基于元学习的锂离子电池早期剩余使用寿命快速自适应预测方法研究

本文系统探讨了氢能集成系统（IES）中电解槽（ELZ）、燃料电池（FC）及电热转换器（EHC）的选型优化，创新性地引入氢锅炉（HB）提升系统灵活性。研究通过敏感性分析和多目标优化，发现碱性电解槽（AWE）与氢锅炉组合可降低总年成本（TAC）6.5%，空气源热泵（ASHP）可进一步优化成本1.19～1.88%，为零碳氢储能系统（HESS）的组件配置提供了关键设计依据。

　　

Highlight

本研究聚焦于氢能驱动的零碳集成能源系统（IES）的设计、管理与优化。提出的IES整合了风力发电机（WT）、光伏（PV）、太阳能平板集热器（SFPC）、氢储能系统（HESS）、热储能系统（TESS）、电热转换器（EHC）、氢锅炉（HB）以及涡轮驱动制冷模块（TRM），如图1所示。

由于风速、太阳辐照度、环境温度和负荷需求存在季节性和昼夜性变化，系统被配置为在全年来分时段运行。

Working condition

位于中国北方的清华大学是一个大型校园，拥有17,270名教职员工，占地面积359.80公顷[61]。冬季，其热负荷峰值超过电负荷的1.5倍，而在其他季节，热需求显著降低。热负荷的巨大季节性变化，加上其庞大的规模，使其成为一个典型案例。风速[50]、太阳辐照度[50]、负荷数据[51]和温度记录[40]如图S2所示。

Sensitivity analysis

对于该IES，风力发电机（WT）、光伏（PV）、太阳能平板集热器（SFPC）、电解槽（ELZ）、燃料电池（FC）和热储能系统（TESS）的容量被选为基本变量。氢锅炉（HB）和电热转换器（EHC）的容量是自动计算的，而在敏感性分析期间，电解槽（ELZ）、燃料电池（FC）和氢容器（HC）容量的自动计算功能被关闭。一个包含质子交换膜水电解槽（PEMWE）、质子交换膜燃料电池（PEMFC）、氢锅炉（HB）和电锅炉（EB）的系统被用作敏感性分析的代表性案例。基础情景包括100,000 kW的风力发电机（WT）和光伏（PV），100,000 m²的太阳能平板集热器（SFPC），150,000 kW的电解槽（ELZ）和燃料电池（FC），以及1,000,000 kWh的热储能系统（TESS）。

Conclusion

本文分析了电解槽（ELZ）、燃料电池（FC）、电热转换器（EHC）的类型以及氢锅炉（HB）的存在对典型氢中心集成能源系统（IES）的影响。首先，通过敏感性分析研究了包含氢锅炉（HB）的IES中各组件的作用。然后，以总年成本（TAC）为目标进行优化，以确定最具经济性的配置。最后，进行了考虑系统成本和灵活性的多目标优化，以确定最具综合竞争力的系统配置。