基于太阳能、锂离子电池和氢的Matlab/Simulink混合能源系统模型 | MDPI Energies

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引言

石油、天然气和煤炭的燃烧会向大气中排放温室气体，从而加剧全球变暖，因此需要寻找绿色技术来满足世界能源需求。目前光伏能源系统已在德国广泛应用，但过多的光伏系统 (Photovoltaic, PV) 导致其在能源过剩时期给电网带来严重负担。由于氢等长期储能系统能够在夏季通过使用PV产生的高余能量来充电，因此基于氢的混合能源系统得到了学者的广泛关注。然而，现有的氢混合能源系统研究很少关注住宅供热领域中家庭的整体能源需求。

为了弥补以上不足，来自德国帕德博恩大学的学者们提出了一个基于光伏能源、锂离子电池及氢的混合储能系统模型，并利用Matlab/Simulink研究模型的有效性，为其在家用供热系统中的应用提供了可能性。

研究过程与结果

本文开发了一种由光伏能源、锂离子电池和氢组成的混合储能系统模型。该研究的重点是分析不同情况下所需组件的种类和尺寸，并分析这种系统与传统能源在供应成本上的优劣。文章首先介绍了整个能源系统的架构，描述了该系统在Matlab/Simulink中的数学模型及实现方法，并指定了用于测试的模型组件及配置 (如图1)。最后，使用单户住宅的能源平衡验证了Matlab/Simulink混合能源系统模型的有效性 (如图2,3)。仿真结果表明，这种新型模型非常适合于动态系统行为的分析，为基于氢的混合能源系统在住宅领域的使用提供了可能性。

图1. 整个家庭能源系统的Simulink模型。

图2. 通过Simulink模拟计算每个月的能源生产 (左) 和能耗 (右)。

图3. 3月10日至3月16日这一周的模拟结果。

研究总结

本研究提出了一个在Matlab/Simulink中创建且经过验证的混合能源系统模型，该模型有助于确定将氢与锂离子电池组合作为能源储能类型的系统规模。研究结果表明，所开发的Matlab/Simulink模型可用于计算实际问题，且该模型可对能源系统进行盈利能力分析和寿命分析。此外，混合能源系统通过单户住宅的能量平衡进行了验证。由Matlab/Simulink进行的模拟结果表明，当旨在实现独立能源的运行时，考虑家庭供热需求将大大增加分散储存氢气的需求量。

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阅读英文原文

Möller, M.C.; Krauter, S. Hybrid Energy System Model in Matlab/Simulink Based on Solar Energy, Lithium-Ion Battery and Hydrogen. Energies 2022, 15, 2201.

本文撰稿人

武龙星 博士研究生

西安理工大学机械与精密仪器工程学院

  Energies 期刊介绍

主编：Enrico Sciubba, University of Roma Sapienza, Italy

期刊主要关注能源动力工程研究相关各个领域的最新研究成果、工程技术开发以及能源政策经济管理。

2021 Impact Factor	3.252
2021 CiteScore	5.0
Time to First Decision	16 Days
Time to Publication	39 Days

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