【哈尔滨工业大学（宋凯）】2024年面向电氢耦合新型电力系统的制氢需求侧管理报告_9页_2mb

面向电氢耦合新型电力系统的制氢需求侧管理总结

核心内容概述

本报告围绕电氢耦合新型电力系统中的制氢需求侧管理展开，从电网调度视角和运营个体视角两个层面探讨了制氢系统在新型电力系统中的优化策略与应用价值。报告强调了氢能作为未来重要的零碳能源载体和大规模、长周期储能手段的重要性，并提出了通过需求侧管理提升系统灵活性与经济性的方法。

主要观点

1. 国家战略与氢能发展意义

• 国家政策支持：2022年3月，国家发改委与国家能源局联合印发《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》；2024年3月，国务院《政府工作报告》提出加快氢能产业发展。
• 氢能属性：
  • 作为二次（三次）零碳能源，是未来能源体系的重要组成部分。
  • 风、光等清洁一次能源的重要载体。
• 供需规模：
  • 预计氢能将在多个领域广泛应用，包括能源、化工等。
  • 需求侧管理可有效提升氢能供给与需求的匹配度。

2. 制氢需求侧管理在电网调度中的应用

• 优化目标：以最低成本满足全时段电力负荷和供氢需求。
• 优化变量：包括发电、储能、制氢设备的出力与调度。
• 约束条件：
  • 节点有功/无功平衡
  • 机组有功/无功边界
  • 节点电压与支路潮流边界
  • 电解槽功率边界
  • 跨时段制氢需求约束
• 优化方法：
  • 单时段最优潮流（OPF）：用于单一时间段的最优出力分配。
  • 跨时段最优潮流（MPOPF）：用于多个连续时间段的最优调度，提升系统灵活性与经济性。
• 制氢系统效率：
  • 单槽制氢率在17~18.16kg/MWh之间，但灵活性受限。
  • 多槽协同调控可提升系统灵活性，如5槽同时运行时，制氢率可达45%~100%。

3. 运营个体视角下的制氢需求侧管理

• 运营目标：实现经济效益最大化。
• 制氢功率影响因素：
  • 电价与氢价：电解槽功率受两者影响，电价低时制氢功率高，氢价高时制氢收益更高。
  • 电网交互功率限制：限制微电网与上级电网的功率交互可有效平抑可再生能源波动，提升系统稳定性。
• 收益敏感性分析：
  • 电解槽额定功率与爬坡速率对系统收益影响显著，接近二次函数和对数函数的组合。
  • 电化学储能额定功率对系统收益影响接近一次函数，爬坡速率则接近二次函数和对数函数的组合。
  • 储能充放电效率对微电网收益影响较大，尤其在电价较高的情况下。

4. 制氢系统动态控制策略

• 稳态运行调度 → 动态实时控制：通过实时监测新能源出力变化，动态调整制氢负荷，实现能源的高效与安全利用。
• 电氢耦合微电网单元建模：
  • 包括新能源发电单元、电解槽单元、电化学储能单元等。
  • 建模公式用于描述各单元的运行特性与控制逻辑。
• 控制策略：
  • DC/DC变换器控制：用于调节新能源、储能与制氢系统的功率分配。
  • AC/DC逆变器控制：实现系统间能量转换与功率管理。
• 动态控制仿真：
  • 仿真中设定电化学储能SOC为85%，氢储罐SOHC为50%，验证系统运行效率与稳定性。
  • 通过动态调整制氢负荷，提升系统整体运行表现。

关键信息总结

• 制氢需求侧管理是实现电氢耦合新型电力系统高效、灵活运行的重要手段。
• 从电网调度和运营个体两个视角出发，均以经济性为核心优化目标。
• 多槽协同调控和电化学储能系统的结合，显著提升了制氢系统的灵活性与经济性。
• 制氢系统与电网的协同控制策略，有助于缓解新能源波动性，提升系统稳定性。
• 需求侧管理在氢能供给与需求匹配、能源高效利用、系统经济性提升等方面具有重要价值。

未来展望

• 电网调度视角：推动多槽制氢系统部署，提升电网整体运行灵活性与经济性。
• 运营个体视角：随着制氢需求侧管理体量的增加，将促进运营个体投资发展，完善市场机制，优化技术经济可行性。
• 发展方向：结合电化学储能与制氢系统，实现多能源协同调度与动态控制，推动氢能产业在新型电力系统中的广泛应用。