计及高阶方程分段线性化的港口电-氢综合能源系统优化调度

在现有的基础设施及市场需求量背景下，氢气通过天然气掺氢管道输送为主、移动式储氢输送为辅是较好的选择。建立考虑气体组分与流量变化关系的动态模型，分析混氢天然气输送的动态特性；构建储氢罐的水网航运模型，即各港口之间的内河运输通过船舶实现规模化运氢；提出基于气网-水网协同的多时间尺度滚动优化策略，对不同时间维度下的负荷需求波动进行精细化调度与平抑，同时降低运行成本。仿真算例结果验证了所提模型的有效性和合理性。     

考虑动态功率区间和制氢效率的电转氢（P2H）设备容量配置优化

考虑大规模风电固有的间歇性、波动性影响,采用电转氢技术将弃风电量转化为可存储再利用的清洁氢能,助力碳达峰与碳中和战略目标。该文选用碱性电解槽作为电转氢设备,研究其制氢效率曲线,构建运行区间规划与经济性规划相结合的优化配置模型。首先分析电解槽平滑跟踪动态功率的区间范围,对设备充当电负荷的运行能力进行限制。然后在此基础上,以设备全生命周期成本与电氢市场交易成本整体最小为目标,对设备容量进行经济性优化。最后采用混沌粒子群优化算法求解模型。算例结果表明,在保障设备产氢质量同时,可有效提升系统运行可靠性并降低投资成本和弃风率。研究成果实现电转氢设备作为灵活负载跟踪可再生能源的功率波动。     

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。     

考虑多约束条件下的电-氢-化耦合系统控制方法

在电-氢-化耦合系统中，电解水制氢装置在消纳风、光等可再生能源或参与电网平衡调控的同时，其变负载运行需满足多约束条件，以保证系统各环节安全稳定运行。针对电-氢-化耦合系统中各环节存在的耦合作用关系，详细介绍了系统核心环节——电解水制氢系统的模型，并提出一种考虑各环节多约束条件下的系统控制方法。对兆瓦级碱性电解槽的模型进行详细分析，包括电化学模型、热力学模型等，同时建立辅助设备压缩机、储氢罐的数学模型；综合考虑电解槽温度、电解槽压力、储氢罐压力、下游煤化工环节用氢等约束条件，提出电解水制氢系统的控制策略。基于MATLAB/Simulink搭建电-氢-化耦合系统的仿真模型，并通过RT-LAB半实物仿真平台，在不同的电网功率指令下，对电-氢-化耦合系统的运行特性进行深入研究，并对所提控制策略的控制效果进行验证。     

基于改进猫群算法的氢储能容量优化配置

以氢储能系统为基础,构建了风力发电和氢储能系统为主的混合微电网系统。本文对氢储能系统中的电解槽、燃料电池和储氢罐的容量进行了优化配置。综合考虑微电网的经济成本、供电可靠性和弃风率3个指标,构建了氢储能系统的容量优化配置模型;分别采用典型日和场景集的风电出力和负荷,建立氢储能系统的容量优化模型,以反映风电出力和负荷的随机性对优化结果的影响;采用动态权重的改进猫群算法对所提氢储能系统的容量优化配置模型进行求解。通过算例验证了改进猫群算法的可行性,同时也证明了所提氢储能系统容量优化配置模型的合理性。     

计及高阶方程分段线性化的港口电-氢综合能源系统优化调度

现有电-氢综合能源系统模型存在制氢、储氢装置模型不准确的问题，影响了系统运行调度的安全性。考虑储氢装置内氢气在高压状态下温度-压强的动态特性，建立港口电-氢综合能源系统优化调度模型。通过电解水制氢技术储存风光发电多余的电能，在此基础上协调电力和氢气的负荷需求，有效地提高了新能源利用率并保证了系统的安全稳定运行。对高压储气罐的温度-压强高阶非线性模型进行分段线性化处理，在保障较高精度的同时大幅提高了求解效率。典型港口综合能源系统算例验证了所提方法的有效性。     

计及负荷需求响应的风光储氢系统容量优化配置

为了研究负荷需求响应对风光储氢系统的影响，以风电、光伏、电储能及制氢设备为主体搭建了典型风光储氢容量配置模型。考虑分时电价对负荷分布的影响，建立日前分段电价负荷需求响应模型，进而得出负荷需求响应参与的负荷优化分布。以系统日运行总成本最优为目标，构建考虑负荷需求响应的系统容量优化配置模型并进行算例仿真。通过算例结果表明，该模型不仅可以提高系统风光消纳水平，还可以降低系统运行总成本。     

基于分布鲁棒机会约束的移动氢能系统制-储-运氢协同优化

氢能是中国能源低碳化转型的重要载体之一。移动氢能系统利用富余新能源制氢后充入储氢罐存储,然后通过氢气长管拖车将氢产品运输至各加氢站。文中提出一种基于分布鲁棒机会约束的移动氢能系统制-储-运氢协同优化方法。首先,构建移动氢能系统新能源制氢储氢与长管拖车运氢协同优化模型,并采用一种“虚拟节点插入”方法对氢气长管拖车路径规划模型进行等价化简。其次,采用数据驱动的分布鲁棒机会约束处理加氢站氢气需求的不确定性,构建基于Wasserstein距离的移动氢能系统分布鲁棒模型,并基于条件风险价值近似将所提分布鲁棒模型转化为混合整数线性规划问题。最后,以中国西安市交通网为基础构造移动氢能系统算例,验证了所提模型和方法的有效性。     

考虑气–固两相储氢特性的电–氢充能站安全运行策略EI北大核心CSCD

电-氢充能站作为集充能、消纳新能源为一体的新型供能形式,在实现能源清洁化方面具有广阔前景。然而,安全问题阻碍了电-氢充能站的进一步商业化。为此,该文提出气-固两相储氢系统的电-氢充能站安全运行策略,通过转变氢气存储形态降低氢能利用风险。首先,考虑氢原子之间相互作用力,提出基于压缩因子的非理想气体压强公式,以准确刻画储氢罐内的非线性压强增长。其次,引入TNT当量法与半致死范围对储氢罐的安全风险进行量化,构建安全约束条件与量化调控指标,为优化模型提供安全边界与决策方向。最后,对原始金属储氢模型进行假设近似,构建电网视角下的氢气形态转换模型。结果表明,金属储氢占总储氢容量的20%~30%时,电-氢充能站的安全运行效果最佳。     

离网式风光氢醇一体化系统容量配置运行调度优化及经济性分析

为解决可再生能源消纳及氢能源存储、运输难题,提出一种离网式风光氢醇一体化系统。该系统离网运行,利用风力和光伏发电提供电能;通过蓄电池和储氢罐作为储能和储氢设备,以削峰填谷的方式稳定供应电能和氢能,确保电解槽和甲醇生成设备的稳定连续生产甲醇。以系统总收益最大化为目标构建了风光储氢醇的数学模型,并通过混合整数线性规划算法,结合风光真实数据分析,确定系统最佳设备容量与运行调度。以典型日分析其运行策略及系统能量,最后对所制绿色甲醇经济性分析。结果表明：系统能够根据外界条件的变化,合理切换工作状态,实现系统能量平衡;在满足各项约束条件下,提高了可再生能源利用率,降低了系统制甲醇的平准化成本。此研究为新能源消纳与氢能源利用提出了一条可行技术路线,并可为相关示范项目建设提供指导。     

考虑氢混燃机动态混氢特性的电-气互联系统优化调度

电–气互联系统是综合能源系统的重要组成部分,燃气机组是其中关键的能源耦合元件,而随着能源系统低碳化转型,燃气机组掺氢燃烧发电的技术应运而生。传统氢混燃机相关研究大多只考虑固定掺氢比运行的情况,并未考虑机组动态调整掺氢比运行的影响。传统电–气互联系统优化调度相关研究主要面向运行经济性,而对计及氢混燃机的能量与备用统一出清鲜有研究。为此,该文提出了一种考虑氢混燃机动态混氢比的电–气互联系统优化调度方法,基于动态混氢特性建立氢混燃机精细化模型,并通过电解水制氢技术为氢混燃机提供氢气来源,配置储氢罐和储气罐作为联合体为系统提供备用;采用二项式松弛方法对氢混燃机耗气流量方程进行线性转化,将原有非凸非线性模型转化为混合整数线性规划模型求解;最后通过仿真验证所提方法的有效性,分析不同场景下系统运行状态,实现了“风电–电解水制氢–氢混燃机”模式下风电消纳潜力的深度挖掘。     

计及调峰辅助服务的风电场/群经济制氢容量计算

针对“双碳”目标下风电深度消纳及电网灵活性提升的规模化风电制氢经济容量配置问题,该文提出计及调峰辅助服务的风电场/群经济制氢容量计算方法,实现单个风电场及省级风电最佳制氢容量计算。在计及电解水制氢系统规模化成本效应的情况下,以净现值最大为目标,考虑电网调峰需求,构建制氢容量经济优化目标函数,对电解水制氢系统的初始投资成本、制氢电价、氢气售卖价格、电解槽转化率和设备退化率等参数进行敏感性分析,并在其基础上预测未来风电场/群制氢经济性。通过吉林省49个风电场进行算例分析,结果表明,风电制氢参与调峰辅助服务市场能够在最大化消纳风电、提升电网动态调节能力的同时,计算出49个风电场及吉林省省级最佳经济制氢容量。该文为风电场/群制氢容量配置提供有效计算方法。     

多组合虚拟电厂中氢储能低碳经济配置与优化

提出蓄电池-氢混合储能虚拟电厂优化运行方案,首先分析各运行单元的特性并建立协同运行优化模型,然后在虚拟电厂应用蓄电池的基础上,增加由电解槽、储氢罐和燃料电池组成的氢能系统,以实现蓄电池与氢能系统混合储能。考虑电价型需求响应和阶梯型碳交易理论,较分析5种不同方案的虚拟电厂的优化运行成本及收益,实例证明蓄电池-氢混合储能的风光虚拟电厂方案具有更好的经济性和低碳性。     

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。     

考虑风-氢-电的混合能源系统容量规划与运行优化

本文主要研究由风力发电、电解槽、燃料电池及电池储能共同组成的混合能源系统最优配置.在离网状态下,风电作为主要的能量来源,在氢储能和电池储能的辅助下实现周边居民用电负荷的供应,并尽可能满足加氢站的氢气需求.以系统年化成本最小化为目标,同时考虑氢储能和电池储能运行约束,优化考虑风-氢-电的混合能源系统容量.通过算例分析表明...     

计及功率交互约束的含电-氢混合储能的多微电网系统容量优化配置

在混合交直流多微网系统中,其经济性和运行可靠性受到容量优化配置的影响。考虑到基于电储能以及氢储能系统(电解槽/燃料电池/储氢罐)的混合储能系统所具有的优势,建立了电-氢混合储能型多微网系统框架。其次,针对电-氢混合储能型多微网系统,提出了考虑系统的实时能量供需状态和储能状态的多微网运行控制策略。在容量优化配置模型中引入功率交互约束模型,并在配置过程中嵌入所提出的运行控制策略。最后,以算例分析证明功率交互约束的必要性,并采用灰狼-正弦余弦优化算法求解配置模型。所得配置结果优于改进灰狼算法和改进粒子群算法。通过模拟全年运行情况,验证了所提优化配置方法的有效性和电-氢混合储能系统在季节性储能上的优势。     

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。     

风光氢综合能源系统在线能量调控策略与实验平台搭建

构建风光氢综合能源系统拓扑结构,提出了系统在线能量调控策略,搭建系统实验平台,开发设计了在线监控系统。以上网功率跟踪电网需求为目标,以电解槽最小技术出力和额定功率、燃料电池额定功率、储氢罐压力限值为约束,提出风光氢综合能源系统在线能量调控策略。利用3k W直驱永磁同步发电机组模拟、5k W并网光伏模拟、1Nm3碱式电解水制氢框架、2.5k W质子交换膜燃料电池并网设备、2×5Nm3储氢罐,搭建综合系统物理实验平台,开发设计综合系统在线监控系统。基于所搭建的物理实验平台,通过实验验证了所提的在线能量调控策略和所开发的在线监控系统的有效性和稳定性。     

《安规》(热机部分)修订情况说明(待续)

6 对氢冷设备和制氢、储氢装置的运行与维护部分的修改补充6.1 对第436条的修改补充 (1)将原规定“氢冷系统和制氢设备中的氢气纯度和含氧量”修改为“发电机氢冷系统和制氢设备中的氢气纯度和含氧量”。     

新能源-PEM电解制氢全寿命经济性评估

一次性投资成本、运行成本高且随机功率输入对其制氢效率与耐久性负面影响制约质子交换膜电解槽规模化应用。首先,考虑质子交换膜（proton exchange membrane,PEM）电解制氢系统长时运行效率衰减及其输入功率波动对电解槽耐久性的影响,建立新能源-PEM电解槽全寿命周期成本模型;然后考虑售氢收入与等效环境收入等,建立其全寿命周期收入模型,进而建立全寿命周期经济评估模型;最后结合某区域实际数据,通过算例仿真,验证所提模型与方法的有效性及PEM电解槽制氢系统的经济可行性,为PEM电解制氢技术的规模化应用提供理论依据。