A1对应假设电力需求仅通过A通道来满足时所需的风轮扫掠面积。但系统实际运行当中,风电机组发出的电力将通过A、B、C、D四条通道传送往用户。依据1.2节中优化能量管理策略,在图4中的时间间隔(tO,t1)、(t2,t3)、(t4,t5)内,电力赤字△P_=PL/ηIN一Peηcon。 对应的负电力失配块能量△E1。、△E3 、△E5将通过C或D通道由燃料电池消耗的氢气提供;在时间间隔(t1,t2)、(t3,t4)内,电力盈余△P+=Pe1ηcon-PL/ηIN对应的正电力失配块能量△E2 、△E4将通过C或D通道转换成氢气存贮起来:而阴影部分对应的电能将通过A或B通道传送到用户 由于ηA>ηB>ηC>ηD,与A通道相比,电力通过B、C、D通道传输会带来额外的损耗,因而需要对风轮的扫掠面积A1进行修正补偿.以获得系统达到电力供求平衡所需的风轮扫掠面积Aw如下:
其中:
A''1 包含了对B通道所带来的额外损耗的修正补偿,△A是对C、D通道所造成额外损耗的修正补偿,裕量系数Mw ≥1以保证组合蓄能独立式风力发电系统的可靠运行,理论上Mw=1时,系统恰好供需平衡:公式(8)具有普遍性,用于计算全年中所有的电力盈余正失配块的总能量.其假设图4中风轮扫掠面积为A 时的电力失配块共有N块;式(9)用于计算每一个电力失配块的能量大小(有正有负)。
2.2 氢气罐容积
当风轮扫掠面积为Aw时,系统的电力供求失配曲线如图5所示 图5中的系统电力供求存在多个正、负失配块。依据2.1小节的分析可知,所有正失配块所对应的电力盈余△P+=Pe1ηcon-PL/ηIN将通过C或D通道转换成氢气存贮起来:而所有负失配块所对应的电力赤字△P_=PL/ηIN一Peηcon将通过C或D通道由燃料电池消耗氢气提供。因而负、正失配块交替出现意味着氢气罐中的氢气量的消长波动。氢气储能用于缓冲系统长期的电力失配.氢气罐容积的设计。其关键在于计算出全年中负、正失配块交替出现过程中氢气量波动的最大范围△Emax。求出了△Emax,再根据理想气体方程、氢气的热功当量为237 kJ/mol或65.8Wh/mol、1摩尔氢气的体积在常温下约为22.4升,即可求取氢气罐容积:
式中:MHT为裕量系数,一般取2~3,以保证系统从任意时刻开始运行都不出现氢气短缺或溢出的问题;HPT为氢气罐中气体存贮的最大压强,单位为标准大气压。求取△Emax的具体步骤如下:
(1)如图5所示。设全年中负、正交替的电力失配块有N块且全年头尾相接.首先求出每个单块的失配能量△Ei,1:
(2)接着计算出N个失配块中各P个相邻失配块的能量之和△Ei,1:
图5 AW 时的电力供求失配关系曲线
式中:p为奇数,i为整数,且i,P∈[1,N],P不取偶数是因为其一正一负的效果使波动范围减小.对求取最大波动范围无益。
(3)最后由下式可求得最大波动范围△Emax: