【专栏推荐】面向统一能源系统的氢综合利用技术专栏

编者按：面对“清洁低碳、安全高效”国家能源系统总体发展要求，构建资源约束强、重碳化石能源和可再生、清洁新能源耦合的统一能源系统是未来发展趋势。统一能源系统利用可再生能源制-储氢，耦合煤/油炼化工业，为用户提供电、热、气以及油/化产品。从清洁电力到清洁气体能源，支撑电网与冷/热网、气网、交通网等多能源网络互联互动，氢能是联结煤、油化石能源系统和风、光新能源系统，构建未来清洁统一能源系统的桥梁。从全球看，作为重要技术创新方向的氢能在电力、交通、供热和工业等领域的综合利用，正在兴起。国家《清洁能源消纳行动计划（2018-2020）》提出利用富余可再生能源制氢，氢能的创新利用和集聚发展，方兴未艾。面向统一能源系统的氢综合利用的理论和方法，正逐步成为能源领域研究的重要方向，而受到各界的关注。为了展示面向统一能源系统的氢综合利用技术的最新进展和发展趋势，共享最新学术和技术成果，《中国电力》编辑部特邀大连理工大学袁铁江教授、北方工业大学李建林教授联合担任特约主编，主持“面向统一能源系统的氢综合利用技术”专栏。专栏于2020年10期刊出，共计5篇文章。本期公众号将专栏文章进行汇编，以飨读者！

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01

作者：蔡国伟, 边育栋, 孔令国, 宋佳, 徐贺

单位：东北电力大学电气工程学院；国网吉林供电公司；国网四川省电力公司南充供电公司

摘要：随着能源技术的快速发展，风/光制氢系统将成为典型能源存在场景。本文分析风/光制氢系统中异质能源的功率交换特性，从功率/能量的供需平衡角度出发，建立风/光制氢系统的同质化分析模型；根据对模型运行域的分析，建立统一的分析框架，并通过3个维度对风/光氢制氢系统边界条件进行分析；并根据历史数据，绘制出力散点图，分析运行点规律及运行点指标范围，并对系统运行域进行合理分析。

作者：熊宇峰, 司杨, 郑天文, 陈来军, 梅生伟

单位：清华大学电机系；清华四川能源互联网研究院；青海大学新能源光伏产业研究中心

摘要：青藏高原广大边远地区受地理限制和气候因素影响，能源供给问题长期无法有效解决。考虑到当地气候高寒、光照充裕、负荷分散等特点，结合氢能无污染、零碳排、高热值的优点，提出了光伏储氢独立供能系统的基本架构，以实现高寒条件下热电负荷的综合供应。并建立了含电解槽、储氢罐、燃料电池的储氢系统热电联供模型，充分挖掘储氢系统热电联储联供潜力。在此基础上，进一步提出了光伏储氢独立供能系统的容量配置模型和优化方法，并通过算例对比分析了光伏储氢独立供能系统与现有的光伏蓄电池独立供能系统的性能差异。仿真结果验证了本文所提光伏储氢独立供能系统方案的可行性。研究成果有望为青藏高原边远地区分布式清洁供能提供新的思路和方法。

作者：神瑞宝, 代贤忠, 蒋东方, 韩新阳, 鲁强, 靳晓凌

单位：国网能源研究院有限公司

摘要：分析日本家用燃料电池热电联供系统（ENE-FARM）的技术原理及推广应用情况，针对影响ENE-FARM经济性的因素较为复杂的特点，建立考虑设备价格、家庭年用电量、电力及燃气价格等因素的ENE-FARM经济性分析一般模型，引入盈亏平衡电价曲线分析ENE-FARM在日本和中国应用的经济性差异，并分别对2020年和2030年场景进行测算。分析表明：现阶段ENE-FARM在日本已具备应用经济性，但在中国尚不具备大规模推广应用的条件，可在海岛等偏远地区以及自然灾害频发地区试点应用；2030年，在设备造价逐步降低，居民电力及燃气价格体系逐步理顺的前提下，ENE-FARM系统在中国居民家庭中的应用将实现盈亏平衡。

作者：贾成真, 王灵梅, 孟恩隆, 杨德荣, 郭东杰, 刘玉山

单位：山西大学 计算机与信息技术学院；山西省风电机组监测与诊断工程技术研究中心；山西漳泽电力股份有限公司；国家电投集团山西新能源有限公司

摘要：为了在已投产的风光耦合发电站中实现制氢、储氢及燃料电池的最佳容量配比以及系统内部跟踪日前发电计划的优化调度，采用快速非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）实现了对容量配比多目标优化问题的求解，构建了考虑运氢量的风光氢发电系统内部跟踪日前发电计划的优化调度算法。首先，建立了各子系统的等效数学模型，提出了结合系统收益和全寿命周期年均值成本的经济性指标，以系统弃风弃光率、功率缺额率和经济性为目标得出制氢、燃料电池功率和储氢容量；其次，利用优化后的容量作为日前优化调度的约束条件，采用加权系数法建立了以日累计跟踪计划误差最小和储氢压力波动最小的单目标数学优化模型，利用Yalmip求解器对模型进行了求解；最后在Matlab中对所建立的模型进行了仿真和验证，得到了系统的最优容量配比，实现了系统内部跟踪日前发电计划的优化调度。

05

作者：尹晨旭, 朱刘柱, 项超, 叶斌, 张理, 刘洪

单位：国网安徽省电力有限公司经济技术研究院；智能电网教育部重点实验室（天津大学）

摘要：针对当前综合能源系统研究未充分考虑氢能交互转换以及利用等问题。以综合能源微网为研究对象，提出了考虑氢能交互转换的综合能源微网协调调度方法。首先，提出了考虑氢能交互的综合能源微网的典型架构；其次，构建了以氢能为核心的关键设备的能效与经济性模型；在此基础上，构建了综合能源微网的日前调度模型，并针对调度问题的属性，采用混沌增强烟花优化算法对调度模型进行求解；最后，通过实际算例的对比与分析，验证了所提模型方法的有效性与适用性。

引文信息

蔡国伟, 边育栋, 孔令国, 等. 风/光制氢系统的同质化建模[J]. 中国电力, 2020, 53(10): 59-65.

CAI Guowei, BIAN Yudong, KONG Lingguo, et al. Homogenized modeling and operation domain analysis of wind/ photovoltaic - hydrogen generation system[J]. Electric Power, 2020, 53(10): 59-65.

熊宇峰, 司杨, 郑天文, 等. 考虑热电综合利用的光伏储氢独立供能系统容量优化配置[J]. 中国电力, 2020, 53(10): 66-73.

XIONG Yufeng, SI Yang, ZHENG Tianwen, et al. Optimal capacity configuration of solar-hydrogen independent power-supply system considering electricity-heat comprehensive utilization[J]. Electric Power, 2020, 53(10): 66-73. 

神瑞宝, 代贤忠, 蒋东方, 等. 日本家用燃料电池热电联供系统在中国应用的经济性分析[J]. 中国电力, 2020, 53(10): 74-79.

SHEN Ruibao, DAI Xianzhong, JIANG Dongfang, et al. Economic analysis of the application of japan's household fuel cell chp system in china[J]. Electric Power, 2020, 53(10): 74-79.

贾成真, 王灵梅, 孟恩隆, 等. 风光氢耦合发电系统的容量优化配置及日前优化调度[J]. 中国电力, 2020, 53(10): 80-87.

JIA Chengzhen, WANG Lingmei, MENG Enlong, et al. Optimal capacity configuration and day-ahead scheduling of wind-solar-hydrogen coupled power generation system[J]. Electric Power, 2020, 53(10): 80-87. 

尹晨旭, 朱刘柱, 项超, 等. 考虑氢能交互转换的综合能源微网协调调度方法[J]. 中国电力, 2020, 53(10): 88-95, 148.

YIN Chenxu, ZHU Liuzhu, XIANG Chao, et al. Coordinated dispatch method for integrated microgrid energy system considering interactive hydrogen conversion[J]. Electric Power, 2020, 53(10): 88-95, 148. 

专栏特约主编简介——袁铁江

袁铁江，博士，教授，博导。中国电工技术学会电力电容器专委会委员，北京先进碳材料促进会储能专委会副主任委员。科学研究工作获省级杰出青年自然科学基金项目资助。提出风/光-氢-煤/油耦合的泛在统一能源系统，主要研究新能源发电并网技术、电网级长时储能并网技术、化石能源和新能源协调利用技术等。先后主持或者参与国家重点研发计划、国家国际科技合作专项、国家自然科学基金、省重大专项/自然基金、国家电网公司科技项目，等各类别科研项目40多项，发表论文100余篇，第一作者出版学术专著3部，参与制定国家标准2项，获省部级科技进步二等奖3项,等。中国电机工程学报、APPLY ENERGY、中国电力、电气应用、电力电容器与无功补偿、高压电器等国内外多个期刊的审稿人或编委。

专栏特约主编简介——李建林

李建林，博士，教授，博导。中国可再生能源学会储能专委会副主任委员，北京先进碳材料促进会储能专委会主任，中关村云平台专家库主任委员，国网吉林电科院储能领域首席技术专家，安徽省自动化学会储能专委会主任，华东储能领跑者联盟副理事长，中国电机工程学会需求响应组副组长，中国可再生能源学会标准化委员会委员，电力系统自动化、电工技术学报、高电压技术、太阳能学报、电网与清洁能源等权威杂志编委，电气应用杂志编委会副主任委员，北极星电力网专家智库成员、特聘讲师。先后承担储能领域国家级项目多项，其中，国家863课题4项，国家自然基金项目3项，国家电网公司储能方向重大项目10项，各级网省公司项目10余项。近年来在国内外核心期刊发表SCI/EI检索文章100余篇，授权发明专利50余项。负责起草储能领域行业标准10余项，著有《大规模储能技术》、《智能电网中的风光储关键技术》、《储能系统电网调频技术》等著译作10余部。在储能领域获省部级一、二等奖项10余次。

 往期回顾 

编辑：杨彪

审核：方彤

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