氢储能系统

储能技术与风电相结合实现电能的时空平移是解决系统运行稳定性问题的有效手段。氢储能具有储存容量大、可实现电热联产联供的优点，具有很大的发展潜能。然而由于风电存在不确定性，氢储能系统在频繁切换工作模式时面临着不确定的热能需求。因此，文中综合考虑氢储能在间歇模式下的热能需求，首先，介绍了氢储能系统接入的电-热综合能源系统基本结构，将风电场与氢储能相结合构成风-氢混合系统；然后，提出考虑风-氢混合系统热平衡需求不确定性的电-热综合能源系统鲁棒区间优化调度模型；最后，基于对偶理论，对所提出的模型转化求解，通过算例对比分析各类情况优化结果，验证了氢储能在促进风电消纳、提高系统能源综合利用率方面的有效性，并证明了考虑电解槽和燃料电池工作温度能提高系统的工作效率并提高风电场并网功率。

随着高比例新能源新型电力系统的灵活性需求增加，制定灵活性资源市场运营机制实时平衡大规模新能源出力波动性和不确定性十分重要。为此，文中提出一种基于按需比例分配机制的风光火氢协同规划方法。首先，制定风/光场站和氢储能系统的三阶段协调运行策略，根据按需比例分配机制进行风/光场站间功率交易，协调风电场和光伏电站的收益和支出，由火电和氢储能系统提供运行灵活性，采用固定利润比例模型保证氢储能系统的收益稳定性；然后，综合考虑投资决策和运行模拟，将功率交易成本和灵活性资源调节成本纳入优化目标，建立以风光为主体电源，以火电和氢储能为辅助电源的多时间尺度协调规划模型；最后，以中国东北某省级电网为算例进行分析。结果表明，采用文中所提方法进行电源规划可以兼顾经济性和环保性，降低灵活性资源需求和投资成本，提高风/光场站的功率利用率。

近日，云南电科院承担的氢储能项目完成，云南首批氢动力汽车上路运行和光伏电解制氢的调试成功，实现了可再生能源制氢-氢储能-用氢一体化示范应用、解决了风/光能源制氢、长短时长储氢与氢能综合利用问题，建成了国内首个具备综合热管理能力的固态合金储氢发电和液、固结合的氢储能系统，实现了氢能的安全存储和高效利用。

虚拟电厂(virtual power plant，VPP)作为资源聚合的主体，不仅需要参与外部能源市场，还需要对内部资源进行优化管理。区别于其他储能系统，氢储能系统除了能够承担电能的备用补充功能外，还可以参与氢市场。对于虚拟电厂运营商(virtual power plant operator，VPPO)而言，其既需要对内部资源进行优化调度，又需要根据运行情况和外部市场信息制定电-氢两级市场的竞标策略。考虑到内外双侧互动机制，研究构建了两阶段模型，第一阶段模型在考虑可再生能源、柔性负荷、抽蓄储能以及氢储能系统的内部资源互补特性的基础上进行运行优化；第二阶段模型以电能量市场、辅助服务市场和氢市场总收益最大为目标优化竞标策略。最后，构建典型场景并通过算例分析验证策略的合理性与有效性。

针对电氢混合储能系统在平抑直流微网中功率波动时面临的功率分配问题，提出了一种基于级联式模糊控制的电氢耦合直流微网能量管理策略。该策略中一次模糊控制器依据储氢罐储氢状态(state of hydrogen storage, SOH)与锂电池荷电状态(state of charge, SOC)求解出一次功率分配因子，对直流微网净功率进行一次分配；二次模糊控制器结合一次功率分配参考值与SOH对一次功率分配因子作出校正。此外，为使氢储能系统中具有非线性工作特性的电流控制型装置(电解槽、燃料电池)能够对能量管理系统作出高效响应，采用插值法将功率分配参考值转换为电流参考值。通过Matlab/Simulink仿真结果证明，所提能量管理策略有效缩小了氢储能系统在非合理区间的功率波动范围并提高了氢储能系统中装置的响应精度与速度。

为解决我国新能源发电产业扩张引发的弃风弃光问题，引入氢储能系统与风能、太阳能光伏发电配合，构建新能源综合发电项目。为解决预算赤字问题，提出碳减排市场(carbon certified emission reduction, CCER)与综合项目结合，构建市场交易模型。为评估项目平准化度电成本(levelized cost of electricity, LCOE)，基于现有风、光发电基础，引入氢储能系统成本和“氢-电”收益、氢能收益、氧气收益、碳排放收益，建立优化的平准化度电成本(optimizing levelized cost of electricity, OLCOE)模型。以我国西北某省风、光电厂为例，设定3种盈利情景，计算项目的OLCOE。选取符合实际效益的模型，以传统燃煤上网电价为新能源上网电价，在不同氢能和碳排放定价下进行敏感性分析，深入研究综合发电项目的盈利能力。研究表明：多市场辅助对新能源综合发电项目的发展不仅增强其盈利潜力，还能补偿高额的建设成本，从而提高项目的可行性。此外，可持续发展政策的有效实施和技术的进步也将进一步推动项目的未来发展。