电解水制氢的多物理场建模与监控技术综述

电解水制氢设备中存在电流、温度、流速等多个物理量以能量和物质双重耦合的形式分布于电解槽内,其高效运行离不开对内部多物理场的精确解析与协调控制。对电解水制氢设备中多物理场建模与调控技术进行了系统性综述,系统揭示了电解水制氢设备内传热、传质、气液两相流等多物理过程的耦合机理,并依次综述了各物理场的现有建模技术、研究瓶颈及发展趋势;同时,给电解槽施加磁场和光场可有效监测或调控其内部的多物理过程,分别介绍了外加光场的流场监测原理以及外加磁场的调控技术。最后,总结了电解水制氢设备内场建模与外场调控研究的关键技术与发展方向,以期为电解水制氢设备的多物理场研究的发展提供指导。

计及氢气-天然气混输的气电综合能源系统动态最优能流计算

利用可再生能源电解水制氢并注入天然气管道进行跨区域输运和利用,能够有效改善“三弃”现象,助力能源系统低碳转型。然而,氢气与天然气物化性质存在较大差异,掺氢后气网各管道、节点气质不均一,压力、流量等运行工况发生显著变化。该文建立了含掺氢环节的气电综合能源系统动态最优能流模型,重点推导了计及分布参数效应的混氢天然气动态潮流方程,反映节点处氢气质量分数与气体流速的定量关系和传输网络中各管道气质差异,揭示掺氢后气网动态过程的关键特征。同时,为降低优化问题求解难度,将模型中难以处理的双线性项等价重构为具有物理意义的新变量,并采用低掺氢比假设等简化方法进一步消除模型非线性,从而将非凸非线性问题转换为线性规划问题。该模型在反映异质气体注入对系统能流分布的影响的同时能够适应大规模优化问题的求解要求。最后通过仿真算例验证了所提模型的合理性和有效性。

基于近似动态规划的海上风电制氢微网实时能量管理策略

电解水制氢(power-to-hydrogen, PtH)装置耦合海上风电运行,在促进风电消纳的同时可以制备绿色氢能,推进工业领域的无碳化进程,因而备受关注。文章开展海上风电制氢微网的实时能量管理策略研究。首先,构建海上风电制氢微网的实时能量管理模型,包含海上风电、电制氢装置以及储氢罐等元件。然后,提出基于近似动态规划(approximate dynamic programming, ADP)的微网实时能量管理策略,采用分段线性函数近似状态值函数以应对不确定性因素。最后,通过算例验证所提策略的有效性和优越性。在所提策略下,海上风电通过电制氢装置就地消纳,实现氢气的提前制备和存储。以具备精准预测技术的理想算例为基准,所提策略在满足正态分布的实时测试场景下,优化准确率平均值大于99%。