基于电热气多能耦合的SOC绿电制储运氢系统优化研究

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单位新疆大学可再生能源发电与并网控制教育部工程研究中心;伊犁师范大学电子与信息工程学院;清华大学电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室;
来源储能科学与技术
出版年2025
期号10
摘要
针对风光资源随机波动导致绿电消纳困难、常规电解水制氢效率低、H2储运成本高等问题,本工作从固体氧化物电池(solid oxide cells,SOC)特性出发,提出一种含掺氢天然气管网的SOC氢储能电热气多能耦合优化模型。通过构建含风电、光伏、供热系统、SOC氢储能及掺氢输运系统的动态耦合模型,以绿电消纳率、系统经济性与碳减排为多目标,综合考虑绿电出力不确定约束、电热气能量守恒约束以及H2制储输系统运行约束,通过整合优化得出最优解。对新疆某园区(年弃风弃光量11520 MWh)电热气多能流能源循环系统进行仿真实验,结果表明:SOC氢储能系统可实现绿电100%全消纳,较常规储能(蓄电池+储热器)年运行成本降低214万元,碳排放减少1068 t。通过热电联产(combined heat and power,CHP)电热比系数优化,SOC电解效率提升至85%,余热利用率达90%,实现了电解水反应驱动力最大化。掺氢天然气管网在30%体积掺混比例下,天然气体积消耗减少23%,系统总成本降低超50%,管网摩擦压降减小,节点气压提升,输运能力显著增强,投资回报率大幅提高,为大规模消纳可再生能源、实现氢气高效经济长距离安全输送提供参考。

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