【摘 要】
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近年来,可再生能源和氢能发展势头迅猛,利用可再生能源制氢已经成为碳减排的重要途径之一。由于风能/太阳能自身存在的随机性和波动性,使得可再生能源发电制氢系统的稳定性和经济性受到影响,这也是限制其大规模发展的主要原因。因此有必要思考如何利用好风/光资源,实现大规模稳定制氢。风能光能发电制氢是一个复杂的过程,本文先分析了风力发电、光伏发电、蓄电储能、电解制氢、储氢等各部分的工作原理,建立了数学模型,并运
【基金项目】
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国家自然科学基金（No.21736004、No.22078108）
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近年来,可再生能源和氢能发展势头迅猛,利用可再生能源制氢已经成为碳减排的重要途径之一。由于风能/太阳能自身存在的随机性和波动性,使得可再生能源发电制氢系统的稳定性和经济性受到影响,这也是限制其大规模发展的主要原因。因此有必要思考如何利用好风/光资源,实现大规模稳定制氢。风能光能发电制氢是一个复杂的过程,本文先分析了风力发电、光伏发电、蓄电储能、电解制氢、储氢等各部分的工作原理,建立了数学模型,并运用MATLAB/Simulink仿真软件建立相应的仿真模型。重点分析了风力机的运行特性以及环境温度和光照强度变化对光伏电池输出特性的影响。另外本文利用最大功率跟踪控制方法实现了风力发电和光伏发电的最大功率输出。在此基础上,本文详细叙述了风力发电制氢、光伏发电制氢以及风光耦合发电制氢系统的主要结构和组成,并运用MATLAB/Simulink仿真软件建立了系统仿真模型,进行实时动态仿真模拟,仿真结果表明风电、光电以及风光耦合电具有较大的波动性,在经过蓄电池补偿功率后,供电功率变得较为平缓。最后通过储氢罐的储放气后,氢气输出速率基本达到平稳状态,实现稳定供氢。为了更好地分析系统的稳定性能,本文建立了稳定性评价模型对系统仿真结果进行评价,结果表明三个系统的稳定性由强到弱的依次为:风光耦合发电制氢、风力发电制氢、光伏发电制氢。在此基础上对系统的经济效益和环境影响进行评价,结果表明,本论文中的风力发电制氢、光伏发电制氢以及风光耦合发电制氢系统的制氢成本分别为35.53 CNY/kg H2、37.12 CNY/kg H2和32.28 CNY/kg H2,碳排放强度分别为0.94kg CO2/kg H2、1.93 kg CO2/kg H2和1.34 kg CO2/kg H2。与传统制氢方式相比,本论文中的风能光能发电制氢系统在碳减排方面有着非常大的优势,但在经济性的竞争力方面,仍有待于提高。随着可再生能源发电成本的下降、电化学储能技术的成熟、制氢规模的扩大以及低成本储氢设施的发展等,风能光能发电制氢成本将会逐渐降低。另外系统在容量配置、控制策略等方面有待进一步优化,使得发电制氢系统更加稳定。未来风能光能发电制氢定会发展成为重要的制氢途径。
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