面向高比例可再生能源消纳的电氢能源系统

氢作为一种优质的二次能源,在能源存储和利用中具备巨大的应用潜力,并有助于解决电力系统中可再生能源的消纳问题。为了进一步提升可再生能源在一次能源消费中的占比,文中提出一种以电和氢为能源载体的新型能源承载形式——电氢能源系统。文中论述了发展电氢能源系统的意义,然后给出电氢能源系统的结构框架,并从发（制）、储、输、配、用等方面评述相关研究基础与关键技术。最后,从经济性分析、系统集成和近期实施路径3个方面对电氢能源系统进行展望。     

2004世界能源环保科技发展回顾

英国 利用葵花籽生产氢。英国利兹大学开发出利用葵花籽油生产氢的新技术，所获得的氢气纯度高达90％，可为汽车及家用燃料电池提供高效、清沽的氢产品，既可减少污染，又可提供丰富、廉价且可再生的替代能源，从而降低对石油进口的依赖。     

燃料电池汽车新贵

正化石燃料的燃烧已经引起了全球气候变暖日益加速,世界很多城市的空气质量在下降,与依赖石油进口相关的地理政治不稳定日益加剧。这三大问题的亟待解决促使各国的能源政策转向氢能源。氢能将是本世纪汽车最理想的能源,也是人类长远的战略能源。氢能源以它特有的清洁环保概念,为我们描述了一个可持续发展的美好前景,其中氢燃料的制取、存储以及相关专用燃料电池将成为未来氢能源发展的重点。燃料电池汽     

计及氢电混合动力车响应的多区域综合能源系统协调优化调度

随着新能源动力车的大量增加，多区域综合能源系统在负荷侧与能源输送网络、交通网的耦合程度愈加深入，导致多区域综合能源系统的协调优化调度问题更加复杂。分析氢电混合动力车的充能响应行为对多区域综合能源系统优化调度的影响，构建多区域综合能源系统运营商与氢电混合动力车之间氢价补贴-充能响应的主从博弈模型。通过上、下层模型迭代求解，优化得出不同场景下最优的氢价补贴。算例结果表明，合适的氢价补贴可以最大化下层氢电混合动力车群的响应能力，与多区域间氢供应链相配合能有效提高能源利用率，从而提高多区域综合能源系统的运行经济性。     

氢电综合能源供应微电网的优化调度

利用可再生能源进行制氢和供电是提高微电网经济效益的手段之一。对氢电综合能源供应微电网进行优化调度,可提高系统供能可靠性和可再生能源利用率。建立了氢电综合能源供应微电网的系统结构,利用可再生能源电解水制氢供应氢负荷需求,通过储氢罐存储剩余氢能,采用燃料电池补充电负荷的不足。分析了可再生能源和负荷变化下的微电网运行模式,提出了保证供能可靠性的微电网综合协调调度策略。建立了以系统运行收益最大化为目标函数以及负荷失电和失氢率、弃风与弃光率等为约束条件的微电网优化调度模型。案例分析表明,提出的优化调度方法能够实现氢和电负荷的可靠供应,微电网可以获得较高的收益,同时可再生能源的利用率得到提高。     

国外氢能源经济研究简述

从政策和市场保障、技术实现两方面阐述了氢经济的实现途径,并就氢气的安全(易燃性)和氢气在制、储、运中的能量损耗两方面对氢经济所面临的挑战进行了介绍,通过各国氢能源发展战略特点的分析,展示了氢能源和氢经济在未来的广阔发展前景。     

考虑光热集热单元的氢储能热电联供综合能源系统容量优化配置

氢储能技术具有零污染、效率高、来源丰富等特点，是太阳能高效利用的重要手段。但是当氢储能进行热电联供时，因热电耦合约束的存在，其供能灵活性较差。针对上述问题，设计了一种考虑光热集热单元的氢储能热电联供系统，将光热集热单元作为氢储能系统的额外供热源，以系统的供能经济性为目标，建立含光热集热单元的氢储能综合能源系统容量优化配置模型。以典型的综合能源系统热电联供为算例进行仿真，验证了光热集热单元对提升氢储能热电联供能力的有效性以及所提氢储能综合能源系统容量优化配置方案的经济性。     

美国对新一代能源--氢的开发动向

美国对能源问题一直十分重视。近年来为摆脱石油的“束缚”,正在向“氢能社会”过渡。对新一代能源——氢的开发提出不少的倡议并付诸实施。     

面向含氢综合能源系统的电-碳-氢耦合交易市场研究综述

在我国“双碳”目标愿景下,电-碳-氢耦合交易市场正通过市场机制优化能源配置,加速能源转型,但含氢综合能源系统的兴盛给多能耦合交易市场的发展带来了新的挑战。介绍了含氢综合能源系统的基本结构,并在电-碳、电-氢交易市场研究的基础上分析了电-碳-氢耦合交易机制,深入探究了面向含氢综合能源系统的电-碳-氢耦合交易市场机制。分别从市场的交易标的物、交易对象、交易价格角度进行了阐述,并归纳分析了目前实现市场均衡的能源定价策略与市场出清机制。最后总结了电-碳-氢交易市场与含氢综合能源系统发展面临的挑战,并对后续的研究方向进行了展望。     

考虑氢能系统热回收的电氢区域综合能源系统日前优化运行

大力发展以电氢为核心的区域综合能源系统是实现能源系统绿色低碳转型的关键路径。针对现有研究因未系统考虑氢能系统热回收利用，导致能量利用效率低、经济性差等问题，提出考虑氢能系统热回收的电氢区域综合能源系统日前优化运行方法。首先，充分考虑氢能设备变效率、多工况的运行特征，研究不同类型电解水、氢燃料电池和甲烷化设备的产热特性和热回收原理，基于热力学方程和物理反应原理建立氢能系统热回收运行模型；然后，提出考虑氢能系统热回收的电-热-氢多能协同运行架构，建立区域综合能源系统日前优化运行模型；最后，通过算例分析验证了所提方法的有效性。仿真结果表明，氢能系统热回收可有效提高能源利用效率和多能协调运行能力，降低系统运行成本。     

考虑电解槽和蓄电池寿命衰减特性的分布式电热氢系统优化调度策略

可再生能源的强波动性会导致分布式电热氢系统中电解槽和蓄电池的寿命衰减加速，为了在提高分布式电热氢系统经济性的同时延长电解槽和蓄电池的使用寿命，提出一种考虑电解槽和蓄电池寿命衰减特性的分布式电热氢系统优化调度策略。分析电解槽和蓄电池的寿命衰减特性，建立电解槽和蓄电池的寿命衰减模型；以综合提升分布式电热氢系统中电解槽和蓄电池寿命以及系统经济性为优化目标，建立考虑电解槽和蓄电池寿命衰减特性的分布式电热氢系统优化调度模型，并利用场景生成法处理可再生能源和负荷的不确定性。以一个包含多种能量转换和存储设备的分布式电热氢系统为例进行仿真，结果验证了所提策略的有效性。     

基于氢储能的可再生能源系统协同规划方法

建立高渗透率可再生能源系统是实现碳中和的必由之路,然而可再生能源出力具有波动性与季节性,为实现可再生能源的长时间尺度规划,以最小年化成本为目标,将制-储-用氢环节纳入可再生能源规划决策,建立了全年时序生产模拟的基于氢储能的可再生能源系统模型,将系统成本问题与运行模拟问题统一到规划层面。为验证基于氢储能的可再生能源系统的优越性,对比基于电池储能的可再生能源系统的年化成本;验证具有不同风光资源地区的适用性,对比具有不同风光资源特性地区规划结果。最后,引入可调度能源价格与电解槽设备输入功率变化量对系统参数的灵敏度分析,并通过算例表明在两地区氢储能系统实现电能的季节性存储,虽然在转化效率上具有劣势,但是在经济性与弃电率上具有明显优势。     

我国经济发展需要核电

我国社会经济的高速发展推动了能源消费的不断增长，这一状况又带来了与资源环境的矛盾。文中从能源资源、环境、价格、国土安全、构架氢能源的基础5个方面论述了我国发展核电是能源建设的必然走向。     

计及氢能多元利用和绿证-碳联合交易的综合能源系统优化运行

为充分利用综合能源系统的多能耦合特性和高比例新能源的特点，提出一种计及氢能精细化多元利用和绿证-碳联合交易的综合能源系统低碳经济优化调度策略。针对氢能的低碳清洁特性，建立含电解制氢、氢转电热、氢制甲烷以及热电掺氢的氢能多元利用模型，并考虑氢能利用过程中产生的余热，在氢能多元利用模型中引入热回收装置，提出氢能精细化多元利用结构；为提升新能源消纳能力以及降低系统碳排放量，分别建立碳交易机制和绿证交易机制，并针对两者之间的关联性提出绿证-碳联合交易机制；兼顾综合能源系统的经济性和环保性，建立以绿证交易成本、购能成本、碳交易成本、运行维护成本和弃风成本之和最低为目标的综合能源系统低碳经济调度模型。算例结果表明，所提模型能够提高新能源消纳能力，显著降低碳排放量，实现了能源的高效利用和综合能源系统的低碳经济运行。     

基于分布式绿色能源供应的燃料电池集成系统框架

由于环境污染、常规能源日益减少及全球变暖等问题的出现，使用太阳能、风能和微型水电等可再生能源作为备选能源越来越引人关注。近来，氢能和燃料电池技术方面的进展为不同区域的电站选择能源提供了便利条件，结合可再生能源的氢燃料电池系统是一种非常有前景的方案。本文给出了燃料电池的集成系统框架，框架基于分布式能源供应，包含五个部分物理能量系统应用、虚拟仿真模型、分布式协调和控制系统、人一系统界面和数据库。这个集成系统框架为燃料电池系统的优化设计提供了一种手段，     

氢能——绿色能源的未来

<正>氢是通过一定的方法利用其它能源制取的一种不依赖化石燃料的储量丰富的可再生能源。它的主要优点有:燃烧热值高,每千克氢燃烧后的热量,约为汽油的3倍,酒精的3.9倍,焦炭的4.5倍;燃烧的产物除水和少量氮化氢     

计及碳成本的电-气-热-氢综合能源系统经济运行策略

为构建低碳可持续能源系统,推动我国未来能源系统转型,文章聚焦能源系统中低碳与清洁,建立了考虑经济与碳排放的电-气-热-氢综合能源系统日前调度模型。首先,在综合能源系统网络中,考虑负荷不确定性建立了电网潮流模型以及热网、气网的动态潮流模型。在能量转换设备中考虑到氢能的清洁、高效、安全等优点,引入电转氢(power to hydrogen, P2H)设备和氢储能设备。考虑到燃气轮机、燃料电池等余热浪费,引入有机朗肯循环(organic Rankine cycle, ORC)余热发电将剩余热能转化为电能,提高能源利用效率。其次,考虑以系统运行成本和环境成本为目标函数,给出电-气-热-氢的综合能源系统最优运行调度方案。最后针对多种优化运行模式进行仿真分析,结果表明,文章提出的电-气-热-氢综合能源系统优化运行策略能够有效保证运行的经济性和环保性。     

基于可逆固体氧化物电池的风光氢综合能源系统容量规划

可逆固体氧化物电池（reversible solid oxide cell,RSOC）作为新型氢储能技术，有利于促进可再生能源消纳、提高系统运行效率。为此，提出一种基于RSOC技术的风光氢综合能源系统规划设计方法。首先，建立风光氢综合能源系统规划模型，考虑RSOC辅助系统（balance of plant,BOP）功耗占比高、功率调节受限等约束。其次，以系统年弃电缺电量、投资成本最小化为目标，采用粒子群优化算法求解该规划问题。最后，针对氢气价格、RSOC成本等不确定性因素，开展系统规划灵敏度分析。仿真结果表明该方法能够获得合理的配置方案，大规模减小系统弃电缺电频率，提升系统资源配置的灵活性。     

氢能源行业产业链分析 下游燃料电池起飞在即

在能源短缺和环境恶化两大困境的威胁下,可持续清洁能源的开发日益迫切。传统能源中80%以上都被用作能量载体为交通运输、工业和发电提供能量,如果将这部分消耗的石化能源用可持续清洁能源替代,能源和环境问题都将迎刃而解,而正处于产业化导入期的氢能源无疑是最好的选择。     

计及氢气-天然气混输的气电综合能源系统动态最优能流计算

利用可再生能源电解水制氢并注入天然气管道进行跨区域输运和利用，能够有效改善“三弃”现象，助力能源系统低碳转型。然而，氢气与天然气物化性质存在较大差异，掺氢后气网各管道、节点气质不均一，压力、流量等运行工况发生显著变化。该文建立了含掺氢环节的气电综合能源系统动态最优能流模型，重点推导了计及分布参数效应的混氢天然气动态潮流方程，反映节点处氢气质量分数与气体流速的定量关系和传输网络中各管道气质差异，揭示掺氢后气网动态过程的关键特征。同时，为降低优化问题求解难度，将模型中难以处理的双线性项等价重构为具有物理意义的新变量，并采用低掺氢比假设等简化方法进一步消除模型非线性，从而将非凸非线性问题转换为线性规划问题。该模型在反映异质气体注入对系统能流分布的影响的同时能够适应大规模优化问题的求解要求。最后通过仿真算例验证了所提模型的合理性和有效性。