中国能源资讯网氢能是21世纪最具有发展潜力的清洁能源，发展新能源电能制氢的绿氢及其系统，实现“绿电-绿氢-电网”多系统深度耦合集成，是拓展电能利用、促进能源互联互通的重要路径，对构建新型电力系统具有重要的理论和实践意义。国家氢能产业发展中长期规划中指出要统筹推进氢能“制储输用”全链条发展，推进可再生能源制氢等低碳前沿技术攻关，加强氢能生产、储存、应用关键技术研发、示范和规模化应用等，对氢能及其系统发展做出了战略指引。因此，亟待开展面向新型电力系统的氢能及其系统集成控制关键技术研究，为展示该领域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、同济大学沈小军教授、西南交通大学张雪霞副教授、国网上海综合能源服务有限公司窦真兰高工联合担任特约主编，主持“面向新型电力系统的氢能及其系统集成控制关键技术”专栏，并于2023年7月刊出。本期公众号将6篇专栏文章分两次进行推送，以飨读者！
基于氢负荷需求的氢能系统容量规划
引文信息
彭生江, 杨德州, 孙传帅, 等. 基于氢负荷需求的氢能系统容量规划[J]. 中国电力, 2023, 56(7): 13-20, 32.
PENG Shengjiang, YANG Dezhou, SUN Chuanshuai, et al. Capacity planning of hydrogen production and storage system based on hydrogen load demand[J]. Electric Power, 2023, 56(7): 13-20, 32.
摘 要
在未来能源社会中，氢能将作为能源电力系统的关键环节来实现各种能源的相互转化。为此，提出了一种基于不同氢负荷水平的新能源制-储氢系统容量规划方法，以合理推动风、光等可再生能源在电网中的应用与发展。该方法能够在满足区域氢负荷需求的同时，获得最大程度的经济收益，并确定了不同运行模式下的最佳制氢规模。此外，该方法还考虑了氢能短缺及弃风、弃光的惩罚成本和系统环境效益。结果表明，与采用风光联网不购电制氢模式相比，采用风光联网购电制氢模式更为合理和经济，避免了大容量制-储氢设备的冗余配置。
结 论
1）与风光联网不购电制氢模式下相比，风光联网购电制氢模式下可再生能源与电网辅助制氢的方式更加合理，避免了可再生资源匮乏时出现氢气供应短缺的情况。
2）风光联网购电制氢模式下，即使可再生能源出力波动相差较大，同一氢负荷需求水平下的电解槽、储氢设备的配置容量也相差无几，避免了制-储氢设备的大规模冗余配置。
3）风光出力波动较大的条件下向电网购电的制氢成本较低，说明在应对大规模新能源发电时，采用风光联网购电制氢的模式可以更有效地利用可再生能源，同时提高经济性。
考虑源荷不确定性的氢能微网容量优化配置
引文信息
袁铁江, 杨洋, 李瑞, 等. 考虑源荷不确定性的氢能微网容量优化配置[J]. 中国电力, 2023, 56(7): 21-32.
YUAN Tiejiang, YANG Yang, LI Rui, et al. Optimized configuration of hydrogen-energy microgrid capacity considering source charge uncertainties[J]. Electric Power, 2023, 56(7): 21-32.
摘 要
针对电热气耦合微网存在的能源利用率低、鲁棒性难以控制的问题，提出考虑源荷不确定性的氢能微网容量优化配置方法。首先，利用氢储能、电锅炉和有机朗肯循环（organic Rankine cycle，ORC）系统增加传统微网的电热气转换途径，构建多能耦合、低碳高效的氢能微网；然后，提出一种基于有序聚类算法和模糊C均值（fuzzy C-means，FCM）聚类算法的电负荷-风电出力典型日选取方法，以年化总成本最小为优化目标，计及功率平衡、设备运行、储氢系统和天然气管道等约束，建立氢能微网容量优化配置模型；最后，对某工业园区的实际数据进行分析，得到系统中各设备的优化配置方案以及成本大小，并进行灵敏度分析，验证了所提模型可有效降低系统总成本、减少碳排放。
结 论
1）氢能微网系统考虑了电锅炉和ORC等设备的电热转换功能、电氢转化过程中的余热回收以及天然气管道掺氢，实现了各能源系统之间的优势互补。电锅炉和ORC设备的使用，增加了电热转换途径，提高了微网消纳风电的能力，减少了购气需求，使总成本降低了24.84%；氢储能系统的使用，提供了电热气耦合途径，减少了能量损耗，使总成本进一步降低了13.37%。
2）基于有序聚类和FCM聚类的电负荷-风电出力典型日选取方法保留了电负荷和风电出力的时序匹配性，并且在一定程度上可以代表全年的负荷和风光出力数据的变化规律。利用该方法选取的电负荷-风电出力典型日可以为容量优化配置模型提供数据支撑，提升优化配置模型的计算速度。
3）在氢能微网中，容量配置结果会随着碳排放价格和氢储能投资成本的变化而改变。随着碳排放价格的增加，微网倾向于减少天然气的使用，利用风能和氢储能以满足负荷需求，使系统的总成本增加；随着氢储能成本的减少，系统的各项成本均有所减小，微网的经济效益和环境效益均更好。
基于多目标人工蜂鸟算法的电-氢混合储能系统最优配置
引文信息
卢子敬, 李子寿, 郭相国, 等. 基于多目标人工蜂鸟算法的电-氢混合储能系统最优配置[J]. 中国电力, 2023, 56(7): 33-42.
LU Zijing, LI Zishou, GUO Xiangguo, et al. Optimal configuration of electricity-hydrogen hybrid energy storage system based on multi-objective artificial hummingbird algorithm[J]. Electric Power, 2023, 56(7): 33-42.
摘 要
将氢气储能系统与电池储能系统相互结合，可实现长期且快速的能量吞吐并减小分布式电源渗透率提高对配电网稳定性的影响。综合考虑电-氢混和储能系统接入配电网的经济性和技术性要求，以最小化系统全生命周期成本、配电网的电压波动和净负荷波动为目标，建立了电-氢混和储能系统多目标优化配置模型。采用基于Pareto的多目标人工蜂鸟算法求解其规划方案，并与多目标粒子群算法以及多目标原子轨道搜索进行了对比。最后，基于扩展的IEEE-69节点标准测试系统进行求解。仿真结果表明：多目标人工蜂鸟算法能够获得解集质量更加优异的Pareto前沿。所得混合储能系统配置方案在兼顾经济效益的同时，改善了配电网的电压质量和负荷水平。与仅配置电池储能系统相比，电-氢混合储能系统对配电网净负荷波动与电压波动的改善分别提高了21.02%与16.66%，证明了本文所提优化配置方法的有效性和卓越性。
结 论
1）电-氢混合储能系统多目标优化模型同时考虑了经济性与系统运行稳定性，基于MOAHA得出的规划方案可在兼具经济性的同时提高电压质量与净负荷波动，实现双方共赢。
2）基于MOAHA所得储能系统的LCC较MOPSO与MOAOS分别减小了63.27%与48.71%、净负荷波动下降了27.20%与43.56%，同时电压波动较MOAOS减小了13.79%，对系统稳定性的改善效果较为明显。
3）电-氢混合储能系统兼具了BESS充放电效率高与HESS容量大、充放电时间长的优点，相较于仅接入BESS可更大幅度地改善系统的电压质量与运行稳定性。
在未来的研究中须考虑充放电深度与循环次数对混合储能系统寿命的影响，并分析主动需求响应在规划中对系统稳定性与储能成本的影响。
