Planificación de la capacidad del sistema híbrido de producción de hidrógeno alcalino y de membrana de intercambio protónico considerando características dinámicas a escala de minutos del electrólisis

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摘要

【Objetivo】 Durante el funcionamiento del electrólisis existen problemas relacionados con la adaptación a las fluctuaciones de potencia de nuevas energías y el mecanismo de arranque/parada. El modelo de asignación de capacidad a escala de tiempo prolongada no puede describir con precisión sus características dinámicas, lo que afecta la precisión de la planificación de la capacidad del sistema de producción de hidrógeno. 【Método】 Tomando como objeto de estudio un sistema híbrido de producción de hidrógeno con electrólisis alcalina (ALK) y de membrana de intercambio protónico (PEM), se propuso un método de planificación de capacidad híbrido a escala de tiempo de minutos. Primero, se diseñó un modelo de control de arranque/parada de electrólisis a escala de minutos para describir con precisión el estado operativo de dos tipos de electrólisis; en segundo lugar, para abordar los problemas de baja capacidad de adaptación a fluctuaciones y largos tiempos de arranque/parada del electrólisis ALK, se diseñó una estrategia de distribución de potencia que prioriza garantizar el funcionamiento estable del ALK; finalmente, se realizó una optimización multiobjetivo para la planificación de capacidad del sistema híbrido, basada en un algoritmo de restricciones ε aumentadas para resolver el conjunto de soluciones de Pareto. 【Resultados】 Los resultados de la simulación muestran que: bajo una capacidad instalada eólica y solar de 20 MW cada una, y un costo de inversión del sistema de 25 millones de yuanes, el modelo a escala de 1 minuto incrementa la producción media diaria de hidrógeno en un 14.7% en comparación con el modelo tradicional a escala de 15 minutos, reduce el costo unitario de producción de hidrógeno en un 7.5%, y reduce la tasa de abandono de electricidad en un 63.6%; además, con una precisión de programación de 1 minuto, la proporción ALK/PEM se optimiza gradualmente con la inversión: por debajo de 25 millones, la proporción de ALK es superior al 90%, y por encima de 30 millones, la inversión en PEM alcanza el 19.4%, mientras que el modelo de 15 minutos alcanza la proporción ALK/PEM de 4:1 con una inversión de 20 millones, lo que implica un aumento prematuro de la proporción de PEM, que no solo no se ajusta a la realidad de ingeniería, sino que también reduce los parámetros de producción, mostrando que la programación a mayor escala temporal puede causar desajuste de capacidad.

关键词

electrólisis; producción híbrida de hidrógeno; optimización multiobjetivo; optimización de configuración de capacidad; energías renovables

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