利用可再生能源电解产生的氢气是化石燃料产生的高排放氢气的有前途的替代品。低排放氢气有可能减少许多工业领域的碳排放,例如化肥、交通运输和铁行业。尽管如此,低排放氢气的快速普及却因其高昂的生产成本而受到阻碍。为了降低电转氢系统的成本,行业必须实施最佳规模和生产策略。电解器的功率、储罐、电池容量和生产计划必须完美匹配氢气需求和电力供应。本论文开发了一种基于非线性优化模型的方法来寻找电转氢系统的最佳设计和尺寸,并找到设计参数之间的协同作用。该方法适应广泛的工业限制、电价、可再生能源可用性、电解技术和特殊要求。还进行了参数评估研究,为模型提供相关值和功能。两个不同的案例研究——一个侧重于移动性氢气生产,另一个侧重于甲醇生产——说明了所开发方法的应用。这些案例研究提供了有关如何使用和分析模型的见解。最后,利用蒙特卡洛方法对开发的模型进行敏感性研究。这项敏感性研究评估了生产成本和最佳电解器产量的不确定性。它还提供了对电转氢系统最具成本驱动力的特征的见解。
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