文章解读与仿真程序复现思路——电力自动化设备EI\CSCD\北大核心《考虑光热集热单元的氢储能热电联供综合能源系统容量优化配置》

news2024/9/22 3:31:15

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这篇论文的核心内容是提出并研究了一种考虑光热集热单元的氢储能热电联供综合能源系统(PPHC)的容量优化配置方法。以下是关键点的总结:

  1. 研究背景:氢储能技术是太阳能高效利用的重要手段,但氢储能进行热电联供时,由于热电耦合约束的存在,供能灵活性较差。

  2. 研究目的:为了解决氢储能热电联供系统供能灵活性差的问题,设计了一种包含光热集热单元的氢储能热电联供系统,并建立了优化配置模型。

  3. 系统设计:将光热集热单元作为氢储能系统的额外供热源,以提升系统的热电联供能力和供能经济性。

  4. 优化配置模型:建立了包含光热集热单元的氢储能综合能源系统容量优化配置模型,目标是最小化系统年化总成本。

  5. 模型特点:考虑了设备的投运维成本、弃光和失负荷带来的惩罚成本,以及系统寿命和折现率等因素。

  6. 约束条件:包括设备运行约束、电能平衡约束、热能平衡约束等,确保系统的稳定运行。

  7. 算例分析:以西北某园区为算例,验证了光热集热单元对提升氢储能热电联供能力的有效性,以及所提优化配置方案的经济性。

  8. 结果对比:将PPHC系统与光伏制氢热电联供(PHC)系统、光伏光热蓄电池储能(PPB)系统进行对比,结果显示PPHC系统在年化总成本上具有优势。

  9. 研究结论:提出的PPHC系统能够实现高效太阳能热电综合利用,具有较高的能量利用率和经济性,对于高热电负荷比例的用能场景具有重要的现实意义。

根据论文内容,复现仿真实验的基本思路可以概括为以下几个步骤:

  1. 环境搭建:准备仿真软件平台,如MATLAB,用于模拟氢储能热电联供综合能源系统(PPHC)的运行。

  2. 数据准备:收集系统所需的输入数据,包括光伏发电、光热集热单元的出力数据,热负荷和电负荷的需求数据。

  3. 模型建立:根据论文中描述的设备模型和约束条件,建立PPHC系统的数学模型,包括电解槽(EL)、燃料电池(FC)、储氢罐(HT)、储热单元等的模型。

  4. 优化配置:使用线性规划方法,通过目标函数和约束条件,优化PPHC系统中各设备的容量配置。

  5. 仿真运行:根据优化配置结果,模拟PPHC系统在一天内不同时间段的运行情况,包括电能和热能的产生、存储和消耗。

  6. 结果分析:分析PPHC系统运行的经济性,与PHC系统和PPB系统进行对比,评估光热集热单元对系统性能的影响。

以下是使用Python语言进行仿真复现的伪代码示例:

import numpy as np
from scipy.optimize import linprog

# 假设已加载系统参数和输入数据
system_params = {...}  # 包括设备效率、成本等参数
pv_output = ...  # 光伏发电出力数据
solar_thermal_output = ...  # 光热集热单元出力数据
electric_load = ...  # 电负荷需求数据
heat_load = ...  # 热负荷需求数据

# 定义目标函数和约束条件
def objective(Ci, Co, Q, S, m, r, We_tot, Wh_tot, Wpv_tot):
    # 计算系统年化总成本
    # ...
    pass

def constraints(Ppv, Pel, Pfc, Qel, Qfc, Hhsu, Mht, pv_output, st_output, el_output, fc_output):
    # 定义系统运行的约束条件,包括电能平衡、热能平衡等
    # ...
    pass

# 优化配置
def optimize_configuration(system_params, pv_output, solar_thermal_output, electric_load, heat_load):
    # 使用线性规划方法优化设备容量配置
    # ...
    pass

# 仿真运行
def simulate_system(optimized_config):
    # 根据优化配置结果模拟系统运行
    # ...
    pass

# 结果分析
def analyze_results(simulated_data, system_params):
    # 分析系统运行的经济性,与其他系统进行对比
    # ...
    pass

# 主仿真函数
def main_simulation(system_params, pv_output, solar_thermal_output, electric_load, heat_load):
    optimized_config = optimize_configuration(system_params, pv_output, solar_thermal_output, electric_load, heat_load)
    simulated_data = simulate_system(optimized_config)
    analyze_results(simulated_data, system_params)

if __name__ == "__main__":
    main_simulation(system_params, pv_output, solar_thermal_output, electric_load, heat_load)

请注意,上述代码仅为示例,实际实现时需要根据具体的模型结构、数据格式和求解器接口进行相应的调整和完善。此外,还需要实现具体的设备模型、约束条件、优化算法和结果分析等细节。

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