光伏燃料电池复合发电系统的优化设计

【摘要】： 太阳能是取之不尽的可再生能源,但是光电具有在某些气象条件下无法保证连续供应电能的缺点。由于光伏阵列和燃料电池在时间分布上可以实现较强的互补性,采用光伏和燃料电池复合发电技术,可保证基本稳定的电力供应。光伏燃料电池复合发电系统是一种结构合理的独立发电系统,正逐步成为解决能源短缺和环境污染的一种有效手段。目前对光伏燃料电池复合发电系统的性能和计算机仿真模拟等方面研究比较多,但对于系统建模和优化设计等方面的研究还不够深入。本文以小型光伏燃料电池复合发电系统为研究对象,建立系统各主要模块的数学模型,研究各模块间的匹配规律,初步开发了系统的优化设计软件。 首先从光伏燃料电池复合发电系统的结构特征出发,提出了“模块化”的建模策略,分别建立系统各主要模块的数学模型。采用最小二乘法计算系统中光伏阵列的最佳安装倾角,用Perez模型计算倾斜面上的小时太阳辐射量,建立了光伏发电系统的数学模型。综合考虑燃料电池发电系统有效性和简单性的要求,提出了机理模型和经验模型相结合的建模方法：通过假定燃料电池模型的工作条件,确定燃料电池中的气体分压力；根据Nernst方程提出的离子浓度、温度等因素对电池电动势的影响,推导出燃料电池理想电压的数学表达式；结合实验数据和经验模型,计算了燃料电池的活化过电压和欧姆过电压,建立燃料电池发电系统的数学模型。 然后采用工程优化技术,在系统各主要模块数学模型的基础上,以优先能量级的控制策略为基础优化系统的匹配设计；提出了系统的最优化算法和精度分析,以系统的净现值成本为优化目标,以用电可靠性为约束条件,初步开发了系统的优化设计软件。该软件对光伏燃料电池复合发电系统的设计方案的经济性、技术性和环境效益进行了评价。 【关键词】：光伏发电 燃料电池发电 数学模型 最优化算法 精度分析
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM911.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-23
• 1.1 研究背景9-13
• 1.2 国内外光伏、燃料电池发电的发展现状及展望13-19
• 1.3 光伏燃料电池复合发电系统的研究现状19-21
• 1.4 研究内容及主要创新点21-23
• 第2章 光伏燃料电池复合发电系统的结构和控制策略23-41
• 2.1 光伏发电23-27
• 2.2 燃料电池发电27-35
• 2.3 电解装置35-36
• 2.4 储氢装置36-37
• 2.5 系统控制策略37-39
• 2.6 本章小结39-41
• 第3章 光伏燃料电池复合发电系统的数学模型41-57
• 3.1 光伏阵列模型41-46
• 3.2 质子交换膜燃料电池模型46-54
• 3.3 电解装置模型54-55
• 3.4 储氢装置模型55
• 3.5 本章小节55-57
• 第4章 光伏燃料电池复合发电系统的优化设计57-71
• 4.1 系统优化设计软件57-58
• 4.2 系统的优化设计58-69
• 4.3 环境效益分析69-70
• 4.4 本章小结70-71
• 第5章 结论及展望71-74
• 5.1 主要的研究成果71-72
• 5.2 展望及建议72-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-79
• 攻读硕士学位期间论文发表及科研情况79

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