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。     

计及电转气运行成本的综合能源系统多目标日前优化调度

电转气技术为弃风消纳提供了新的途径,将是未来综合能源系统的重要支撑技术之一。在考虑电转气运行成本的基础上,分析其对综合能源系统风电接纳能力与运行经济性的影响,并针对其较高的运行成本与较好的弃风消纳效果间的矛盾问题,提出一种多目标日前优化调度模型。首先,建立电转气及其运行成本模型,并给出含电转气的能源集线器模型。继而,针对电转气运行成本较高时系统在运行经济性与风电接纳能力间存在的矛盾关系,通过多目标加权模糊规划方法进行协调。最后,以9节点能源集线器系统为例对所提模型进行仿真计算,通过结果分析证明了综合能源系统中计及电转气运行成本的必要性,以及兼顾考虑经济性与风电接纳能力的可行性。     

新能源-质子交换膜电解槽电制氢容量双层规划模型研究

新能源电制氢是实现“2060碳中和”的关键技术之一。然而,新能源出力具有随机性,且制氢关键设备——质子交换膜（PEM）电解槽投资成本与运行成本高,因此如何为出力功率随机的新能源电站配置兼顾新能源弃电率与制氢系统经济性的PEM制氢系统具有重要意义。以风电制氢为例,首先提出随机波动输入下PEM电制氢系统全寿命周期的成本与收入模型,并以总收入、投资回收期与内部收益率为评估指标支撑系统的经济分析;基于此,针对“风电+PEM电制氢”系统,提出3种双层规划模型,上层模型分别以PEM电制氢系统全寿命周期总成本最小、总收入最大与内部收益率最大作为上层优化模型的目标函数,下层的优化目标为风电场的弃电率最小,并采用MATLAB遗传算法工具箱求解优化模型;最后,以某实际风力发电场为例,验证所提双层规划模型与风电制氢的有效性与经济可行性。     

电转气消纳新能源与碳捕集电厂碳利用的协调优化

电转气技术作为一种新型能源转换和储存方式为可再生能源消纳提供了新的途径,电转气技术生成甲烷所需的CO_2可高效经济地取自碳捕集机组的捕集碳量。提出将电转气-碳捕集电厂作为整体系统,建立电转气-碳捕集电厂协调优化模型,以碳成本、燃料成本、弃风成本、电转气成本为目标,以碳捕集率、碳捕集电厂有功出力、电转气功率为决策变量。仿真结果表明,电转气-碳捕集电厂提高了风电消纳能力,减少了碳排放,提升了碳利用水平,降低了电转气运行成本。     

含碳捕集装置的电气综合能源系统低碳经济运行

面对当前电气综合能源系统在新能源消纳、低碳性方面存在不足的问题,在系统中引入碳捕集装置进行优化.首先通过弃风惩罚因子将弃风量转化为弃风成本,以系统运行成本与碳排放量为多目标建立一种含碳捕集的电气综合能源系统低碳经济运行模型,使用法线边界交叉法构造多目标问题的Pareto前沿,并利用模糊隶属度函数选择出综合满意度最大的解作为折中解,其次通过算例对比了三种场景下的优化结果,分析了系统弃风量受电转气原料成本的影响情况,验证了将捕集的CO2作为产气原料能够有效提升电转气的运行效益,增强系统的风电利用率与运行经济性;最后对多目标下碳捕集的运行造成系统经济性与低碳性产生的矛盾关系进行了研究,证明了碳捕集能够有效提升综合能源系统的碳减排能力.     

考虑低碳制氢的微电网优化配置

“双碳”目标下,为减少弃风弃光量和传统制氢方法的碳排放,同时提升微电网经济性,对考虑低碳制氢的微电网优化配置进行了研究。通过对制氢过程进行建模,提高经济分析的真实性,结合微电网结构建立考虑低碳制氢的微电网模型,综合考虑微电网配置运行成本、售电/售氢收益以及低碳制氢所带来的节碳收益,建立考虑低碳制氢的微电网优化配置模型,并从系统和设备2个角度提出了衡量配置结果的评价指标。通过分析电、氢设备调度逻辑,提出了一种电氢协调调度策略,采用基于动态时间规整距离的K-means聚类和改进的粒子群优化算法求解得到系统优化配置结果。最后,通过算例仿真验证了制氢装置建模和调度策略的有效性,并分析了售氢价格对优化配置的影响。     

计及电转气的区域综合能源系统日前优化调度

为了提高区域综合能源系统的经济性以及可再生能源的消纳能力,提出含电转气（power-to-gas,P2G）的调度优化模型。首先将电转气分为2个阶段运行,在电解水产生氢气环节加入储氢罐作为氢燃料电池的燃料来源,通过氢燃料电池实现氢能向电能、热能的转化,之后将剩余氢气输入到甲烷反应器中,减少将氢气全部直接甲烷化所产生的能量损耗。其次燃气轮机采用变效率运行模式,通过灵活调节燃气轮机的供电、供热效率,使热电出力更为经济合理。基于此,以由系统购电成本、购气成本、弃风成本以及环境成本构成的日运行成本最小为经济目标,构建含电转气的区域综合能源系统日前优化调度模型。最后利用基于空间距离的混沌粒子群算法求解,并通过算例仿真表明所提调度模型可有效促进多级能源合理高效利用,提高可再生能源消纳能力与系统运行经济性。     

电-氢-碳综合能源系统协同经济调度

在“双碳”背景下,为优化能源结构,提高可再生能源消纳,进而促进综合能源系统的碳减排工作,提出了一种基于碳捕集和电-氢-气双向转换的电氢碳协同运行的低碳经济调度模式。首先分析电转气两阶段过程中分别耦合氢储能、氢燃料电池以及碳捕集设备的运行机理,构建以清洁能源为主的能源供应和以电、热、冷、气负荷为终端消费的综合能源系统的能量流模型;然后针对其参与碳排放权交易市场,分析碳交易机制下系统各设备的碳成本;最后构建以运行维护成本、购能成本、环境成本和售氢收益之和最小的低碳经济运行数学模型,综合考虑设备约束和系统的能量平衡约束,分析对比不同典型运行模式,验证了所提调度模型的消纳特性、环保性和经济性。     

考虑电解槽动态制氢效率的氢网运行优化EI北大核心CSCD

随着对减碳需求的持续关注,氢经济迅速发展。氢气管网运输能够解决氢气规模化利用的难题,氢网运行的理论研究将为其应用奠定坚实基础。为此,该文对氢网及相关设备运行展开研究。首先,为弥补现有电解制氢效率理论研究的不足,对电解槽动态制氢效率进行精细化建模,该模型同时考虑制氢功率和老化对制氢效率的影响。在此基础上,以满足氢网负荷需求、氢网络及相关设备运行约束为前提,以实现氢网一天的购电成本最小为优化目标,构建考虑电解槽制氢效率特性的氢网运行优化模型,并进一步将其转化成线性化模型以便于求解。最后,基于某工业园区20节点氢气网络,详细分析氢网潮流分布、电解槽运行策略以及储氢罐容量对氢网运行成本的影响。结果表明:考虑电解槽动态制氢效率的氢网运行策略会降低氢网实际运行成本,合理配置储氢罐容量有利于氢网效益的最大化。     

计及电转气热回收的综合能源系统蓄热罐容量规划与运行策略

针对电转气的强放热反应特性未得到充分重视和仅配置储热来增大风电消纳空间的方法存在局限的现状,在分析和考虑电转气热回收价值的基础上,建立兼顾规划经济性和弃风率的综合能源系统蓄热罐容量多目标优化模型,并使用法线边界交叉(NBI)法提供可行的求解Pareto前沿的方案。通过对比在不同电转气运行成本与不同放热效率情形下的系统规划与运行策略,分析接入电转气且考虑其热回收对配置储热的综合能源系统规划与运行的影响。基于典型算例研究,结果表明在电转气与储热装置的协同消纳弃风方式下,随着电转气放热效率提高与运行成本降低,电转气的弃风消纳能力将提高,其供热、气效益将提高,系统运行成本将降低,同时储热装置供热任务得以减轻,进而影响储热装置的规划策略。     

含电转热氢装置的综合能源系统经济运行

为解决富余电力对电网的冲击问题,需要为分布式电源配置储能装置,以提高综合能源系统运行经济性。将富余电力转化为氢气已经被证明是有效的处理方法,然而传统的电氢转换效率通常低于70%,且忽略了转换过程中的热损失问题。基于此,首先,介绍了一种考虑热回收的电转氢技术,即电转热氢技术。其次,将电转热氢技术应用于电解槽中,提出了一种含电转热氢装置的综合能源系统模型。同时,以购电成本、购气成本以及富余电力惩罚成本最小为目标,协同考虑电转热氢装置的温度特性,设计了三种不同的工作场景。最后,使用改进粒子群优化算法求解可知,引入电转热氢装置后,系统交易成本降低了1.48万元。算例结果表明,电转热氢装置的加入能够有效提高综合能源系统的经济性,验证了所提模型的有效性。     

含高比例风光接入的输电网氢-电混合储能系统配置方法

目前高比例风光接入的输电网存在弃风弃光率普遍较高的问题,配置储能设备作为一种具有潜在效用的手段在当前的研究中备受青睐。针对输电网储能配置问题,为达到综合成本减小和弃风弃光率降低的目的,提出了一种基于双层规划模型的输电网氢-电混合储能系统配置方法。首先,对氢-电混合储能系统的特性进行建模,在此基础上建立输电网氢-电混合储能系统功率与容量配置双层规划模型。上层模型以配置储能后年综合成本最小为目标;下层模型以弃风弃光率最小为目标。其后基于蓄电池和氢储能的不同特性,提出一种氢-电混合储能系统配合策略。最后,针对该模型非线性多目标的特点,采用双层迭代粒子群算法与潮流计算相结合进行模型求解。在算例仿真部分,以某含有高比例风光接入地区输电网为例,进行氢-电混合储能系统容量和选址的优化配置,验证了所建模型和所提求解算法的可行性和有效性。提高了风电光伏出力在时序上的转移能力,减少了高碳化石能源的消耗量,降低了弃风弃光率。     

含高比例风光接入的输电网氢-电混合储能系统配置方法

目前高比例风光接入的输电网存在弃风弃光率普遍较高的问题,配置储能设备作为一种具有潜在效用的手段在当前的研究中备受青睐。针对输电网储能配置问题,为达到综合成本减小和弃风弃光率降低的目的,提出了一种基于双层规划模型的输电网氢-电混合储能系统配置方法。首先,对氢-电混合储能系统的特性进行建模,在此基础上建立输电网氢-电混合储能系统功率与容量配置双层规划模型。上层模型以配置储能后年综合成本最小为目标;下层模型以弃风弃光率最小为目标。其后基于蓄电池和氢储能的不同特性,提出一种氢-电混合储能系统配合策略。最后,针对该模型非线性多目标的特点,采用双层迭代粒子群算法与潮流计算相结合进行模型求解。在算例仿真部分,以某含有高比例风光接入地区输电网为例,进行氢-电混合储能系统容量和选址的优化配置,验证了所建模型和所提求解算法的可行性和有效性。提高了风电光伏出力在时序上的转移能力,减少了高碳化石能源的消耗量,降低了弃风弃光率。     

计及电热混合储能的多源微网自治优化运行模型

针对传统电池储能存在成本较高,频繁充放电易导致寿命降低的问题,建立基于电热、电氢、氢电及氢热能量转换方程的电热混合储能模型,并在此基础上提出一种微网自治运行策略。该文首先研究无电池储能的热电联合微网系统中加入电转氢(power to hydrogen,P2H)设备,形成了含电热氢综合能量的储能系统,建立一种以微燃机、电转氢设备和电锅炉为核心的电热混合储能(electro-thermal energy storage system,ETSS)模型。其次,以微网内多种能源综合运行成本最低和最大化消纳弃风为目标,建立电热混合储能系统多目标运行模型,进而提出微网多能源自治运行策略。最后以我国北方地区某多能源微网为例,建立基于电热混合储能的多源微网自治优化运行仿真模型。算例结果分析表明,与含传统电池储能热电联合型微网相比,采用电热混合储能的多源微网系统具有较好的灵活性和经济性,并能够提高风电的消纳能力。     

基于全寿命周期成本的电转热-燃煤/气锅炉联合供暖容量优化配置

弃风供热项目可改善北方地区“以热定电”模式引发的系统调峰空间不足的问题,但其与传统锅炉联合供暖容量配置的经济效益仍待论证。基于全寿命周期成本研究电转热设备与燃煤、燃气锅炉联合供暖系统的容量优化配置。在构建含电锅炉、热泵、燃煤锅炉、燃气锅炉混合供暖模式的基础上,以联盟全寿命周期成本为目标函数,满足稳定供热的同时考虑弃风充足与弃风不足情况下系统的运行成本。基于新疆地区实际弃风、热负荷历史时序数据,利用遗传算法求解优化模型,进行仿真验证。结果表明,相较已有模型,本文联合供暖系统在工程生命周期内的经济效益最佳,进行容量配置优化的同时实现了设备制热功率的时序分配,可为含有弃风供热项目的联合供暖系统的规划、调度提供理论指导。     

考虑阶梯式碳交易机制与电制氢的综合能源系统热电优化

"双碳"背景下,为提高能源利用率,优化设备的运行灵活性,进一步降低综合能源系统(IES)的碳排放水平,提出一种IES低碳经济运行策略.首先考虑IES参与到碳交易市场,引入阶梯式碳交易机制引导IES控制碳排放;接着细化电转气(P2G)的两阶段运行过程,引入电解槽、甲烷反应器、氢燃料电池(HFC)替换传统的P2G,研究氢能的多方面效益;最后提出热电比可调的热电联产、HFC运行策略,进一步提高IES的低碳性与经济性.基于此,构建以购能成本、碳排放成本、弃风成本最小的低碳经济运行目标,将原问题转化为混合整数线性问题,运用CPLEX商业求解器进行求解,通过设置多个运行情景,对比验证了所提策略的有效性.     

考虑天然气混氢的园区综合能源系统电制氢优化配置

电制氢和天然气混氢技术在促进可再生能源消纳、降低系统碳排放量方面具有良好的理论研究和工程应用前景。面向含高比例可再生能源的园区综合能源系统,提出一种计及天然气混氢及跨季节存储的电制氢优化配置方法。首先梳理了含氢园区综合能源系统的运行框架和能量流动关系,建立园区内部能源生产、转换与存储设备的数学模型,其次以设备的年化投资成本、园区综合能源系统的年度运行成本和碳交易成本最优为目标,提出电制氢优化配置模型。最后通过算例分析表明电制氢及天然气混氢技术的引入可提升可再生能源的消纳能力,降低系统的整体经济成本和碳排放量,并分析了电解槽投资成本、混氢体积分数上限以及经济性和低碳性成本权重系数变化对规划运行结果的影响。关键词：园区综合能源系统;电制氢;天然气混氢;碳交易;跨季节储氢;优化配置 中图分类号：TM732     

含碳捕集的电-气综合能源系统低碳经济调度

以优化能量流、减少弃风及降低碳排放为前提,针对碳捕集系统和电转气设备,提出一种计及储碳、储氢设备的联合运行模式,并基于该模式构建电-气综合能源系统低碳经济调度模型。将该模型转化为混合整数线性规划问题进行求解分析,结果表明：在所提联合运行模式下,电-气综合能源系统基本实现了风电的全额消纳,且储碳、储氢设备的加入提高了碳捕集系统、电转气设备的运行灵活性,实现了碳循环,优化了能量流,使系统综合运行成本、碳排放量均为最优。在多能耦合的综合能源系统中,该模型的提出对系统低碳经济运行具有积极意义。     

考虑下游氢负荷波动的新能源制氢系统协调控制策略

针对下游氢负荷波动不确定的新能源制氢系统，提出了一种基于模型预测控制的自适应功率协调控制策略。首先，确定新能源制氢系统基本结构及数学模型；然后，基于模型预测控制原理，将氢负荷流速、新能源实际最大出力以及电解槽启停状态等作为系统不确定性干扰变量，并通过预测模型滚动优化各电解槽制氢功率、电池出力以及新能源弃电功率，进而实现电池荷电状态、储氢罐压强、电网负荷的日内实时跟踪和电解槽启停状态的优化控制。最后，通过算例仿真验证了所提策略的有效性，并针对各参数进行了灵敏度分析和鲁棒性分析。     

基于碱性电解槽宽功率适应模型的风光氢热虚拟电厂 容量配置与调度优化

为提高能源利用效率,降低碳排放水平,改善虚拟电厂运行效益,构建了基于碱性电解槽宽功率适应模型的风光氢热虚拟电厂(Virtual Power Plant, VPP)模型。将制氢电解槽、氢燃料电池、储氢罐构成氢能系统,代替传统虚拟电厂中的蓄电池,并提出碱性电解槽宽功率适应模型,提高电解槽在不同输入功率条件下的适应性。利用氢能系统运行时产生热量对系统负荷实行热电联供,并将电解槽产生氧气出售。在此基础上,使用改进多路无网格光线寻优算法对各设备出力调度与设备容量配置进行优化。仿真结果表明,该算法在计算精度和速度上有一定提高。基于碱性电解槽宽功率适应模型的风光氢热VPP,在降低系统运行成本的同时可以有效应对风、光出力波动,提高风、光消纳水平,减少碳排放。