氫能是21世紀最具有發(fā)展潛力的清潔能源，發(fā)展新能源電能制氫的綠氫及其系統，實(shí)現“綠電-綠氫-電網(wǎng)”多系統深度耦合集成，是拓展電能利用、促進(jìn)能源互聯(lián)互通的重要路徑，對構建新型電力系統具有重要的理論和實(shí)踐意義。國家氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(cháng)期規劃中指出要統籌推進(jìn)氫能“制儲輸用”全鏈條發(fā)展，推進(jìn)可再生能源制氫等低碳前沿技術(shù)攻關(guān)，加強氫能生產(chǎn)、儲存、應用關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、示范和規?；瘧玫?，對氫能及其系統發(fā)展做出了戰略指引。因此，亟待開(kāi)展面向新型電力系統的氫能及其系統集成控制關(guān)鍵技術(shù)研究，為展示該領(lǐng)域的最新進(jìn)展和發(fā)展趨勢，共享最新學(xué)術(shù)和技術(shù)成果，《中國電力》編輯部特邀大連理工大學(xué)袁鐵江教授、同濟大學(xué)沈小軍教授、西南交通大學(xué)張雪霞副教授、國網(wǎng)上海綜合能源服務(wù)有限公司竇真蘭高工聯(lián)合擔任特約主編，主持“面向新型電力系統的氫能及其系統集成控制關(guān)鍵技術(shù)”專(zhuān)欄，并于2023年7月刊出。本期公眾號將6篇專(zhuān)欄文章分兩次進(jìn)行推送，以饗讀者！

基于氫負荷需求的氫能系統容量規劃

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容量規劃[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(lái)能源社會(huì )中，氫能將作為能源電力系統的關(guān)鍵環(huán)節來(lái)實(shí)現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-儲氫系統容量規劃方法，以合理推動(dòng)風(fēng)、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(mǎn)足區域氫負荷需求的同時(shí)，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模。此外，該方法還考慮了氫能短缺及棄風(fēng)、棄光的懲罰成本和系統環(huán)境效益。結果表明，與采用風(fēng)光聯(lián)網(wǎng)不購電制氫模式相比，采用風(fēng)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(fēng)光聯(lián)網(wǎng)不購電制氫模式下相比，風(fēng)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(shí)出現氫氣供應短缺的情況。

2）風(fēng)光聯(lián)網(wǎng)購電制氫模式下，即使可再生能源出力波動(dòng)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(wú)幾，避免了制-儲氫設備的大規模冗余配置。

3）風(fēng)光出力波動(dòng)較大的條件下向電網(wǎng)購電的制氫成本較低，說(shuō)明在應對大規模新能源發(fā)電時(shí)，采用風(fēng)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(shí)提高經(jīng)濟性。

考慮源荷不確定性的氫能微網(wǎng)容量?jì)?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?jì)?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(wèn)題，提出考慮源荷不確定性的氫能微網(wǎng)容量?jì)?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）系統增加傳統微網(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(lèi)算法和模糊C均值（fuzzy C-means，FCM）聚類(lèi)算法的電負荷-風(fēng)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、儲氫系統和天然氣管道等約束，建立氫能微網(wǎng)容量?jì)?yōu)化配置模型；最后，對某工業(yè)園區的實(shí)際數據進(jìn)行分析，得到系統中各設備的優(yōu)化配置方案以及成本大小，并進(jìn)行靈敏度分析，驗證了所提模型可有效降低系統總成本、減少碳排放。

結 論

1）氫能微網(wǎng)系統考慮了電鍋爐和ORC等設備的電熱轉換功能、電氫轉化過(guò)程中的余熱回收以及天然氣管道摻氫，實(shí)現了各能源系統之間的優(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(fēng)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(jìn)一步降低了13.37%。

2）基于有序聚類(lèi)和FCM聚類(lèi)的電負荷-風(fēng)電出力典型日選取方法保留了電負荷和風(fēng)電出力的時(shí)序匹配性，并且在一定程度上可以代表全年的負荷和風(fēng)光出力數據的變化規律。利用該方法選取的電負荷-風(fēng)電出力典型日可以為容量?jì)?yōu)化配置模型提供數據支撐，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(huì )隨著(zhù)碳排放價(jià)格和氫儲能投資成本的變化而改變。隨著(zhù)碳排放價(jià)格的增加，微網(wǎng)傾向于減少天然氣的使用，利用風(fēng)能和氫儲能以滿(mǎn)足負荷需求，使系統的總成本增加；隨著(zhù)氫儲能成本的減少，系統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(niǎo)算法的電-氫混合儲能系統最優(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(niǎo)算法的電-氫混合儲能系統最優(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

將氫氣儲能系統與電池儲能系統相互結合，可實(shí)現長(cháng)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)穩定性的影響。綜合考慮電-氫混和儲能系統接入配電網(wǎng)的經(jīng)濟性和技術(shù)性要求，以最小化系統全生命周期成本、配電網(wǎng)的電壓波動(dòng)和凈負荷波動(dòng)為目標，建立了電-氫混和儲能系統多目標優(yōu)化配置模型。采用基于Pareto的多目標人工蜂鳥(niǎo)算法求解其規劃方案，并與多目標粒子群算法以及多目標原子軌道搜索進(jìn)行了對比。最后，基于擴展的IEEE-69節點(diǎn)標準測試系統進(jìn)行求解。仿真結果表明：多目標人工蜂鳥(niǎo)算法能夠獲得解集質(zhì)量更加優(yōu)異的Pareto前沿。所得混合儲能系統配置方案在兼顧經(jīng)濟效益的同時(shí)，改善了配電網(wǎng)的電壓質(zhì)量和負荷水平。與僅配置電池儲能系統相比，電-氫混合儲能系統對配電網(wǎng)凈負荷波動(dòng)與電壓波動(dòng)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-氫混合儲能系統多目標優(yōu)化模型同時(shí)考慮了經(jīng)濟性與系統運行穩定性，基于MOAHA得出的規劃方案可在兼具經(jīng)濟性的同時(shí)提高電壓質(zhì)量與凈負荷波動(dòng)，實(shí)現雙方共贏(yíng)。

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

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

在未來(lái)的研究中須考慮充放電深度與循環(huán)次數對混合儲能系統壽命的影響，并分析主動(dòng)需求響應在規劃中對系統穩定性與儲能成本的影響。

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