一种含氢储能的综合能源系统中长期低碳调度优化方法技术方案

本发明专利技术涉及一种含氢储能的综合能源系统中长期低碳调度优化方法

【技术实现步骤摘要】
一种含氢储能的综合能源系统中长期低碳调度优化方法、系统、电子设备、存储介质


[0001]本专利技术属于综合能源领域，涉及一种含氢储能的综合能源系统中长期低碳调度优化方法
、
系统
、
电子设备
、
存储介质
。

技术介绍

[0002]为应对全球气候变化，能源系统结构特性逐渐向高效
、
清洁
、
可持续化方向发生变革
。
截至
2021
年，我国风光装机规模占装机总量
26.9
％，发电量占总发电量
11.8
％，而风光等新能源资源大规模储量的三北地区，又占到新增风光装机的
70
％以上
。
高比例风光在促进多能源系统经济低碳发展的同时也伴随着诸多问题，一方面，受到原系统输电能力限制
、
电储能特性
、
需求侧响应互动管理成效低等因素影响，导致系统可再生能源弃能率升高问题凸显，在风光资源丰富的西北地区尤其显著
。
另一方面，风光等可再生能源自身出力存在极强的波动性和间歇性，无法实现平滑稳定地大规模并网，使得多能源系统调度过程需预留更多灵活性备用电源应对强不确定性，导致系统备用压力不断增大
、
调节能力不足，进一步对可再生能源消纳产生影响
。
因此，含氢储能的综合能源系统中长期低碳调度优化问题至关重要
。
[0003]现有研究和实践或采用单一制氢
、
直接储氢
、
氢气直接掺入气网，或利用电制氢
、
储氢
、
燃料电池等设备直接参与能源系统能量调度，但对其备用能力规划以充分发挥灵活调节能力尚不多见
。
[0004]综上所述，如何充分利用氢储能设备的备用能力，实现含氢储能的综合能源系统中长期低碳运行还需要进一步研究
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种含氢储能的综合能源系统中长期低碳调度优化方法
、
系统
、
电子设备
、
存储介质
。
利用氢储能设备的备用能力以及氢能的零碳特性，同时考虑到氢的长时间储能特性，实现含氢储能的综合能源系统中长期低碳运行
。
[0006]本专利技术解决技术问题所采用的技术方案是：
[0007]本专利技术的第一方面是提供了一种含氢储能的综合能源系统中长期低碳调度优化方法，包括如下步骤：
[0008]S1
采用
K
‑
means
聚类历史数据的方法，对风光
、
负荷的历史数据按季节划分，分别将各季节数据进行聚类，提取多个有顺序的典型日数据用于表征规划年；
[0009]S2
将电解槽
、
燃料电池作为备用建立氢能利用单元
‑
火电备用模型，同时考虑系统的碳排放成本，建立含氢储能的综合能源系统中长期低碳调度模型；
[0010]S3
对含氢储能的综合能源系统中长期低碳调度模型进行求解
。
[0011]进一步地，所述氢能利用单元
‑
火电备用模型包括如下公式：
[0012][0013][0014][0015][0016][0017]式中，为电解槽在典型日
s
的
t
时段提供的上备用容量
、
为电解槽在典型日
s
的
t
时段提供的下备用容量；为燃料电池在典型日
s
的
t
时段提供的上备用容量，为燃料电池在典型日
s
的
t
时段提供的下备用容量，为火电机组在典型日
s
的
t
时段提供的上备用容量，为火电机组在典型日
s
的
t
时段提供的下备用容量，为系统在典型日
s
的
t
时段需要的上备用容量
、
为系统在典型日
s
的
t
时段需要的下备用容量，为燃料电池上爬坡功率限制，为燃料电池下爬坡功率限制，为电解槽在典型日
s
的
t
时段的输入电功率，为燃料电池在典型日
s
的
t
时段的输出电功率，
P
ED,S
为电解槽的安装功率，
P
FC,S
为燃料电池的安装功率，
E
d,t
表示第
d
天的
t
时刻储氢罐存储氢能的能量水平，
η
ED
为电解槽的制氢效率，
η
FC
为燃料电池的电能转化效率，
η
char
为储氢设备充能的效率，
η
dis
为储氢设备放能的效率，
E
S
为储氢罐安装容量，为火电机组上爬坡功率限制，为火电机组下爬坡功率限制，
P
PU
，
S
为火电机组的安装功率，为火电机组功率
。
[0018]进一步地，以系统年经济调度成本
F
最小为目标，对氢能利用单元
‑
火电备用模型出力情况进行优化，目标函数如下：
[0019]minF
＝
min(C
op
+C
r
+C
mp
+C
t
)
[0020]式中：
C
op
为多能源系统的运行成本；
C
r
为备用成本；
C
mp
为惩罚成本；
C
t
为系统碳排放成本；
[0021][0022]式中，分别表示储氢罐
、
光伏
、
电解槽和燃料电池
的单位功率维护成本；
D
为一年的天数；
ω
s
表示典型日
s
出现的概率，为风机的输出功率，为光伏的输出功率，为氢储能的充能功率，为氢储能的放能功率，
C
f
为火电机组发电成本；
[0023][0024]式中，
F
ti
为火电机组
i
在
t
时段发电成本，为火电机组
i
在
t
时段运行状态，
G
i
为火电机组
i
的启停成本，
[0025]其中，火电机组的发电成本可表示为：
[0026][0027]a
i
、b...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种含氢储能的综合能源系统中长期低碳调度优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1
采用
K
‑
means
聚类历史数据的方法，对风光
、
负荷的历史数据按季节划分，分别将各季节数据进行聚类，提取多个有顺序的典型日数据用于表征规划年；
S2
将电解槽
、
燃料电池作为备用建立氢能利用单元
‑
火电备用模型，同时考虑系统的碳排放成本，建立含氢储能的综合能源系统中长期低碳调度模型；
S3
对含氢储能的综合能源系统中长期低碳调度模型进行求解
。2.
根据权利要求1所述的含氢储能的综合能源系统中长期低碳调度优化方法，其特征在于，所述氢能利用单元
‑
火电备用模型包括如下公式：火电备用模型包括如下公式：火电备用模型包括如下公式：火电备用模型包括如下公式：火电备用模型包括如下公式：式中，为电解槽在典型日
s
的
t
时段提供的上备用容量
、
为电解槽在典型日
s
的
t
时段提供的下备用容量；为燃料电池在典型日
s
的
t
时段提供的上备用容量，为燃料电池在典型日
s
的
t
时段提供的下备用容量，为火电机组在典型日
s
的
t
时段提供的上备用容量，为火电机组在典型日
s
的
t
时段提供的下备用容量，为系统在典型日
s
的
t
时段需要的上备用容量
、
为系统在典型日
s
的
t
时段需要的下备用容量，为燃料电池上爬坡功率限制，为燃料电池下爬坡功率限制，为电解槽在典型日
s
的
t
时段的输入电功率，为燃料电池在典型日
s
的
t
时段的输出电功率，
P
ED,S
为电解槽的安装功率，
P
FC,S
为燃料电池的安装功率，
E
d,t
表示第
d
天的
t
时刻储氢罐存储氢能的能量水平，
η
ED
为电解槽的制氢效率，
η
FC
为燃料电池的电能转化效率，
η
char
为储氢设备充能的效率，
η
dis
为储氢设备放能的效率，
E
S
为储氢罐安装容量，为火电机组上爬坡功率限制，为火电机组下爬坡功率限制，
P
PU
，
S
为火电机组的安装功率，为火电机组功率
。
3.
根据权利要求2所述的含氢储能的综合能源系统中长期低碳调度优化方法，其特征在于，以系统年经济调度成本
F
最小为目标，对氢能利用单元
‑
火电备用模型出力情况进行优化，目标函数如下：
minF
＝
min(C
op
+C
r
+C
mp
+C
t
)
式中：
C
op
为多能源系统的运行成本；
C
r
为备用成本；
C
mp
为惩罚成本；
C
t
为系统碳排放成本；式中，分别表示储氢罐
、
光伏
、
电解槽和燃料电池的单位功率维护成本；
D
为一年的天数；
ω
s
表示典型日

【专利技术属性】
技术研发人员：崔文庆，艾邓鑫，王森，戚艳，徐科，甘智勇，张利，王坤，刘洪，刘晓楠，边疆，赵越，尹涛，
申请(专利权)人：国网天津市电力公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：