基于等效氢耗特征的孤岛电-氢混合储能多微电网功率自适应分配控制方法研究

在含电–氢混合储能系统的复杂多微电网中,为解决不同规模及类型微源所导致的公共负荷难以合理分配进而使交流母线电压频率失稳的问题,提出了一种基于等效氢耗的孤岛复杂多微电网功率分配自适应控制方法。该方法将微电网内不同微源承载能力等效为氢耗,统一评估不同微电网的载荷裕量,并根据实际微源的动态特性和运行机理自适应改变多虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)一次调频分配系数,实现了通过分布式控制对公共负荷的实时合理分配。此外,所提出的VSG自适应控制方法通过识别频率变化快慢,使转动惯量和阻尼系数协同自适应控制。实现了减小频率波动超调量的同时提高系统的响应速度。最后,开展半实物实验,对所提方法的有效性进行了验证。

燃料电池混合动力机车参数匹配与等效氢耗优化能量管理方法

为提升燃料电池机车混合动力系统综合经济性,基于机车动力性能分析提出一种基于配置成本优化的燃料电池混合动力系统参数匹配方法。在此基础上,将锂电池能耗等效为燃料电池的氢气消耗,并提出一种基于等效氢耗实时优化的燃料电池混合动力系统能量管理方法,以降低系统整体能耗水平。基于某机车实际参数对所提方法进行可行性验证。结果表明,机车配置10套150 kW的燃料电池和549串16并的锂电池,可在机车安全稳定运行的基础上,实现系统总购置成本最优,并且,基于所提出的能量管理方法,系统等效氢气消耗降低8.44%,混合动力系统的综合经济性得到明显改善。

柴油加氢过程氢耗动力学模型及最优氢耗方案

采用微型高通量加氢实验装置对柴油加氢过程中的化学氢耗进行研究,将化学方程法计算得到的氢耗数据带入幂函数方程,建立了单一催化剂(CoMo或NiMo催化剂)沿反应器轴向加氢反应动力学模型。研究发现:将所建立的CoMo和NiMo的单一催化剂动力学模型进行组合可用于预测催化剂级配体系的氢耗数据;与单一NiMo催化剂装填方案相比,NiMo和CoMo混合级配由上至下的装填方案V(NiMo)/V(CoMo)=3时的氢耗更低,总氢耗降低了8.4%;且动力学拟合值与实验计算值的相对误差为4.5%。

燃料电池汽车的氢耗分析模型与应用

为便于定量分析燃料电池汽车的氢耗影响因素和整车氢耗潜力,文中基于燃料电池汽车行驶时内部的能量流动关系,首先定义平均综合传动效率并提出理论氢耗计算分析模型.通过对氢耗的多种影响因素进行分析,进一步得到理论氢耗增量模型.最后基于advi-sor自带的燃料电池汽车模型,通过理论和仿真分析量化了滚动阻力系数、传动系机械效率、电机效率、燃料电池效率对整车经济性的影响.此外,基于各影响因素未来可能达到的极限状态,通过仿真得氢耗潜力为0.6 kg/100 km.不同因素的量化分析和氢耗潜力的确定不仅对燃料电池汽车动力系统前期研发有重要指导意义,而且在实车开发期间可为部件选择和参数标定提供优化方向.

基于运行模式和动态混合度的燃料电池混合动力有轨电车等效氢耗最小化能量管理方法研究

清洁环保的燃料电池混合动力有轨电车近年来受到极大关注,其高效的能量管理方法对混合动力系统性能起到至关重要的作用。传统等效氢耗最小化方法的荷电状态(state of charge,SOC)平衡系数通常采用恒定值,而有轨电车在大功率峰值需求和减速制动过程中,恒定的SOC平衡系数不能满足瞬时等效氢耗最小的指标要求,并且在未知有轨电车工况条件下最优SOC平衡系数无法确定。针对上述问题,建立基于燃料电池/锂电池的混合动力有轨电车动力系统模型,并通过分析SOC平衡系数与氢耗特性,提出一种基于运行模式和动态混合度的等效氢耗最小化能量管理控制方法。该方法通过划分有轨电车运行模式,分析不同运行模式下SOC平衡系数与瞬时氢耗的关系,在此基础上提出基于运行模式和动态混合度的等效氢耗瞬时优化方法。结合有轨电车典型工况,搭建RT-LAB实时仿真平台,开展有轨电车能量管理系统实时仿真,并与传统等效氢耗最小化方法进行对比分析。结果表明,所提出的能量管理方法能够根据有轨电车工况的实时变化而自动分配需求功率,并在不同初始SOC的情况下,满足等效氢耗量最小的性能指标要求,提高整车燃料经济性。

煤焦油加氢氢耗的研究

在小型固定床加氢装置上对煤焦油加氢改质的氢耗进行了研究。由于不同化合物氢耗量相差甚大,本研究用归类法分别计算了原料中硫、氮、氧、芳烃和环烷烃等各类化合物的氢耗。在进料速率为60 g/h,加氢反应温度370~410℃,液体体积空速在0.3 h-1,氢分压13 MPa,氢油比1 800：1的加氢条件下,得出计算氢耗为4.72 g/h,与实际氢耗相比,相对误差为2.2%。

催化裂化柴油与焦化汽柴油混合油生产国Ⅴ柴油氢耗研究

中国石油天然气股份有限公司独山子石化分公司以哈国进口原油生产的催化裂化柴油、焦化柴油和焦化汽油为组分,按照不同的试验方案调配成两种混合试验原料。在反应压力为7.5 MPa、氢油比为600、空速为2.5 h^(-1)和加氢催化剂条件下,调节反应温度,开展两种混合原料加氢生产国Ⅴ柴油的试验研究。试验结果表明:在精制柴油的硫质量分数小于10μg/g、试验过程的物料核算达到平衡的条件下,混合原料A在反应温度达到370℃时,生产国Ⅴ柴油的反应氢耗为112.72 g/g;混合原料B在反应温度达到372℃时,生产国Ⅴ柴油的反应氢耗为118.57 g/g。混合原料B的加氢反应氢耗较高,这与混合原料B中催化裂化柴油配比较高有关。

页岩油加氢精制工艺氢耗的研究

以页岩油为原料油,以Mo-Ni/Al2O3为加氢催化剂,利用固定床加氢反应装置对页岩油加氢改质的氢耗进行了研究。将加氢反应分为杂原子脱除、烯烃和芳烃饱和、环烷烃开环和加氢裂化3类反应,通过分析原料油与产物的性质组成,计算各项反应化学氢耗量。结果表明,在进料量为50 g/h、温度为380℃、压力为8.0 MPa、体积空速为1.5 h-1、氢油体积比为600∶1的条件下,杂原子脱除、烯烃和芳烃饱和、环烷烃开环和加氢裂化3类反应平均氢耗量占总化学氢耗量分别为11.38%,56.51%,32.10%。在2种不同工况条件下计算出的理论总氢耗(物理氢耗为0.140 1 g/h)分别为2.422 1,2.811 6 g/h,与实测氢耗量相比,误差分别为4.64%,4.04%。

影响蜡油加氢处理装置氢耗因素的分析

对中国石油化工股份有限公司洛阳分公司蜡油加氢处理装置影响氢耗的因素进行了分析并提出改进建议。结果表明:蜡油加氢处理装置氢耗随原料油密度、原料油硫含量和反应温度升高而增大。原料油密度在891～908 kg/m3时,化学氢耗为5.15～6.95 kg/t;原料油硫质量分数为0.674%～1.097%时,化学氢耗为4.25～6.28 kg/t;反应温度为299～337℃时,化学氢耗为5.31～5.90 kg/t。为了降低氢耗,热高压分离器温度选择在240～260℃,冷高压分离器操作温度控制在45～55℃,以降低循环氢溶解损失。同时,装置应定期进行闭灯检查以防止装置氢气泄漏。在满足生产的条件下,尽量减少排放废氢气。

蜡油加氢装置的全流程模拟与变工况氢耗计算

加氢反应过程及其氢耗是炼厂氢气资源高效、合理利用的关键。为了获得变工况条件下加氢处理过程中氢耗与全流程参数变化的耦合关联,将硫化物、氮化物和芳烃各分为4个集总,采用ASPEN Plus对蜡油加氢工艺全流程进行模拟,采用某炼化企业的蜡油加氢处理装置操作参数与原料产品性质对模拟结果进行验证。在全流程模拟的基础上,对蜡油加氢处理装置在原料硫含量和加工负荷变工况条件下氢耗进行了计算和分析。研究表明:利用反应动力学的全流程模拟所得氢耗随加工负荷的变化趋势与经验关联式所得结果一致,氢耗随原料硫含量的变化较经验关联式更接近实际生产。基于流程模拟的基础数据可以为工艺流程中加氢反应氢耗计算提供更深入的理解。

燃料电池发动机氢耗量半经验动态模型

在氢耗量稳态特性模型基础上,通过试验研究,建立了燃料电池发动机氢耗量半经验动态模型,并对模型进行了试验验证。结果表明,该模型能反映燃料电池氢耗量的动态特性,精度较高,而且该模型具有结构简单,模型参数较少等特点,通过较少的试验数据即能获得模型中的参数,便于在车辆动力学仿真研究中应用。

加氢装置氢耗影响因素分析

对洛阳石化加氢处理装置的氢耗影响因素进行分析，其结果表明，加氢处理装置氢耗随原料油硫含量和反应温度增大而增大。装置主催化剂由FF－18换为FF－24后，耗氢率下降，换剂半年内最低为0．650％；原料油硫含量0．704％～1．097％时，耗氢率为0．515％～0．630％；反应温度301～338℃，耗氢率为0．536％～0．591％。为了降低氢耗，热高分操作温度选择在245～265℃，冷高分操作温度选择在42～58℃，以降低临氢系统循环氢溶解损失。同时提出措施，装置定期进行闭灯检查以防止装置泄漏氢气。在满足生产条件下，尽量减少排废氢。

燃料电池混合发电系统等效氢耗瞬时优化能量管理方法

为提高燃料电池混合发电系统效率和改善燃料经济性,提出一种基于双DC/DC拓扑结构的燃料电池混合发电系统等效氢耗瞬时优化能量管理方法。该方法根据等效氢耗理论,在单位控制周期内实时分配燃料电池和锂电池输出功率,使得系统在单位控制周期内等效氢耗最小,并通过将该瞬时等效氢耗优化问题转换为双向DC/DC变换器的最优输出功率求解问题,实现了该方法的工程应用。在搭建的由燃料电池、锂电池、单向DC/DC变换器、双向DC/DC变换器以及能量管理器等组成的混合发电系统测试平台上,利用轨道机车工况开展了多指标性能测试与对比分析。实验结果表明,与状态机控制策略相比,基于等效氢耗瞬时优化的能量管理方法能够有效提高等效氢耗利用率和系统效率,并降低了锂电池运行压力,有效改善了系统燃料经济性和使用寿命。

考虑系统氢耗和耐久性的多堆燃料电池优化控制方法

为降低多堆燃料电池系统(multi-stack fuel cell system,MFCS)氢耗并延长运行寿命,提出一种计及系统氢耗和耐久性的多堆燃料电池系统优化控制方法,该方法以MFCS氢耗量和耐久性作为多目标,通过海鸥优化算法(seagull optimization algorithm,SOA)与无源控制(passive-based control,PBC)结合,实时优化每个单堆燃料电池系统输出功率,降低MFCS氢耗量,并兼顾约束功率波动率,提高MFCS耐久性,进而延长MFCS使用寿命。最后基于RT-LAB平台,搭建一套由3个不同性能的110kW质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)系统组成的MFCS实验硬件在环(hardware-in-the-loop,HIL)半实物平台,并从系统氢耗量和运行压力2个方面,与平均分配、链式分配、和基于运行性能衰减程度分配3种MFCS控制方法进行对比验证。结果表明,所提方法能够有效减小系统氢耗量,同时降低PEMFC输出功率波动率,进而提升MFCS耐久性,延长MFCS运行寿命。

加氢反应过程对炼油厂加氢系统氢耗影响的分析

降低氢气消耗对炼油厂节能操作具有重要意义。笔者从加氢反应系统整体出发,通过耦合各加氢反应装置的脱硫、脱氮和芳烃饱和动力学过程,研究了反应温度和反应压力对加氢反应系统总氢耗的影响。以某炼油厂加氢反应系统为例,针对蜡油加氢、催化裂化、催化柴油加氢和催化汽油加氢的耦合加氢反应系统,提出了通过耦合加氢反应脱硫动力学过程降低炼油厂氢气网络氢耗的分析方法。采用该分析方法可使总氢耗降低2230m3/h,降幅为7.28%;脱硫氢耗降低200m3/h,降幅为2.64%;脱氮氢耗降低327m3/h,降幅为9.28%;芳烃饱和氢耗降低1404m3/h,降幅为11.13%。

城轨交通用燃料电池/超级电容混合动力系统瞬时等效最小氢耗硬件在环方法研究

为了提高轨道交通用燃料电池混合动力系统的燃料经济性并有效保持储能单元的荷电状态(state of charge,SOC),该文提出一种适用于燃料电池/超级电容混合动力系统的瞬时等效最小氢耗硬件在环方法。该方法采用超级电容的一阶RC等效电路模型,建立超级电容的等效氢耗模型,通过推导得到超级电容最优输出的功率,根据当前SOC下超级电容最优输出功率并结合需求功率控制燃料电池系统的输出。通过在搭建的RT-LAB半实物硬件在环平台下,与功率跟随方法进行对比分析。结果表明,提出的方法能够有效减少氢气消耗量和保持超级电容SOC,将在轨道交通混合动力车辆大功率应用中具有良好的应用前景。

助剂对Co-Mo/γ-Al_2O_3催化剂加氢脱硫反应氢耗的影响

以4,6-二甲基二苯并噻吩与1-甲基萘的混合体系为对象,考察Co-Mo/γ-Al_2O_3催化剂中n(Co)/n(Co+Mo)对其催化加氢脱硫反应的加氢脱硫活性、加氢脱硫选择性、芳烃饱和活性以及反应氢耗的影响,并采用H2-TPR、XRD、Raman、TEM、XPS等表征手段对催化剂进行分析表征。结果表明,当n(Co)/n(Co+Mo)为0.3时,Co-Mo/γ-Al_2O_3中金属组分与载体间相互作用力最弱,硫化态催化剂Co-Mo-S相的比例、活性金属Mo的硫化度最高,MoS_2片晶的平均长度最短。相应地,该催化剂的加氢脱硫活性、加氢脱芳活性、直接脱硫选择性达到最高值,同时脱除每摩尔硫的氢耗、脱除每摩尔硫时芳烃饱和反应的氢耗均最低,即H_2利用率最高。活性金属存在形态特别是Co-Mo-S活性相数量是影响催化剂加氢脱硫活性、加氢脱芳活性、加氢脱硫选择性以及H_2利用率的重要因素。

用动力学方法计算煤焦油加氢化学氢耗研究分析

在煤焦油加氢小试实验装置上就煤焦油加氢工艺参数的变化对氢耗的影响进行了分析,并在此基础上结合煤焦油加氢动力学对氢耗计算进行了研究;实验结果表明,化学氢耗计算模型的相对误差为2.10%,模型能够较好地反映煤焦油加氢过程氢耗的实际状况。

降低高压加氢裂化装置氢耗的措施探讨

在加氢裂化装置中,氢气是正常生产不可缺少的原料。加氢处理、加氢裂化反应均需消耗氢气;同时,氢气消耗还包括机械泄漏、溶解损失以及微量排放等。氢气成本约占加氢裂化装置加工成本的7%～13%。中国石化某加氢裂化装置采用石油化工科学研究院(RIPP)开发的RN-32/RHC-1催化剂,设计转化率为58.3%(以重石脑油计算),馏出物计算方法转化率为60.3%。在此条件下,无论大小尾油方案,设计化学氢耗均为2.25%。实际生产中,装置转化率在60%左右,与设计值基本相当,但氢耗较高,各加工方案氢耗均在2.7%～3.0%范围。从加氢裂化装置理论氢耗入手,分析氢耗与实际操作的关联性,结合降低氢耗试验,分析原油品种变化和转化率对氢耗的影响,提出降低氢耗的主要措施应为优化加氢裂化反应转化率。另外,优化装置原料、降低原料干点也是降低氢耗的有效手段之一。

加氢装置高压分离器对氢耗的影响分析

加氢装置高压分离器的气-液平衡与高压分离器操作温度、操作压力密切相关,应用工艺流程模拟软件PRO/Ⅱ进行了气-液平衡计算,大大节省了计算时间,又可提高计算准确度。对加氢装置高压分离器操作温度、操作压力进行了分析,结果表明:选择适宜的高压分离器操作温度、操作压力,有利于提高加氢装置循环氢纯度、降低溶解氢量。在工程设计中通过优化高压分离器的工艺参数可以减少加氢装置废氢的排放,降低加氢装置的氢耗,提高加氢装置的经济效益。