氫能是21世紀最具有發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉矗l(fā)展新能源電能制氫的綠氫及其系統(tǒng)，實現(xiàn)“綠電-綠氫-電網(wǎng)”多系統(tǒng)深度耦合集成，是拓展電能利用、促進能源互聯(lián)互通的重要路徑，對構建新型電力系統(tǒng)具有重要的理論和實踐意義。國家氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃中指出要統(tǒng)籌推進氫能“制儲輸用”全鏈條發(fā)展，推進可再生能源制氫等低碳前沿技術攻關，加強氫能生產(chǎn)、儲存、應用關鍵技術研發(fā)、示范和規(guī)?；瘧玫?，對氫能及其系統(tǒng)發(fā)展做出了戰(zhàn)略指引。因此，亟待開展面向新型電力系統(tǒng)的氫能及其系統(tǒng)集成控制關鍵技術研究，為展示該領域的最新進展和發(fā)展趨勢，共享最新學術和技術成果，《中國電力》編輯部特邀大連理工大學袁鐵江教授、同濟大學沈小軍教授、西南交通大學張雪霞副教授、國網(wǎng)上海綜合能源服務有限公司竇真蘭高工聯(lián)合擔任特約主編，主持“面向新型電力系統(tǒng)的氫能及其系統(tǒng)集成控制關鍵技術”專欄，并于2023年7月刊出。本期公眾號將6篇專欄文章分兩次進行推送，以饗讀者！

基于氫負荷需求的氫能系統(tǒng)容量規(guī)劃

引文信息

彭生江, 楊德州, 孫傳帥, 等. 基于氫負荷需求的氫能系統(tǒng)容量規(guī)劃[J]. 中國電力, 2023, 56(7): 13-20, 32.

PENG Shengjiang, YANG Dezhou, SUN Chuanshuai, et al. Capacity planning of hydrogen production and storage system based on hydrogen load demand[J]. Electric Power, 2023, 56(7): 13-20, 32.

摘 要

在未來能源社會中，氫能將作為能源電力系統(tǒng)的關鍵環(huán)節(jié)來實現(xiàn)各種能源的相互轉化。為此，提出了一種基于不同氫負荷水平的新能源制-儲氫系統(tǒng)容量規(guī)劃方法，以合理推動風、光等可再生能源在電網(wǎng)中的應用與發(fā)展。該方法能夠在滿足區(qū)域氫負荷需求的同時，獲得最大程度的經(jīng)濟收益，并確定了不同運行模式下的最佳制氫規(guī)模。此外，該方法還考慮了氫能短缺及棄風、棄光的懲罰成本和系統(tǒng)環(huán)境效益。結果表明，與采用風光聯(lián)網(wǎng)不購電制氫模式相比，采用風光聯(lián)網(wǎng)購電制氫模式更為合理和經(jīng)濟，避免了大容量制-儲氫設備的冗余配置。

結 論

1）與風光聯(lián)網(wǎng)不購電制氫模式下相比，風光聯(lián)網(wǎng)購電制氫模式下可再生能源與電網(wǎng)輔助制氫的方式更加合理，避免了可再生資源匱乏時出現(xiàn)氫氣供應短缺的情況。

2）風光聯(lián)網(wǎng)購電制氫模式下，即使可再生能源出力波動相差較大，同一氫負荷需求水平下的電解槽、儲氫設備的配置容量也相差無幾，避免了制-儲氫設備的大規(guī)模冗余配置。

3）風光出力波動較大的條件下向電網(wǎng)購電的制氫成本較低，說明在應對大規(guī)模新能源發(fā)電時，采用風光聯(lián)網(wǎng)購電制氫的模式可以更有效地利用可再生能源，同時提高經(jīng)濟性。

考慮源荷不確定性的氫能微網(wǎng)容量優(yōu)化配置

引文信息

袁鐵江, 楊洋, 李瑞, 等. 考慮源荷不確定性的氫能微網(wǎng)容量優(yōu)化配置[J]. 中國電力, 2023, 56(7): 21-32.

YUAN Tiejiang, YANG Yang, LI Rui, et al. Optimized configuration of hydrogen-energy microgrid capacity considering source charge uncertainties[J]. Electric Power, 2023, 56(7): 21-32.

摘 要

針對電熱氣耦合微網(wǎng)存在的能源利用率低、魯棒性難以控制的問題，提出考慮源荷不確定性的氫能微網(wǎng)容量優(yōu)化配置方法。首先，利用氫儲能、電鍋爐和有機朗肯循環(huán)（organic Rankine cycle，ORC）系統(tǒng)增加傳統(tǒng)微網(wǎng)的電熱氣轉換途徑，構建多能耦合、低碳高效的氫能微網(wǎng)；然后，提出一種基于有序聚類算法和模糊C均值（fuzzy C-means，F(xiàn)CM）聚類算法的電負荷-風電出力典型日選取方法，以年化總成本最小為優(yōu)化目標，計及功率平衡、設備運行、儲氫系統(tǒng)和天然氣管道等約束，建立氫能微網(wǎng)容量優(yōu)化配置模型；最后，對某工業(yè)園區(qū)的實際數(shù)據(jù)進行分析，得到系統(tǒng)中各設備的優(yōu)化配置方案以及成本大小，并進行靈敏度分析，驗證了所提模型可有效降低系統(tǒng)總成本、減少碳排放。

結 論

1）氫能微網(wǎng)系統(tǒng)考慮了電鍋爐和ORC等設備的電熱轉換功能、電氫轉化過程中的余熱回收以及天然氣管道摻氫，實現(xiàn)了各能源系統(tǒng)之間的優(yōu)勢互補。電鍋爐和ORC設備的使用，增加了電熱轉換途徑，提高了微網(wǎng)消納風電的能力，減少了購氣需求，使總成本降低了24.84%；氫儲能系統(tǒng)的使用，提供了電熱氣耦合途徑，減少了能量損耗，使總成本進一步降低了13.37%。

2）基于有序聚類和FCM聚類的電負荷-風電出力典型日選取方法保留了電負荷和風電出力的時序匹配性，并且在一定程度上可以代表全年的負荷和風光出力數(shù)據(jù)的變化規(guī)律。利用該方法選取的電負荷-風電出力典型日可以為容量優(yōu)化配置模型提供數(shù)據(jù)支撐，提升優(yōu)化配置模型的計算速度。

3）在氫能微網(wǎng)中，容量配置結果會隨著碳排放價格和氫儲能投資成本的變化而改變。隨著碳排放價格的增加，微網(wǎng)傾向于減少天然氣的使用，利用風能和氫儲能以滿足負荷需求，使系統(tǒng)的總成本增加；隨著氫儲能成本的減少，系統(tǒng)的各項成本均有所減小，微網(wǎng)的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益均更好。

基于多目標人工蜂鳥算法的電-氫混合儲能系統(tǒng)最優(yōu)配置

引文信息

盧子敬, 李子壽, 郭相國, 等. 基于多目標人工蜂鳥算法的電-氫混合儲能系統(tǒng)最優(yōu)配置[J]. 中國電力, 2023, 56(7): 33-42.

LU Zijing, LI Zishou, GUO Xiangguo, et al. Optimal configuration of electricity-hydrogen hybrid energy storage system based on multi-objective artificial hummingbird algorithm[J]. Electric Power, 2023, 56(7): 33-42.

摘 要

將氫氣儲能系統(tǒng)與電池儲能系統(tǒng)相互結合，可實現(xiàn)長期且快速的能量吞吐并減小分布式電源滲透率提高對配電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響。綜合考慮電-氫混和儲能系統(tǒng)接入配電網(wǎng)的經(jīng)濟性和技術性要求，以最小化系統(tǒng)全生命周期成本、配電網(wǎng)的電壓波動和凈負荷波動為目標，建立了電-氫混和儲能系統(tǒng)多目標優(yōu)化配置模型。采用基于Pareto的多目標人工蜂鳥算法求解其規(guī)劃方案，并與多目標粒子群算法以及多目標原子軌道搜索進行了對比。最后，基于擴展的IEEE-69節(jié)點標準測試系統(tǒng)進行求解。仿真結果表明：多目標人工蜂鳥算法能夠獲得解集質量更加優(yōu)異的Pareto前沿。所得混合儲能系統(tǒng)配置方案在兼顧經(jīng)濟效益的同時，改善了配電網(wǎng)的電壓質量和負荷水平。與僅配置電池儲能系統(tǒng)相比，電-氫混合儲能系統(tǒng)對配電網(wǎng)凈負荷波動與電壓波動的改善分別提高了21.02%與16.66%，證明了本文所提優(yōu)化配置方法的有效性和卓越性。

結 論

1）電-氫混合儲能系統(tǒng)多目標優(yōu)化模型同時考慮了經(jīng)濟性與系統(tǒng)運行穩(wěn)定性，基于MOAHA得出的規(guī)劃方案可在兼具經(jīng)濟性的同時提高電壓質量與凈負荷波動，實現(xiàn)雙方共贏。

2）基于MOAHA所得儲能系統(tǒng)的LCC較MOPSO與MOAOS分別減小了63.27%與48.71%、凈負荷波動下降了27.20%與43.56%，同時電壓波動較MOAOS減小了13.79%，對系統(tǒng)穩(wěn)定性的改善效果較為明顯。

3）電-氫混合儲能系統(tǒng)兼具了BESS充放電效率高與HESS容量大、充放電時間長的優(yōu)點，相較于僅接入BESS可更大幅度地改善系統(tǒng)的電壓質量與運行穩(wěn)定性。

在未來的研究中須考慮充放電深度與循環(huán)次數(shù)對混合儲能系統(tǒng)壽命的影響，并分析主動需求響應在規(guī)劃中對系統(tǒng)穩(wěn)定性與儲能成本的影響。

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