ICS27.160 F19 中华人民共和国国家标准 GB/T26916—2011 小 型氢能综合能源系统性能评价方法 Methodsforperformanceevaluationofsmall-sizeintegrative hydrogenenergysystem 2011-09-29发布 2012-03-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会发布前 言 本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。 本标准由全国能源基础与管理标准化技术委员会(SAC/TC20)提出。 本标准由全国氢能标准化技术委员会(SAC/TC309)归口。 本标准起草单位:中国电子工程设计院、深圳市标准技术研究院、中国标准化研究院、清华大学核能 与新能源技术研究院、天津市大陆制氢设备有限公司、苏州竞立制氢设备有限公司、江苏省宏观经济研 究院。 本标准主要起草人:李法兵、刘光军、王赓、刘志祥、王益群、顾卫东、詹炜、许卫、张碧航、章光护。 ⅠGB/T26916—2011 小型氢能综合能源系统性能评价方法 1 范围 本标准规定了以可再生能源为动力源的小型氢能综合能源系统的术语和定义、系统及技术性能参 数和监测评价方法。 本标准适用于100kW以下的小型氢能综合能源系统的性能评价。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。 GB755 旋转电机 定额和性能 GB1207 电磁式电压互感器 GB1208 电流互感器 GB/T3634.1 氢气 第1部分:工业氢 GB4962 氢气使用安全技术规程 GB5831 气体中微量氧的测定 比色法 GB5832.1 气体湿度的测定 第1部分:电解法 GB5832.2 气体中微量水分的测定 第2部分:露点法 GB6285 气体中微量氧的测定 电化学法 GB/T18709 风电场风能资源测量方法 GB/T18710 风电场风能资源评估方法 GB/T19068.2 离网型风力发电机组 第2部分:试验方法 GB/T19774 水电解制氢系统技术要求 GB/T20513 光伏系统性能监测 测量、数据交换和分析导则 GB50016 建筑设计防火规范 GB50057 建筑物防雷设计规范 GB50058 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范 GB50177 氢气站设计规范 JB/T5492 电位器式压力传感器 JJG874 温度指示控制仪检定规程 SJ/T11209 光伏器件 第6部分:标准太阳电池组件的要求 IEC60904-2 光电器件 第2部分:标准太阳能装置的要求(Photovoltaicdevices—Part2:Re- quirementsforreferncesolardevices) 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 1GB/T26916—2011 3.1 标准状况 normalconditions 温度为0℃、压力为101.3kPa条件下的气体状况。 3.2 水电解制氢装置 theinstallationofhydrogengasproducedbyelectrolyzingwater 以水电解工艺制取氢气,由水电解装置、分离器、冷却器等设备组成的统称。 3.3 小型氢能综合能源系统 small-sizeandintegrativehydrogenenergysystem 利用间断式、不均衡的可再生能源制氢、储氢和发电,供电能力等于或小于100kW的综合能源系 统,该系统包括可再生能源发电装置、水电解制氢系统、储氢装置、燃料电池发电装置、配电设施及有关 的管线。 3.4 太阳能-氢能综合能源系统 solar-hydrogenintegrativeenergysystem 太阳能-氢能综合能源系统是一种包含太阳能光伏发电、水电解制氢、存储及燃料电池的独立发供 电装置。 3.5 风能-氢能综合能源系统 wind-hydrogenintegrativeenergysystem 风能-氢能综合能源系统是一种包含风力发电、水电解制氢、存储及燃料电池的独立发供电装置。 4 系统类型及性能指标 4.1 系统类型 4.1.1 小型氢能综合能源系统宜按可再生能源发电装置的不同形式分为风能、太阳能、水能等综合能 源系统。 4.1.2 在可再生能源发电装置发电能力大于电力需求时,采用水电解制氢装置利用多余电力制取氢 气,并以压力储存装置储存氢气;当可再生能源发电装置不发电或发电能力不能满足用户所需电量时, 利用储存的氢气送入燃料电池装置发电供应电力。 4.1.3 储氢装置包括以高压气态氢形式储存的压力容器、填充储氢材料的储氢罐或者两种方式共存的 储氢装置。 4.1.4 小型氢能综合能源系统,宜采用离网独立运行系统,也可与城市电网并网运行。 4.2 制氢设备 4.2.1 制氢设备应对可再生能源,尤其是风力发电、太阳能光伏发电的间歇性具有较好的适应性。 4.2.2 制氢设备应对可再生能源的波动性具有很好的响应,即在一定的区间内,可再生能源电流的变 化对制氢效率的影响不大,以保证可再生能源直接发电应用于电解水制氢的实用性。 4.2.3 可再生能源对制氢设备供电可采用恒压变电流的直流供电形式。 4.2.4 根据水电解制氢装置的规模和当地对氧气的需求情况,经技术经济比较设置氧气回收利用设施。 4.3 太阳能-氢能综合能源系统 4.3.1 太阳能电池在有太阳光照射时发电,若没有负载用电或发电量大于负载时,将所发电力的全部 或富余电力利用压力型水电解制氢装置制取一定压力的氢气,储存于压力储氢罐中,当太阳能电池不发 电或少发电时,启动燃料电池装置发电供应电力,运行过程中产生的热量还可以提供生活热水。该系统 的流程示意见图1。 2GB/T26916—2011 图1 太阳能-氢能综合能源系统流程示意 4.3.2 独立的太阳能-氢能综合能源系统,应按发电/用电能量平衡方程式(1),选择太阳能光伏阵列发 电能力和水电解槽、储氢罐及燃料电池等的规格型号。 太阳能光伏电池总发电量=(负载总用电量+水电解制氢装置用电量+电损耗)- 燃料电池发电量 ………………………………(1) 4.3.3 根据可利用太阳能资源和用电负载,按式(2)确定太阳能电池组件的容量PPV。 PPV=Wload 0.2778×Wirr×R×ηsys…………………………(2) 式中: PPV———太阳能电池阵列容量计算值,单位为千瓦(kW); Wload———用户年用电量,单位为千瓦时每年(kW·h/a); Wirr———太阳能年总辐射量,单位为兆焦每平方米年[MJ/(m2·a)]; R ———太阳能电池阵列表面接收到的太阳能年总辐射量与水平面年总辐射量比值(宜取 1.15); 0.2778———年总辐射量换算为相当与标准光强(1kW/m2)下的日照小时数(h·m2/MJ); ηsys———系统总效率。 ηsys=(1-α1)×(1-α2)×(1-α3)×(1-α4)×η0 ……………(3) 式中: α1———光伏阵列表面灰尘遮蔽及玻璃盖板老化损失因子; α2———光伏方阵组合损失因子; α3———工作点偏离峰值功率点损失因子; α4———线路损失因子; η0———逆变器效率。 4.3.4 根据用电负载确定水电解槽和燃料电池的额定功率。 供应水电解槽制氢的额定功率宜以用户负载的最小使用功率计算确定,见式(4)。 Pelec=PPV-Pload,min ……………………(4) 式中: Pelec———水电解槽的额定用电功率,单位为千瓦(kW); PPV———太阳能光伏电池的输出功率,单位为千瓦(kW); Pload,min———用户负载的最小用电功率,单位为千瓦(kW)。 燃料电池的额定发电功率以用户负载的最大电功率确定,见式(5)。 PFC=Pload,max…………………………………………(5) 3GB/T26916—2011 4.3.5 储氢罐的容量宜采用水电解制氢装置8h~12h的制氢量设置。储氢罐工作压力应与水电解 制氢装置的工作压力一致,通常为1.6MPa~3MPa,宜设置两组储氢罐。 主要设备选型实例见附录A。 4.4 风能-氢能综合能源系统 4.4.1 风能-氢能综合能源系统流程示意见图2。风能发电充足时,由风力发电向用户负载供电,过剩 的电能供给水电解槽制氢,所获得的氢气储存在压力储氢罐中;当风力发电减少或不发电时,为满足用 户电力需求,启动燃料电池利用储存的氢发电供应电能,运行过程中产生的热量还可以提供生活热水。 风力发电装置与氢气制备系统不在同一场所时,需增加输电线路。 图2 风能-氢能综合能源系统流程示意 4.4.2 独立的风能-氢能综合能源系统,依据发电/用电能量平衡式(6),选择风力发电机发电能力和水 电解制氢装置、储氢罐及燃料电池等的规格型号。 风力发电机发电量=(负载总用电量+水电解制氢装置用电量+电损耗)- 燃料电池发电量 ………………………………………(6) 4.4.3 根据可利用风能资源和用电负载,风力发电机的额定功率Pw计算见式(7)。 Pw=Wload 8760×K×ηtra…………………………(7) 式中: Pw———风力发电机的额定功率,单位为千瓦(kW); Wload———用户年用电量,单位为千瓦时每年(kW·h/a); K———风力发电机年利用系数; ηtra———风能传输效率; 8760———年平均小时数。 4.4.4 根据用电负载确定水电解制氢装置和燃