风光互补联合制氢系统研究及环境效益评价

摘要

环境保护是中国一项基本国策，作为保护环境的重要手段，能源结构优化调整一直受到政府、研究者以及广大民众的关注。风能、太阳能、地热能、潮汐能、海洋温差等可再生能源的开发利用可以切实达到优化能源结构的效果，尤其是风能和太阳能，二者分布广泛、储量极大。综合利用风光能源，结合氢储能规避其波动性和随机性导致的能量损失严重的问题，不仅可以提升此类清洁能源利用效率，更能拓宽其利用途径。
　　本文以现有风光互补联合发电系统研究为起点，结合电解水制氢储能系统的研究，以河北省邯郸市一套风光互补联合制氢系统为原型，根据光伏、风电、电解水制氢以及储氢单元的数学模型分别建立了对应的产能/耗能单元的MATLAB/Simulink模型。将光伏和风电模型在一定环境条件（光照辐射量、风速、气温）下的模拟结果与一套风光互补发电设备的实验数据相对比，验证了模拟模型中两个发电单元的可靠性。通过设计一套微型电解水制氢实验和文献研究验证了模型中电解水单元和压缩氢气储能单元耗能的情况与预期系统耗能情况相似。
　　采取正交模拟实验的方法，对建立的风光互补联合制氢系统模拟模型进行了模拟实验研究，对不同组合的虚拟环境状态下系统制氢速率情况进行了模拟实验。选取光照总辐射量、环境温度、风速、风机转速和制氢温度五个参数对于系统制氢效果的影响情况进行极差、方差分析，分析结果显示:光照总辐射量对以邯郸市为代表的冀中南地区内风光互补联合制氢系统的制氢效率影响水平最高，其他因素的影响水平从高到低依次是:风速、环境温度、风机转速和制氢温度，可以进一步得出结论:风光互补联合制氢系统在冀中南地区的利用更需要重视其对于光能的利用水平。
　　风光互补联合制氢系统运行所能产生的环境效益是对其研究的出发点和落脚点。本文结合《在新建或现有可再生能源发电厂新建储能电站方法学》计算了实验系统的碳减排能力，分并析了系统在减少二氧化硫、氮氧化物等大气污染物的减排能力，证明了系统具有优良的环境效益和社会效益，具有开发利用的必要性。

目录

声明

摘要

1．1．1 可再生能源与节能

1．1．2 太阳能、风能的应用和发展

1．1．3 弃风、弃光限电问题

1．1．4 风光互补联合发电

1．1．5 氢储能

1．2 国内外研究现状

1．2．1 风光互补联合发电系统研究现状

1．2．2 氢储能技术研究现状

1．3 本文研究内容

1．4 研究方法与技术路线

1．5 本章小结

第2章 风光互补联合制氢系统简介

2．1 系统组成

2．2 系统特点

2．3 本章小结

第3章 风光互补联合制氢系统模型

3．1 系统原型

3．2 风光互补联合发电系统的数学模型

3．2．1 光伏发电模型

3．2．2 风力发电模型

3．3 电解槽模型

3．4 储氢模型

3．5 系统整体模型

3．6 光伏发电实验／模拟数据对比

3．7 风力发电实验／模拟数据对比

3．8 电解水制氢实验／模拟数据对比

3．9 压缩氢气耗能情况分析

3．10 本章小结

第4章 风光互补联合制氢系统模拟研究

4．1 正交模拟实验

4．2 正交实验设计的基本程序

4．3 实验因素及水平选择

4．4 正交模拟实验方案设计

4．5 模拟实验

4．5．1 模拟条件

4．5．2 模拟进行

4．6 模拟结果及分析

4．6．1 正交模拟实验结果

4．6．2 影响因素分析

4．6．3 正交模拟实验方差分析

4．7 本章小结

第5章 系统环境效益分析

5．1 系统碳减排能力分析

5．1．1 碳减排方法学

5．1．2 试验系统碳减排能力

5．2 实验系统额外减排能力分析

5．3 试验系统的其他环境效益

5．3．2 减少N0x排放

5．3．3 减少烟尘排放

5．4 本章小结

结论

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果