[发明专利]一种含氢储能的电热气氢综合能源系统随机优化调度方法

说明书

本发明公开了一种含氢储能的电热气氢综合能源系统随机优化调度方法，综合能源系统主要包含电、热、气、氢四个子系统。本发明对电解槽、燃料电池的动态效率模型进行了解析，并对系统中多种能源间的能量转换设备、储能设备等建立相应的数学模型。综合考虑购能成本、失负荷补偿成本、环境成本和弃风弃光惩罚成本，以电热气氢综合能源系统总运行成本最小化为目标函数对系统涉及的发电、制热、供气和电解制氢进行调度。本发明提出的优化调度方法能够有效消纳风电、降低运行成本、减少环境污染，具有较好的经济性与环保性。

技术领域

本发明涉及能源调度技术改进，具体涉及一种含氢储能的电热气氢综合能源系统随机优化调度方法，属于综合能源系统优化调度技术领域。

背景技术

加快发展非化石能源，尤其是风电、光伏、水力等可再生能源，是推动能源低碳转型的核心。随着新能源并网的比例不断增加，由于风电、光伏能源出力的间歇性和波动性，弃风弃光问题非常严峻。氢能作为一种低碳二次能源得到快速发展，利用可再生能源电解制氢可有效提升我国可再生能源消纳水平。现有研究大多将氢能融入电热系统中，以提高系统运行经济性，鲜有计及可再生能源的不确定性与负荷的波动性，因此需要对计及不确定性的电热气氢综合能源系统的随机优化调度开展研究。同时现有研究建立的氢系统设备模型较为粗糙，仅对单一设备用能特性进行研究，且认为其工作效率固定不变。事实上，氢系统设备在运行过程中受负载功率的影响，其工作效率呈现非线性变化的趋势。因此，在电热气氢综合能源系统优化调度中需计及氢系统设备动态效率的影响。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提出一种含氢储能的电热气氢综合能源系统随机优化调度方法，本方法有助于充分发挥氢能在综合能源系统的作用，促进可再生能源的消纳。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种含氢储能的电热气氢综合能源系统随机优化调度方法，其特征在于：所述电热气氢综合能源系统包括发电系统，所述发电系统包括风力发电系统、光伏发电系统、燃料电池和燃气轮机，风力发电系统、光伏发电系统、燃料电池和燃气轮机的输出通过电力母线接电负荷；蓄电池与电力母线连接以通过电力母线储存电能或通过电力母线将存储的电能输出至电负荷；

所述电负荷包括制氢电解槽和电锅炉，电力母线的输出分别与制氢电解槽和电锅炉连接以为其供电；制氢电解槽输出的氢气接储氢罐；储氢罐的输出分别接氢制甲烷装置、燃料电池和混氢天然气管道；氢制甲烷装置的输出接天然气管道，天然气管道接入混氢天然气管道；混氢天然气管道的输出分别接燃气轮机、燃气锅炉和气负荷；制氢电解槽、燃料电池和燃气轮机输出的热能接余热回收装置；燃气锅炉、余热回收装置和电锅炉输出的热能通过热母线接热负荷或储热罐；储热罐用于存储热能或将存储的热能通过热母线输出至热负荷；

综合考虑购能成本、失负荷补偿成本、环境成本和弃风弃光惩罚成本，以电热气氢综合能源系统总运行成本最小化为目标函数对系统涉及的发电、制热、供气和电解制氢进行调度；目标函数表达式如下：

min C＝C_buy+C_com+C_en+C_p

式中，C为系统总运行成本；C_buy、C_com、C_en、C_p分别为购能成本、失负荷补偿成本、环境成本、弃风弃光惩罚成本。

其中，所述购能成本包括购电、购热、购气、购氢成本，分别表示为：

C_buy＝C_buye+C_buyt+C_buyg+C_buyh