考虑制氢效率特性的风氢系统容量优化

针对利用风电制氢导致电解槽间歇式运行的问题,提出了考虑制氢效率特性的风氢系统容量配置优化方法。首先研究了电解槽的制氢效率特性,评估电解槽的最优工作区间;在此基础上,采取电网辅助购电策略,维持电解槽的最优运行;考虑售电收益、售氢收益、投资运维成本和弃风成本,以风氢系统联合收益最大化为目标,计及风氢系统稳定运行约束和风电出力爬坡约束,合理地分配风电上网功率和制氢功率。文章联合风电外送输电工程进行了风氢系统容量配置优化,为风氢系统的容量优化提供新思路。     

风光互补与电解水制氢系统负荷的协调稳定运行

电解水制氢作为一种新型储能手段，可作为调整风光能源输出电力的绿色手段。该文以风力发电、光伏发电、电解制氢与燃料电池为研究对象，通过对风光互补发电系统与电解水制氢系统的输出输入功率进行建模仿真，协调优化控制风光电、电解槽、燃料电池以及系统负载的负荷变化要求，改善了风光发电电解水制氢系统与系统负荷之间的负荷不平衡问题，为风光互补可再生能源系统的稳定运行提供了理论依据。     

太阳能光伏-PEM水电解制氢直接耦合系统优化

利用水电解制氢进行氢储能是我国可再生能源弃电问题的解决方案之一。本文建立了太阳能光伏阵列与质子交换膜（proton exchange membrane, PEM）水电解直接耦合系统的分析模型,研究耦合系统优化运行工况。结果表明,天气变化易导致直接耦合系统工作点偏离光伏最大功率点,引起耦合失配并降低太阳能利用率。通过匹配太阳能光伏阵列串并联结构和水电解器工作槽数进行“粗调”,改变PEM水电解器工作温度进行“精调”,可使直接耦合系统工作在最大功率点附近,使系统能量损失最小。本研究为太阳能光伏-PEM水电解氢储能直接耦合技术的运行策略和优化奠定了理论基础。     

利用制氢系统消纳风电弃风的制氢容量配置方法

在分析风电制氢系统结构和运行特性的基础上,提出一种利用制氢系统消纳风电弃风的制氢容量配置方法。采用区间估计方法建立风电年弃风电力统计模型,以经济收益最大为目标,运用区间优化理论确定制氢系统最优容量配置区间;通过建立多属性决策模型,确定制氢系统最优电解槽配置方案。分别以东北某30 MW风电场和100 MW风电场群为例进行对比分析,结果表明风电场群共建制氢系统的方案其经济性更为显著。进一步量化分析电解槽电耗量、H2市场价格、弃风利用率和风电机组年利用小时数等关键因素对制氢系统配置容量的影响。     

基于新能源发电的电解水制氢直流电源研究

利用新能源发电进行电解水制氢是实现新能源就地消纳和氢能利用的重要途径,以匹配电解水制氢工作特性的制氢电源为研究对象,通过分析质子交换膜电解槽电解电流、温度与电解槽端口电压、能量效率、制氢速度之间的关系,得出制氢电源需具备输出低电流纹波、输出大电流、宽范围电压输出的特性。为满足新能源电解制氢系统需求,提出一种基于Y型三相交错并联LLC拓扑结构的制氢电源方案,该方案谐振腔三相交错并联输出,满足电解槽大电流低纹波工作特性,并采用脉冲频率控制实现谐振软开关,提高变换效率。最后,搭建仿真模型和6 kW模块化实验样机,验证所提出方案的合理性与可行性。     

面向风电制氢的超短期组合功率预测

为解决因风电随机性带来的“弃风”问题,实现宽功率波动下的高效制氢,提出基于最小二乘支持向量机（LSSVM）的超短期组合预测模型,提高风电功率预测鲁棒性。通过变分模态分解（VMD）预处理将风电功率分解为不同带宽的子模态,以降低随机噪声及模态混叠的影响;引入蜻蜓算法（DA）优化LSSVM,建立超短期组合预测模型,以满足电解槽控制的时间分辨率及精度要求。以河北省某风电制氢示范项目为例,验证该算法对于高波动性数据具备更高的预测精度,为风电制氢系统的优化控制提供依据。     

基于PV/T的质子交换膜电解制氢系统动态性能研究

将太阳能光伏光热综合利用技术（PV/T）与质子交换膜电解水制氢技术（PEMWE）结合，提出基于PV/T的质子交换膜电解制氢系统（PV/T-PEMWE）。系统由PV/T模块与PEM电解槽通过耦合而集成，建立数学模型分析其在白天的动态光电光热性能及制氢性能，并在相同条件下将其性能与光伏电解制氢系统（PV-PEMWE）进行对比。结果表明：PV/T系统全天总发电量为0.5 kWh，电效率维持在13%～15%之间，总发热量为9.4 MJ，热效率维持在30%～40%之间；PV/T-PEMWE系统制氢效率高于PV-PEMWE系统，PV/T-PEMWE系统全天的制氢量为153 L，平均制氢速率约为19 L/h。     

风电消纳下多型号制氢机组阵列优化调度研究

以风电消纳下多型号制氢机组阵列的优化调度为研究对象,首先研究碱式制氢机组的功率-效率特性。在此基础上,以经济收益最大化为目标,对机组出力进行双层优化。使用所提混合二进制萤火虫算法进行机组启停状态优化,粒子群算法进行考虑功率-效率特性的机组功率分配优化。最后对多种阵列方案的经济收益和风电消纳能力进行对比分析。实验结果证明所提算法的有效性和多型号制氢机组阵列方案的优越性。     

直接电解海水制氢面临的挑战与解决策略

氢气具有清洁、高效、无污染等特点,是最具应用前景的新能源之一。相比其他制氢方式,电解水制氢是一种较为理想的制氢方式。由于淡水资源匮乏,直接海水电解制氢不仅可以避免对沿海地区淡水资源的消耗,还可以提升海上风电的利用率,这使其成为研究热点。然而,海水成分的复杂性大大增加了直接海水电解制氢的技术难度。文章首先总结了直接海水电解制氢所使用的析氧电极和析氢电极面临的问题,然后分别介绍了相对应的解决策略,最后对其发展前景进行了展望。     

基于链式分配策略的风氢耦合系统设计与控制

针对风力发电“弃风”电量耦合制氢问题,提出一种基于链式分配策略的风氢耦合系统。首先建立能表征弃风电量与质子交换膜电解槽主要特性的风氢耦合拓扑电路结构,围绕高降压比交错Buck变换器及其控制方法构建风氢耦合系统,并提出多堆质子交换膜电解槽风氢耦合系统链式功率分配策略。最后通过算例仿真验证该系统可提升弃风利用率和系统可靠性,可有效解决弃风电量水电解制氢耦合控制与功率分配问题。     

浮式风电制氢装置设计研究

对浮式风电制氢装置工程化进行了研究,并基于8～10 MW的浮式风电平台,设计了3 MW独立式风电制氢装置,制定了利用风机发电提供的能源,提取海水进行纯化和电解水制氢的技术路线,提出了关键设备的技术要求,并进行了系统的布置及初步的安全性和经济性分析。结果表明,由于经济性差,海工应用还不成熟,目前海上浮式制氢的工程化还需要一个过程,进行工程试验是大规模工程化的前提。     

水电解制氢工艺的节能分析

水电解制氢过程的电能消耗很大,一般占我厂电能消耗的三分之一。因此,想方设法降低水电解制氢的能耗,具有十分重要的意义,本文从降低极间电压,在电解液中加入添加剂以及电解槽的低电流密度经济运行等三个方面对水电解制氢过程进行了节能分析。     

开关磁阻风电制氢动力传动系统机电耦合动力学分析

为揭示开关磁阻风电制氢动力传动系统的机电耦合作用规律,考虑齿轮系统的详细特性和制氢装置非线性物理细节以及发电机电磁特性,建立包含风轮、齿轮传动系统、开关磁阻发电机、制氢装置的开关磁阻风电制氢动力传动系统机电耦合动力学模型,仿真分析变风况下系统的能量流、机电耦合动力学特性以及并联电解槽数量对系统动态特性的影响.结果表明:...     

用添加剂法降低水电解制氢电耗

用添加剂法降低水电解制氢电耗山东龙海集团段吉江１前言水电解制氢作为一种重要的制氢方法，被电子、冶金、医药、人造刚玉、玻璃及化学工业广泛采用。水电解制氢投资少，见效快，操作简单。仅我国目前就有４００余家工厂采用水电解法制氢。水电解制氢需消耗大量的电能，...     

水电解制氢技术的进展及其在煤制甲醇中的应用

介绍了水电解制氢的传统工艺和水电解制氢研究开发动态和发展趋势,展示了太阳能光解水制氢和太阳能光催化水解制氢的研究进展。重点提出了水电解制氢在煤炭气化制甲醇工艺中的应用。介绍了煤气化配水电解氢制甲醇的基本原理,提出了水电解生产流程,并进一步提出了此工艺的工程设想,建议采用壳牌煤气化工艺（SCGP）配水电解氢合成甲醇联产流程,其优点是可实现煤炭中碳元素组分的充分利用,免去传统甲醇工艺中大量的CO2排放。最后建议对该创新工艺设想进行循序渐进的开发,以尽快实现工业化推广应用。     

电流密度和运行温度对PEM水电解制氢能耗的影响

质子交换膜(PEM)水电解制氢技术是采用绿电制取绿氢的重要方法,对我国实现双碳目标具有重要意义。优化运行参数是降低PEM水电解制氢系统能耗的一种重要途径。建立一套工业级PEM水电解制氢实验装置,通过现场实验,考察电流密度和运行温度对PEM水电解制氢系统能耗的影响,探讨优化运行参数降低运行能耗的方法。结果表明,当电流密度为0.2～1.4 A/cm²、运行温度为20～60℃,PEM水电解制氢系统单位能耗分别与电流密度、运行温度负相关。提高运行温度会引起电解电压下降,系统单位直流能耗显著降低。提高电流密度会造成系统单位直流能耗升高,而单位交流能耗降低。     

电解水制氢厂站经济性分析北大核心CSCD

氢能是支撑智能电网和可再生能源发电规模化的最佳能源载体,发展电解水制氢是实现碳减排的重要技术路径。当前,电解水制氢成本较高,尚不具备在工业、交通、建筑等领域大规模应用的竞争力。本文对电解水制氢厂站的全生命周期成本进行研究,比较不同技术路线下电解水制氢的成本构成。结果表明,设备购置成本、电力成本和设备耐久性是影响电解水制氢综合成本的关键因素。碱性电解槽由于具有更低的设备购置成本,综合制氢成本低于质子交换膜电解槽。提高电解槽运行温度、开发高效率电解槽以及提高电解槽耐久性可显著降低电解制氢厂站的全生命周期电耗,从而降低制氢综合成本。分析表明,每降低制氢电耗1 k Wh/Nm^(3),可降低氢气平准化成本幅度为1.1 P元/Nm^(3)(P是电价,元/kWh);当电价更低时,氢气的平准化成本也相应降低,电价降低0.01元/kWh,氢气平准化成本的降幅为0.057元/Nm^(3)。     

世界可再生能源电力制氢现状

氢能可实现从开发到利用全过程的零排放、零污染,是最具发展潜力的高效替代新能源。世界各国都将发展氢能提升到国家战略层面。我国也要大力发展氢能、燃料电池等新一代能源科技。水电解系统结构简单、不用氢分离操作、活动部分少、从电力到氢的能量转换效率比较高(60%~80%),成为制氢技术研发的热点。水电解技术有碱水电解、固体高分子型水电解、高温水蒸气电解。利用可再生能源制氢是新能源领域的一个新发展趋势,被称为拯球地球的动力,已提出了"可再生氢"的概念。利用剩余风电、光伏电力制氢不失为解决弃风、弃光的成功之策。目前可再生能源电力制氢技术研究开发活跃。电解水制氢催化剂技术、固体氧化物型水电解制氢技术和光电化学制氢技术的研究开发取得了很大的进展。我国河北省沽源县建设的世界最大风电制氢综合利用示范项目已全部并网发电。     

三产氢气的新方法——接触辉光等离子体电解制氢

氢能源被认为是21世纪的清洁二次能源。文章介绍了一种新的制氢技术——接触辉光等离子体电解制氢。接触辉光等离子体电解制氢的基础是辉光等离子体电解。文章分析了辉光等离子体电解的非法拉第特性，阐述了辉光等离子体电解的化学反应机理；对接触辉光等离子体电解制氢技术、矿物燃料制氢技术、常规电解制氢技术进行了比较；分析了发展接触辉光等离子体电解制氢技术存在的问题。     

适用于可再生能源制氢的大容量碱液电解槽建模研究

考虑分布式参数的影响,研究外部电场激励下大容量碱液电解槽的反应特性,发现电解槽的宏观物理结构对系统的运行特性有较大影响,基于此提出一种新型碱液制氢电解槽等效电路模型。通过对不同工况下电解槽的工作状态和反应过程进行分析,揭示外部电场对大容量碱液电解槽反应的激励机理。研究发现：相比于电极材料微观特性,电解槽的结构尺寸对宽范围工况下系统的运行特性起到更为关键的作用。最后,基于自制的碱液电解槽原理样机进行宽范围电解制氢实验,发现在不同工况下,所提模型均能较好地刻画电解槽的运行特性,并验证了模型的有效性。