一种考虑风光波动的氢电耦合系统综合布置方法、系统、设备及介质与流程

本发明涉及氢电耦合系统，具体地说是一种考虑风光波动的氢电耦合系统综合布置方法、系统、设备及介质。

背景技术：

1、氢电耦合系统作为可再生能源消纳与氢能高效利用的关键载体，已广泛应用于制氢、储氢、发电等多个领域。该系统通过风电、光伏等可再生能源发电驱动电解制氢，再通过储氢单元存储氢能，最终通过燃料电池实现电能利用，形成“风光发电-电解制氢-储氢-氢能发电”的闭环系统。

2、然而，风光资源具有天然的波动性和不确定性，导致发电量剧烈波动，进而引发制氢量、系统运行压力等参数的动态变化，增加了氢气泄漏、燃爆等事故的风险；现有氢电耦合系统布置方法多基于静态工况设计，未充分考虑风光波动对系统安全的动态影响，导致布置方案存在安全冗余过大或风险防控不足的问题，同时难以兼顾空间利用率和能耗优化。

3、因此，需要一种考虑风光波动的氢电耦合系统综合布置方法。

技术实现思路

1、针对现有氢电耦合系统布置方法未充分考虑风光波动影响、安全与经济性难以平衡的技术问题，本发明提供一种考虑风光波动的氢电耦合系统综合布置方法、系统、设备及介质，其通过耦合风光波动特征、系统运行特性与安全风险分析，以实现氢电耦合系统布置综合优化。

2、为此，本发明采用如下的技术方案。

3、第一方面，本发明提供一种考虑风光波动的氢电耦合系统综合布置方法，其包括以下步骤：

4、基于目标区域历史风光资源数据，建立风光功率预测模型；

5、基于风光功率预测模型，预测发电量并假设全部用于电解制氢，建立氢电耦合系统的运行特性模型；

6、基于氢电耦合系统的运行特性模型，分析风速和光照强度时序变化对发电量的影响，进而量化发电量波动和氢电耦合系统运行条件对电解制氢量的作用规律；

7、结合所述的作用规律，基于不同泄漏位置和泄漏量，构建氢气泄漏扩散模型，用于实现对不同场景下氢气浓度分布及扩散演化的预测；

8、基于氢气泄漏扩散模型的预测结果，进行射流火、闪火以及燃爆特性仿真分析，结合风光波动导致的氢电耦合系统运行参数波动特征，建立风险量化评价指标体系，完成氢电耦合系统风险量化评价；

9、基于风险量化评价结果，以风险最低、空间利用率最高、能耗最优为目标，随机生成氢电耦合系统各组件的初始布置方案，通过优化算法迭代寻优，得到氢电耦合系统最优综合布置方案。

10、进一步地，建立风光功率预测模型，具体内容包括：

11、采集目标区域历史风光资源数据，通过统计分析得到风速、光照强度的概率分布及时序波动特征，建立风光功率预测模型。

12、进一步地，建立氢电耦合系统的运行特性模型，具体内容包括：

13、基于氢电耦合系统各组件的物理特性及技术参数，构建风电单元、光伏单元、电解制氢单元、储氢单元和燃料电池单元的三维模型；所述的三维模型耦合流体力学、热力学及电学方程，融入风光波动特征参数与各单元的交互关系，建立氢电耦合系统的运行特性模型，用于实现风光波动-发电量-制氢量的动态映射。

14、进一步地，量化发电量波动和氢电耦合系统运行条件对电解制氢量的作用规律，具体内容包括：

15、基于氢电耦合系统的运行特性模型，模拟不同时段的风光发电量波动，获取发电量时序曲线；建立电解制氢量与发电量的耦合关系模型，量化不同发电量波动幅度下制氢量的变化规律，得到制氢量时序数据；结合氢电耦合系统输配气和输电网络特性，分析电流密度、工作温度和工作压力对制氢量波动的影响，明确氢电耦合系统运行参数的波动范围及关键敏感节点。

16、进一步地，构建氢气泄漏扩散模型，具体内容包括：

17、选取氢电耦合系统关键敏感节点作为潜在泄漏位置，基于制氢量波动范围确定泄漏量等级；基于计算流体力学方法，在氢电耦合系统各单元的三维模型中布设高密度监测点，进行不同泄漏位置、泄漏量下的氢气泄漏扩散仿真，获取氢气浓度分布及扩散演化规律，建立氢气泄漏扩散模型，用于实现不同泄漏位置及泄漏量的事故场景下氢气浓度分布的快速预测。

18、进一步地，进行射流火、闪火以及燃爆特性仿真分析，具体内容包括：

19、基于氢气泄漏扩散模型输出的浓度分布数据，结合点火源概率分布，确定射流火、闪火及燃爆的触发条件；采用计算流体力学方法仿真不同触发条件下射流火的温度场、速度场，闪火的蔓延范围及时序特性，燃爆的超压分布及演化规律。

20、进一步地，进行氢电耦合系统的风险量化评价，具体内容包括：

21、采用风险值作为核心评价指标，定义风险值为事故发生概率与事故后果严重度的乘积，其中事故后果严重度由氢电耦合系统实时氢气存量和实时运行压力进行动态修正。

22、进一步地，寻找氢电耦合系统最优综合布置方案，具体内容包括：

23、确定各组件的空间坐标和组件间安全距离的优化变量；设置安全距离限制、空间可用性和功能需求的约束条件；建立多目标优化模型，目标函数包括风险最小化、成本最小化和效率最大化；采用遗传算法，进行综合布置方案的全局搜索，通过多轮迭代，输出最优综合布置方案。

24、第二方面，本发明提供一种考虑风光波动的氢电耦合系统综合布置系统，其包括：

25、风光功率预测模型建立单元：基于目标区域历史风光资源数据，建立风光功率预测模型；

26、系统运行特性模型建立单元：基于风光功率预测模型，预测发电量并假设全部用于电解制氢，建立氢电耦合系统的运行特性模型；

27、分析量化单元：基于氢电耦合系统的运行特性模型，分析风速和光照强度时序变化对发电量的影响，进而量化发电量波动和氢电耦合系统运行条件对电解制氢量的作用规律；

28、氢气泄漏扩散模型构建单元：结合所述的作用规律，基于不同泄漏位置和泄漏量，构建氢气泄漏扩散模型，用于实现对不同场景下氢气浓度分布及扩散演化的预测；

29、风险量化评价指标体系建立单元：基于氢气泄漏扩散模型的预测结果，进行射流火、闪火以及燃爆特性仿真分析，结合风光波动导致的氢电耦合系统运行参数波动特征，建立风险量化评价指标体系，完成氢电耦合系统风险量化评价；

30、最优综合布置方案获取单元：基于风险量化评价结果，以风险最低、空间利用率最高、能耗最优为目标，随机生成氢电耦合系统各组件的初始布置方案，通过优化算法迭代寻优，得到氢电耦合系统最优综合布置方案。

31、第三方面，本发明提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述氢电耦合系统综合布置方法的步骤。

32、第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述氢电耦合系统综合布置方法的步骤。

33、本发明具有如下的有益效果：本发明将风光波动特征与氢电耦合系统布置设计深度耦合，通过量化风光波动-运行参数-事故风险的关联关系，解决了传统布置方法静态设计的局限性；本发明采用多物理场耦合模型与cfd仿真技术，实现了氢气泄漏扩散及燃爆特性的精准预测，为风险评价提供了可靠支撑；本发明通过多目标优化算法，平衡安全、经济和效率需求，得到氢电耦合系统最优综合布置方案，实现了氢电耦合系统综合性能最优。