一种制氢供合成氨的能源协调管理方法及系统与流程

本发明涉及新能源的，特别是涉及一种制氢供合成氨的能源协调管理方法及系统。

背景技术：

1、随着新能源快速发展，2022年我国风电、光伏发电量已达巨大，但风电、光伏具有间歇性、波动性的特点，导致无法大规模新能源并网。另外我国的电能供需不平衡导致弃风限电的现象尤为严重，造成大量能源的浪费和经济损失。

2、目前，风光储煤一体化研究更多的聚焦于热电联产、电量输出这两方面，但是由于氢气的存储和运输的安全性问题，导致较多氢气无法进行大量利用，造成能源的浪费。风光储煤一体化涉及到较多子系统的数据传输交互以及策略的下发，对于当前研究更多是在策略模型方面，并未有相关系统设计也没有考虑制氨工艺的加入。另外，在制氢环节中，大多单独采用碱性电解槽或pem电解槽，但由于碱性电解槽的制氢速率慢难以满足负荷的实时性、pem电解槽的造价成本较高等问题，因此在如何设计出协调优化的制氢系统是解决问题的关键。既可以保证生产的安全稳定运行，又可以降低成本、提高能源利用率。

3、如果进行相关风光储煤一体化联合制氢供合成氨，根据需要对不同系统进行人工数据收集分析，利用传统经验判断，在不同系统之间进行切换操作调控，导致无法达到最优情况，造成能源浪费、经济损失。另外需要大量人工进行操作执行存在效率低、速度慢、智能程度低等问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种制氢供合成氨的能源协调管理方法及系统，解决风光储煤制氢各系统的一体化难协调控制、能源高效利用低、制氨工艺的碳排放过高、氢气难以运输销售、电解水制氢供需难以匹配等问题。

2、本发明的一种制氢供合成氨的能源协调管理系统，包括：

3、风光储煤联合制氢系统、数据获取模块、数据处理模块、数据存储模块、供需预测算法模块、调控策略算法模块、指令下发模块和数据通讯模块；

4、风光储煤联合制氢系统由若干子系统构成；

5、数据获取模块用于获取若干子系统的数据；

6、数据处理模块对获取的数据进行检测分析处理，当检测到数据丢失或异常时，进行数据补招操作；

7、数据存储模块将数据获取模块读取的数据，通过数据处理模块的处理后，进行存储原始数据和处理数据；

8、供需预测算法模块将获取的供需数据作为输入，利用模块中不同的预测算法模块，实现对发电功率的预测、制氢产量负荷预测、氢气消耗负荷预测数据进行输出；

9、调控策略算法模块将供需预测功率数据变化作为调控策略的输入，并结合获取储能量、储氢量监测数据，进行策略算法的寻优计算，将控制策略的指令发给指令下发模块；

10、指令下发模块将策略的调控值，进行分配下发给不同的子系统，并将指令留存记录；

11、数据通讯模块将分配给各子系统的指令进行通讯下发，接收是否发送成功反馈指令。

12、本发明作进一步改进，所述数据获取模块获取的数据包括实时发电功率、储能充放电功率、制氢实时功率、储氢容量、电储能容量、合成氨负荷功率、煤制氢负荷功率、风速、风向、辐照度、天气情况数据。

13、本发明作进一步改进，发电功率的预测、制氢产量负荷预测、氢气消耗负荷预测数据分别由发电功率预测模块、制氢产量负荷预测模块和用氢负荷预测模块提供。

14、本发明作进一步改进，子系统包括风力发电系统、光伏发电系统、储能管理系统、制氢管理系统、储氢管理系统、氢制氨管理系统、煤制氢管理系统和电力营销系统。

15、本发明作进一步改进，数据通讯模块：对煤制氢管理系统进行制氢负荷的调节、对储能管理系统进行充放电控制调节、对储氢管理系统进行氢气储放控制调节、对风力发电系统进行发电功率调节、对光伏发电系统进行发电功率调节、对电力营销系统的电力交易上网报价策略进行调节。

16、本发明作进一步改进，所述制氢管理系统：该系统主要实现对碱性电解槽和pem电解槽的协调控制，根据对负荷监测对制氢效率进行状态监控和协调控制，与储能管理系统、合成氨管理系统进行交互协调。

17、本发明的一种制氢供合成氨的能源协调管理方法，其特征在于，包括以下步骤：

18、第一步：收集获取实时数据，对实际制氢用电量和实际发电量进行比较判断；

19、第二步：当发电量大于用电量时，进行判断储氢罐容量是否充满，当未充满时，将空余发电量数据发送给制氢管理系统，通过电解槽制氢将氢气存储保存，一直到充满时，将剩余电量数据发送给储能管理系统，对储能装置进行充电；

20、第三步：判断储能装置是否充满电，当储能装置未充满时，调控风力发电系统和光伏发电系统，通过判断是否参加电力市场交易，当参加电力市场交易时，将预测剩余电量数据发给电力营销系统进行报量报价策略制定，再次判断供需是否平衡；当供需未平衡时，将再次调节风电、光伏发电系统调整发电功率；当供需达到平衡时，再次对发电量和用电量大小进行监测判断；

21、第四步：当发电量小于等于用电量时，将放电指令发送给电储能管理系统，进行调控储能装置放电操作，通过判断储能装置电量是否低于阈值，当储能电量未低于阈值时，储能装置放电供给制氢管理系统进行电解制氢，氢气直接供给合成氨管理系统，然后判断是否供需平衡；当供需达到平衡时，再次对发电量和用电量大小进行监测判断；当供需未平衡时，将信息发送给储氢管理系统进行氢气补给；

22、第五步：判断储氢量是否低于阈值，当储能装置电量低于阈值时，储氢管理系统进行氢气补给操作；当储氢量未低于阈值时，将氢气供给到合成氨管理系统，进行制氨工艺的氢气供应，并判断供需是否平衡；当供需未平衡时，将再次调节风电、光伏发电系统调整发电功率；当供需未平衡时，将缺失供给量指令发送给煤制氢管理系统；

23、第六步：制供氢管理系统日常通过获取环境数据利用发电预测模型对发电功率进行预测，获取氢气负荷数据利用负荷预测模型对氢气负荷进行预测，获取供需确实数据。当储氢设备储氢量达到设定的低位警告阈值时，将其信息发送给煤制氢管理系统，提前对煤制氢负荷功率进行调整，以满足合成氨的工艺需求量。

24、本发明作进一步改进，根据实时获取风光出力情况和负荷情况的变化，利用调节策略算法结合供需负荷大小制氢相应的调节控制指令。

25、与现有技术相比本发明的有益效果为：(1)可以对不同子系统进行一体化统一管理，根据安全稳定优先、能源利用高效、经济收益提升为目的，实现风光储煤一体化管控，保证了绿电制氢、绿合成氨的目的；

26、(2)有效保证供需各环节的调控自动化，利用大数据、物联网、机器学习算法，能够高效的保证能源的最大化利用，通过算法模型制定报价策略，增加了电力交易的收入；

27、(3)减少了人工操作工作量，提高了整个系统的数字化、智能化，降低了经济成本；

28、(4)可以通过该系统进行推广风光储一体化联合制氢供合成氨，有效解决了弃风弃光的能源浪费，并且对制氨工艺环节增加绿氢的供应，在保证供氢安全的基础上减少了碳排放，对环境保护有较大的帮助，更早实现双碳目标。

技术特征：

1.一种制氢供合成氨的能源协调管理系统，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种制氢供合成氨的能源协调管理系统，其特征在于，所述数据获取模块获取的数据包括实时发电功率、储能充放电功率、制氢实时功率、储氢容量、电储能容量、合成氨负荷功率、煤制氢负荷功率、风速、风向、辐照度、天气情况数据。

3.如权利要求2所述的一种制氢供合成氨的能源协调管理系统，其特征在于，发电功率的预测、制氢产量负荷预测、氢气消耗负荷预测数据分别由发电功率预测模块、制氢产量负荷预测模块和用氢负荷预测模块提供。

4.如权利要求3所述的一种制氢供合成氨的能源协调管理系统，其特征在于，子系统包括风力发电系统、光伏发电系统、储能管理系统、制氢管理系统、储氢管理系统、氢制氨管理系统、煤制氢管理系统和电力营销系统。

5.如权利要求4所述的一种制氢供合成氨的能源协调管理系统，其特征在于，数据通讯模块：对煤制氢管理系统进行制氢负荷的调节、对储能管理系统进行充放电控制调节、对储氢管理系统进行氢气储放控制调节、对风力发电系统进行发电功率调节、对光伏发电系统进行发电功率调节、对电力营销系统的电力交易上网报价策略进行调节。

6.如权利要求5所述的一种制氢供合成氨的能源协调管理系统，其特征在于，所述制氢管理系统：该系统主要实现对碱性电解槽和pem电解槽的协调控制，根据对负荷监测对制氢效率进行状态监控和协调控制，与储能管理系统、合成氨管理系统进行交互协调。

7.一种制氢供合成氨的能源协调管理方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.如权利要求7所述的一种制氢供合成氨的能源协调管理方法，其特征在于，根据实时获取风光出力情况和负荷情况的变化，利用调节策略算法结合供需负荷给出制氢相应的调节控制指令。

技术总结
本发明涉及新能源的技术领域，特别是涉及一种制氢供合成氨的能源协调管理方法及系统，解决风光储煤制氢各系统的一体化难协调控制、能源高效利用低、制氨工艺的碳排放过高、氢气难以运输销售、电解水制氢供需难以匹配等问题；包括：风光储煤联合制氢系统、数据获取模块、数据处理模块、数据存储模块、供需预测算法模块、调控策略算法模块、指令下发模块和数据通讯模块；风光储煤联合制氢系统由若干子系统构成；数据获取模块用于获取若干子系统的数据；数据处理模块对获取的数据进行检测分析处理，当检测到数据丢失或异常时，进行数据补招操作；数据存储模块将数据获取模块读取的数据，通过数据处理模块的处理后，进行存储原始数据和处理数据。

技术研发人员：刘峻,沈忠明,胡坤,王光春,王涛,张彦涛,张明震,韩沫,陈伟
受保护的技术使用者：中电建新能源集团股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23