风光互补联合制氢系统研究及环境效益评价

发布时间：2020-08-05 09:13

【摘要】：环境保护是我国一项基本国策,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/S imulink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我们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。
【学位授予单位】：河北工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM61;X82
【图文】：

改革开放至今，我国国家经济快速发展，一次、二次能源消耗量也逐年增加，同时也引发了较明显的环境问题，为在保障国民经济发展的同时保护我们赖以生存的自然环境，我国在能源利用结构优化方面做出了巨大的努力，着重体现在对于可再生能源的大力开发和对不可再生能源的节约利用。可再生能源的开发利用对于环境保护和节能事业的贡献不言而喻，但是目前我国对于可再生能源的利用程度并不高。根据《中国可再生能源展望 2017》[1]的统计数据，我国 2016 年一次能源总消费量 43.6 亿吨标准煤。煤炭占比 55%，石油占比 21%，天然气占比 6%。非化石能源占比为 13%，可再生能源的占比为 11%。2016 年我国终端能源消费总量达到 32.3 亿吨标准煤，其中煤炭消费占比达到 39%，依旧是我国终端能源消费的主要能源品种，其它主要能源如石油、电力、天然气的消费占比分别为 27%、19%和 7%，可再生能源占终端能源消费量不足 5%。上述数据研究表明，目前为止煤炭依旧是我国能源消费的主体，同样也说明风、光等可再生能源的利用尚有广阔的发展空间。可再生能源作为自然界内可循环再生的能源，其主要包括光能、风能、生物质能、潮汐能、海水温差能等等。它们一般储量庞大，但由于种种原因不能得到高效、稳定的开发利用。

图 1-2 光生伏特效应发电原理图 schematic diagram of generating v业运营上尚处于雏形阶段，整体行业还受到了国家及地鉴 2017》[6]，我国光伏发电装千瓦，实现了爆发式的增长增加到 2016 年的 305 吉瓦，

（5）结合（4）中研究结果和碳减排方法学 CMS-080-V01《在新建或现有可再生能源发电厂新建储能电站方法学》，对该套风光互补发电制氢系统的碳减排能力进行计算，表明其在节能减排领域的优势。另外通过对比系统后接燃料电池发电与一般燃煤发电厂在 SO2、NOx、烟尘排放方面的差异说明其优良的环境效益。1.4 研究方法与技术路线本文拟采用以下研究方法和技术路线对课题进行研究：（1）采用文献调研和实地调研相结合的方法，参阅相关文献资料，了解当前的风光互补制氢技术的发展现状、国内外技术应用情况，并结合实际实验操作，对技术应用情况进行模拟，获取数据，以保证数据的完整可靠。（2）采用理论研究与试验研究相结合的方法，根据对高压气态储氢技术、风、光发电及控制系统等课题相关的理论研究，结合实际风光互补制氢系统试验的情况，对系统的优化进行分析和讨论。课题研究技术路线图具体如下：

【参考文献】

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本文编号：2781334