电解水制氢在电厂和氢能项目的设计应用

  目的  电解水制氢技术已普遍应用于燃煤电厂、燃气电厂和核电厂,也将更多地应用于可再生能源发电厂配套的氢能项目,有必要对制氢系统设计方案进行探讨。  方法  以某燃煤电厂和风力发电及太阳光伏发电厂配套氢能项目为例,依据相关标准规范的设计规定,阐述了相应的电解水制氢系统设计方案。  结果  碱性电解水制氢技术成熟、安全可靠,能为电厂氢冷发电机、加氢站和氢气用户持续提供满足纯度、湿度要求的氢气。  结论  文章旨在为更多电厂和氢能项目电解水制氢系统的设计提供可参考的方案。     

典型园区综合能源系统分析平台研究

  [目的]  为了提升综合能源系统方案规划的效率和精确度,对园区综合能源系统分析平台进行开发研究。  [方法]  以园区(包括楼宇型园区和工业型园区)综合能源系统建设为切入点,针对园区综合能源系统总体方案设计方法、园区综合能源项目效益影响因素和分析方法、智慧能源综合管理平台平台建设三个方面进行理论研究,并基于理论研究成果提出相应的平台工具开发设想,平台工具用于辅助支撑园区综合能源系统规划设计及投资运营效益分析。  [结果]  平台研究结果表明综合能源方案可自动生成且提升精度和效率。  [结论]  研究成果对后续园区综合能源项目建设运营具有一定参考指导价值。     

可再生能源等比补贴系数及投资估值模型研究

  目的  随着我国“碳中和、碳达峰”目标的提出,可再生能源发电企业面临着快速扩大装机规模,大力发展投资并购的诉求,在我国存量补贴资金缺口逐步增大的背景下,如何确定可再生能源项目的补贴收入,并采用合理方法对项目估值,一直是并购决策的难点。  方法  重点关注了2020年发布的补贴新政,测算了可再生能源存量补贴的兑付系数,基于多情景假设补贴现金流入的规模及时间。  结果  通过等比补贴系数测算及投资估值模型,明确了我国补贴缺口的收口时间及各年度的等比补贴系数,并基于可再生能源项目特点,研究选定最佳估值方法。  结论  通过估值模型对部分地区的海上风电和陆上风电项目进行了估值,为企业投资及并购提供了重要决策支撑。     

区域综合能源管控与服务管理系统设计与应用

  [目的]  在节能降耗与区域综合能源受到广泛关注的背景下,为满足区域综合能源管控与服务需求,设计提出一套区域能源综合管控与服务管理系统架构方案,并进行实际应用。  [方法]  基于电、热、气、水等多种类型能源系统综合管控与服务的实际业务需求,结合大数据、云平台、物联网、移动互联、智慧城市等新技术新理念,设计提出一套主要包括能源监控、能源分析、能源管理、运维检修、交易结算、增值服务等应用的区域能源综合管控与服务管理系统。  [结果]  基本形成面向能源供给侧及需求侧的综合能源监控、管理与服务的完整业务,并以实际案例应用阐明该系统可满足企业级、园区级、区域级三类典型应用场景的综合能源管理与服务需求。  [结论]  所提方案经实践应用可有效支撑区域能源综合管控与服务业务开展。     

独立式海上风电制氢工艺设计

  目的  文章旨在为充分利用深远海优质的风资源,解决海上风电的弃风问题以及对未来新能源船舶提供一种可能的海上氢气燃料供给方式。  方法  论述了一种依托于独立式海上平台的海上风电耦合海水制氢技术的工艺流程,主要对关键设备——质子交换膜电解水制氢系统、氢气压缩机、氢气储罐及部分辅助设备的工艺设计问题进行阐述,简略说明了制氢平台的控制方案,并且对其经济性进行了初步分析。  结果  从工艺设计的角度对海上风电制氢平台上的设计仅在较为前期的阶段,关键设备的供应链市场处于发展初级时期且大部分供应商未进军海工市场,表明现今海上浮式制氢的工程设计到工程化还不成熟且可再生能源制氢经济性较差。  结论  目前,海上风电还无法做到平价上网,海洋风电耦合氢能应用还需要一个长期过程,进行工程试验是大规模工程化的前提。     

氢储能用于核电调峰经济性研究

    目的   以光伏、风电为代表的可再生能源装机占比的提高和煤电比例的不断降低使得电网对于优质调节资源的需求不断增加,也给核电调峰带来新的压力。通过系统升级改善核电调峰能力,从而提高核燃料利用效率、系统安全性和经济性是亟待解决的重点问题。    方法   调研了氢能的制备、储运及利用现状,探究了适合用于核电调峰的氢储能技术路线,并以某核电站现有运行情况为例,分析了不同氢能利用技术路线的经济效益。    结果   利用富余核电制氢能够提高核电利用效率,并具有较好的经济效益应用潜力。    结论   随着技术的进步和设备成本的降低,利用富余核电开展氢气制备,不仅能够提高核电机组的利用效率获得更好的经济效益,还有助于氢能产业的发展。作为高能量密度的绿色能源,氢能在节能减排中起到极为重要的作用,将助力碳中和目标的实现。     

海上风电-氢能综合能源监控系统设计

  目的  针对大规模的海上风电投产后消纳问题,提出了海上风电－氢能综合能源监控系统。  方法  提出了海上风电－氢能综合能源监控系统的系统架构、分析了陆上加氢站、海上制氢站、海上风电机组各监控子系统的要求,并给出了能量管理的要求。  结果  实现了实时数据采集、顺序控制、发电预测及计划、分布式电源管理、制氢负荷管理的要求。  结论  系统达到了自发自用,短时储电,长期储氢,负荷可控的控制要求。方案切实可行,有望于工程应用推广。     

中国规模化氢能供应链的经济性分析

    目的   文章研究规模化氢能供应链的经济性,未来十年,氢能作为战略能源将会重构社会的能源结构,并影响未来社会能源总成本。预测大规模氢能时代的制氢、储氢、输氢、分销、应用的成本,和市场化的趋势有着重要的意义。氢气由于高储运成本,用途、品质的多样性,氢气市场存在分层结构。分析氢能与常规能源的可比价格,提出原油当量价格(POE)的概念,预测未来氢能价格的合理区间。解决供应链问题是获得低成本氢能的关键,由此提出干线门站模式,解决绿氢的资源分布与长距离输送氢能的问题。    方法   利用平准化氢气成本(LCOH)分析模型,测算大型光伏制氢管道输氢LCOH,分析大规模可再生能源制氢输氢的经济性。利用氢能供应链的储、输、卸六个象限成本公式,分析气氢、液氢、固氢、有机氢、管道氢等不同储运技术,短距离氢储运成本,分析门站后输氢的场景和成本,预测短距离输氢的成本趋势。    结果   研究表明:我国有丰富的绿氢资源,随着投资下降,预计大规模绿氢管道输送的城市门站LCOH将低于2.0 RMB/Nm3,将成为未来主要的氢源。当前,氢储运技术气氢、液氢、甲醇、合成氨、有机氢、固氢、管道氢,随着规模的增加实现远距离输送。在现有的技术下,城市门站到终端的输送,氢短距输送（<100 km）测算成本都在1.2 RMB/Nm3以下,由此评估的氢能供应链的总成本,干线门站模式下氢能最终到达终端的价格约为3.2 RMB/Nm3,当量价格POE与汽油价格接近,考虑燃料电池的能效因素,氢能汽车在4.0 RMB/Nm3的氢价下,具有比汽油车更低的百公里燃料费用。    结论   因此,氢能作为战略能源,在无补贴的情况下实现中国氢能源的绿氢替代,在技术经济上是可行的。     

中国氢能高质量发展的路径建议与政策探讨

  目的  在“双碳”目标下,中国氢能大有可为。基于中国氢能产业发展的现状,围绕存在的问题,对氢能高质量发展的路径和政策进行探讨。  方法  对国内外相关政策、文献和案例进行了梳理和分析,从路径和政策两个角度做了总结。  结果  在路径方面,利用氢能促进交通领域和工业领域的低碳化,将氢能与现有油气能源储运管网体系耦合,利用氢能促进可再生能源标准化,发展（光伏、风能等可再生能源发电）电解制氢,加大氢燃料电池商用推广等,是中国氢能高质量发展的有效保证;在政策方面,完善国家氢能的顶层政策设计,细化氢能“制储输用”专项研究的政策支持,加快制定氢能相关的标准和规范,加强氢能产业的战略联盟建设以及健全氢能市场供需协调等,是中国氢能高质量发展的重要保障。  结论  文章提及的相关的路径建议和政策探讨可为相关部门和行业人员提供一定参考。     

碳中和背景下含氢综合能源系统碳排放和经济性分析

为研究“碳中和”目标下含氢能利用的综合能源系统(Integrated energy system, IES)中氢气来源方式对系统运行特性的影响,针对包含可再生能源发电和制氢设备、冷热电能源转换和存储设备、碳捕集设备等多种类型能源利用设备的综合能源系统,考虑多种负荷平衡约束、设备运行约束和碳中和目标约束,以系统日运行成本最低为目标函数建立数学模型,以仿真园区综合能源系统为计算案例,分析了系统供能网络供应不同来源氢气和分布式可再生能源制氢方式对系统运行经济性和碳排放量的影响。研究表明：以可再生能源制备的氢气为燃料时综合能源系统的运行成本最高,但CO₂排放量最低;在碳中和前提下,将当地分布式可再生能源发电量中的98%用于供电、2%用于制氢比全制氢时该系统运行成本减少26.1%、碳排放量降低19.7%,比全供电时该系统碳排放量减少5%、运行成本增加2.85%;在碳中和前提下,当可再生能源制氢效率提升10%后,系统实现最低碳排放量时可将可再生能源制氢功率占比从原来的2%提升至5%;当碳捕集设备能耗减少10%后,系统实现最低碳排放量时可将可再生能源制氢功率占比从原来的2%提升...     

考虑调峰调频双重约束的储能规划方法研究

  目的  在新型电力系统的构建进程中,新能源将保持高速发展态势。风、光等新能源大规模并网,其出力的随机性和波动性将给电力系统安全经济运行带来挑战。新型储能由于其具备快速的响应能力和削峰填谷的功效,再加上成本的逐步下降,未来将是电力系统不可或缺的灵活调节资源。  方法  储能容量规划是电力系统全局性问题,通过分析新能源消纳率和调频充裕度,从系统调峰和调频两个方面,以系统总成本最低为目标提出了省级电网储能规模分析方法。  结果  文章以省级电网实际参数为例,采用时序生产模拟软件分析了电源开机方式,对比了不同储能规模对全社会经济性的影响。  结论  结果表明,合适的储能规模可在提高新能源消纳的同时降低全社会成本,该方法的有效性得到了验证,可为实际应用提供指导。     

新能源系统中双储能耦合燃煤机组的应用策略研究

  目的  随着新能源电力消费比例不断提高,燃煤机组耦合双储能技术的能源系统发展受到广泛关注。  方法  文章基于能源系统组成、储能技术特性、项目示范情况以及技术瓶颈等方面的分析,针对风电、光伏嵌入下双储能技术耦合燃煤机组参与电力系统调峰应用开展了运行控制策略研究。  结果  双储能技术耦合燃煤机组可通过不同的结构组成、运行策略优化有效解决新能源系统运行稳定性、能源高效利用以及技术经济性等问题,但目前尚未到实现大规模商业化应用阶段。  结论  双储能耦合燃煤机组在新能源系统中的推广应用,需要对双储能技术的策略优化及储能技术本身的发展突破方面不断开展工作。     

天然气网络对含新能源电力系统短期调度运行影响

  [目的]  随着新能源和天然气机组在电力能源系统的装机比例不断增长,天然气系统对含大规模新能源电力系统的短期运行影响需要深入地研究。  [方法]  将天然气网络耦合至电力系统安全约束机组组合模型,以最小化系统运行成本为优化目标,同时考虑新能源接入系统,运用Benders解耦方法求解非线性优化问题。  [结果]  六节点电力系统和六节点天然气网络的综合能源系统算例分析用于验证耦合的优化模型,并表明燃气机组的高爬坡率可帮助电力系统有效地消纳新能源,同时新能源系统可以缓解系统对天然气网络供气约束的依赖。  [结论]  两种能源的优化配置是未来能源系统发展的重要方向。