组；其中，新能源发电***包括光伏发电或风电***，站内负荷包含制氢加氢一体站内除制氢***以外的用电负荷，制氢***包含电解装置、气水分离器、氢气纯化器、缓冲罐、压缩机等氢气制取及处理设备，站内氢燃料电池用以为制氢加氢一体站应急供电；图中实线代表电能流向，虚线代表氢能流向；储氢罐A组用以为前来加注的氢燃料汽车提供氢气，储氢罐B组用以运输出售。
如图2所示，为本发明提供的一种制储加一体化新能源氢站能量管理方法的流程图，具体方法步骤如下：
步骤S1、采集制储加一体化新能源氢站各模块数据，包括：新能源发电***输出功率P新、站内负荷功率P负、制氢***额定功率P氢、储氢罐A/B组氢气输入量及输出量、站内氢燃料电池容量状态，其中，储氢罐A组包含的储氢罐数量为a，储氢罐B组包含的储氢罐数量为b，设置a的初始值为站内全部储氢罐的数量s，b的初始值为0，将采集到的数据使用ARIMA模型进行数据分析，使用分析结果更新a、b值；
步骤S2、判断新能源发电***及电网是否出现故障离网，若是，则启动站内氢燃料电池为站内负荷供电，直至故障排除***重新正常运行；若否，则进行步骤S3；
步骤S3、判断新能源发电***输出功率P新是否大于等于站内负荷功率P负，若是，则进行步骤S4；若否，则进行能量分配方式1，能量分配完成后再次进行步骤S3；
步骤S4、判断剩余功率P余是否大于等于制氢***额定功率P氢，其中：
P余＝P新-P负
若是，则进行能量分配方式3，本次能量管理结束；若否，则进行能量分配方式2，能量分配完成后再次进行步骤S3。
如图3所示，为步骤S1中数据分析示意图，具体方法步骤如下：
步骤a、将步骤S1中采集到的近一月内每天储氢罐A组氢气输出量数据，即近一月内每天氢燃料电池车氢气加注量数据使用ARIMA模型进行分析，预测用以更新a值的氢气加注预测量Vj′；
其中，使用ARIMA模型进行数据分析的具体步骤为：
步骤a1、以24小时为时间间隔，对采集到的近一月内每天氢燃料电池车氢气加注量数据分别作时序数据排列，获得时序数据序列；
步骤a2、构建ARIMA模型，模型由自回归、差分、移动平均组成，模型表达式如下：
其中，Xt为预测值，p为自回归模型的阶数，d为差分度，q为移动平均模型的阶数，Li为第i个滞后算子，L为固定滞后算子，为自回归模型的第i个参数，θi为移动平均模型的第i个参数，εt为误差项，δ为常数项；
步骤a3、将时序数据序列输入至ARIMA模型中进行参数拟合，得到移动平均模型的阶数q、差分度d、自回归模型的阶数p，将模型参数代入更新ARIMA模型；
步骤a4、将需要预测的值的序号t输入至ARIMA模型中，即可得到预测的值，即氢气加注预测量Vj′；
步骤b、计算a的更新值，表达式为：
其中，v0为每个储氢罐的容量；
步骤c、计算b的更新值，表达式为：
b＝s-a
如图4所示，为步骤S3中能量分配方式1示意图，具体方法如下：
令新能源发电***及电网为站内负荷供电，判断储氢罐A组是否已满，若是，则制氢***停止运行，本次能量分配结束；若否，则令电网为制氢***供电，充装储氢罐A组，返回判断储氢罐A组是否已满。
如图5所示，为步骤S4中能量分配方式2示意图，具体方法如下：
令新能源发电***为站内负荷供电，判断储氢罐A组是否已满，若是，则令剩余功率P余接入电网，制氢***停止运行，本次能量分配结束；若否，则令新能源发电***及电网为制氢***供电，充装储氢罐A组，返回判断储氢罐A组是否已满。
如图6所示，为步骤S4中能量分配方式3示意图，具体方法如下：
令新能源发电***为站内负荷及制氢***供电，判断储氢罐A/B组是否已满，若否，则依次充装储氢罐A/B组，返回判断储氢罐A/B组是否已满；若是，则判断站内燃料电池是否已满，若否，则充装站内燃料电池，返回判断站内燃料电池是否已满；若是则令剩余功率P余接入电网，制氢***停止运行，本次能量分配结束。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种制储加一体化新能源氢站能量管理方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤S1、采集制储加一体化新能源氢站各模块数据，包括：新能源发电***输出功率P新、站内负荷功率P负、制氢***额定功率P氢、储氢罐A/B组氢气输入量及输出量、站内氢燃料电池容量状态，其中，储氢罐A组包含的储氢罐数量为a，储氢罐B组包含的储氢罐数量为b，设置a的初始值为站内全部储氢罐的数量s，b的初始值为0，将采集到的数据使用ARIMA模型进行数据分析，使用分析结果更新a、b值；
步骤S2、判断新能源发电***及电网是否出现故障离网，若是，则启动站内氢燃料电池为站内负荷供电，直至故障排除***重新正常运行；若否，则进行步骤S3；
步骤S3、判断新能源发电***输出功率P新是否大于等于站内负荷功率P负，若是，则进行步骤S4；若否，则进行能量分配方式1，能量分配完成后再次进行步骤S3；
步骤S4、判断剩余功率P余是否大于等于制氢***额定功率P氢，其中：
P余＝P新-P负
若是，则进行能量分配方式3，本次能量管理结束；若否，则进行能量分配方式2，能量分配完成后再次进行步骤S3。
2.根据权利要求1所述的一种制储加一体化新能源氢站能量管理方法，其特征在于：所述步骤S1中数据分析的具体步骤为：
步骤a、将步骤S1中采集到的近一月内每天储氢罐A组氢气输出量数据，即近一月内每天氢燃料电池车氢气加注量数据使用ARIMA模型进行分析，预测用以更新a值的氢气加注预测量Vj′；
步骤b、计算a的更新值，表达式为：
其中，v0为每个储氢罐的容量；
步骤c、计算b的更新值，表达式为：
b＝s-a。
3.根据权利要求2所述的一种制储加一体化新能源氢站能量管理方法，其特征在于：所述步骤a中使用ARIMA模型进行数据分析的具体步骤为：
步骤a1、以24小时为时间间隔，对采集到的近一月内每天氢燃料电池车氢气加注量数据分别作时序数据排列，获得时序数据序列；
步骤a2、构建ARIMA模型，模型由自回归、差分、移动平均模型组成，模型表达式如下：
其中，Xt为预测值，p为自回归模型的阶数，d为差分度，q为移动平均模型的阶数，Li为第i个滞后算子，L为固定滞后算子，为自回归模型的第i个参数，θi为移动平均模型的第i个参数，εt为误差项，δ为常数项；
步骤a3、将时序数据序列输入至ARIMA模型中进行参数拟合，得到移动平均模型的阶数q、差分度d、自回归模型的阶数p，将模型参数代入更新ARIMA模型；
步骤a4、将需要预测的值的序号t输入至ARIMA模型中，即可得到预测的值，即氢气加注预测量Vj′。
4.根据权利要求1所述的一种制储加一体化新能源氢站能量管理方法，其特征在于：所述步骤S3中能量分配方式1的方法为：令新能源发电***及电网为站内负荷供电，判断储氢罐A组是否已满，若是，则制氢***停止运行，本次能量分配结束；若否，则令电网为制氢***供电，充装储氢罐A组，返回判断储氢罐A组是否已满。
5.根据权利要求1所述的一种制储加一体化新能源氢站能量管理方法，其特征在于：所述步骤S4中能量分配方式2的方法为：令新能源发电***为站内负荷供电，判断储氢罐A组是否已满，若是，则令剩余功率P余接入电网，制氢***停止运行，本次能量分配结束；若否，则令新能源发电***及电网为制氢***供电，充装储氢罐A组，返回判断储氢罐A组是否已满。
6.根据权利要求1所述的一种制储加一体化新能源氢站能量管理方法，其特征在于：所述步骤S4中能量分配方式3的方法为：令新能源发电***为站内负荷及制氢***供电，判断储氢罐A/B组是否已满，若否，则依次充装储氢罐A/B组，返回判断储氢罐A/B组是否已满；若是，则判断站内燃料电池是否已满，若否，则充装站内燃料电池，返回判断站内燃料电池是否已满；若是则令剩余功率P余接入电网，制氢***停止运行，本次能量分配结束。
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