考虑氢能系统运行特性的电氢区域综合能源系统规划方法

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以电氢为核心的区域综合能源系统是促进高比例新能源消纳、实现能源系统低碳转型的重要手段。规划方案的合理制定是实现电氢区域综合能源系统高效、经济、低碳运行的关键前提。现有规划方法对氢能系统热回收利用以及季节性灵活存储能力等考虑不足,导致能量效率低、经济效益差,难以满足电氢区域综合能源系统的低碳、经济发展需求。在重庆市院士牵头科技创新引导专项项目“电-气综合能源系统概率能量流深度神经网络计算方法”(cstc2018jcyj-yszx X0001)的资助下,本文充分挖掘和利用氢能系统热回收和季节性灵活运行特性,研究电氢区域综合能源系统的运行规划方法,主要工作如下:(1)针对现有研究未系统性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,本文提出了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。考虑氢能设备变效率、多工况的运行特征,深入研究了不同类型电解水、氢燃料电池和甲烷化设备的产热特性,建立了基于热力学方程和物理反应原理的氢能系统热回收模型。针对高压氢气物理特征,基于范氏方程建立了高压储氢系统运行模型。建立电-氢-热多能协同利用架构,提出了考虑氢能系统热回收利用的电氢区域综合能源系统日前优化运行方法。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互动能力。(2)为解决中长期运行面临的异质能量季节性供需不平衡问题,本文提出了考虑季节性储氢的电氢区域综合能源系统中长期优化运行方法。考虑季节性储氢的中长期多模式利用方式,以全年运行成本最小为目标,建立了考虑季节性储氢的电氢区域综合能源系统中长期优化运行模型,并采用改进场景法对该模型进行快速求解。通过仿真结果表明,季节性储氢可有效解决异质能量的季节性供需不平衡问题,提高综合能源系统中长期运行的经济性。(3)针对现有规划方法未考虑氢能系统热回收和季节性存储等运行特性,导致设备冗余配置、经济效益差等问题,本文提出了考虑氢能系统运行特性的电氢区域综合能源系统规划方法。构建了含氢能系统热回收利用和季节性储氢的电氢区域综合能源系统,并考虑了电储能、热储能等灵活调节资源在短时间尺度的协调作用,建立了考虑氢能系统运行特性的电氢区域综合能源系统规划及运行模型,对氢能系统、多元储能以及新能源机组容量配置问题进行优化。通过仿真算例验证,充分考虑氢能系统运行特性可有效降低系统投资成本和提高新能源渗透率。
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