考虑氢储能热平衡的风-氢混合系统优化调度方法

doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2021.11.003

电器与能效管理技术 ›› 2021, Vol. 0 ›› Issue (11): 15-21.doi: 10.16628/j.cnki.2095-8188.2021.11.003

考虑氢储能热平衡的风-氢混合系统优化调度方法

司杨¹^,², 陈来军¹, 麻林瑞¹, 高梦宇¹, 陈晓弢¹, 梅生伟¹^,²

1.青海省清洁能源高效利用重点实验室(青海大学启迪新能源学院),青海西宁 810016
2.电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室(清华大学电机系), 北京 100091

收稿日期:2021-06-28 出版日期:2021-11-30 发布日期:2022-01-25
作者简介:司杨(1982—),男,副教授,博士,研究方向为清洁能源综合利用。|陈来军(1985—),男,教授,博士,研究方向为电力系统稳定与控制。|麻林瑞(1989—),男,讲师,博士,研究方向为可再生能源与工程热物理。
基金资助:
* 国家自然科学基金智能电网联合基金(U1766203);青海省重点研发与转化计划项目(2021-GX-109);青海省基础研究计划项目(2021-ZJ-948Q)

Optimal Dispatching Method of Wind-Hydrogen Hybrid System Considering Heat Balance of Hydrogen Energy Storage

SI Yang¹^,², CHEN Laijun¹, MA Linrui¹, GAO Mengyu¹, CHEN Xiaotao¹, MEI Shengwei¹^,²

1. Qinghai Key Lab of Efficient Utilization of Clean Energy (Tus-Institute for Renewable Energy),Qinghai University,Xining 810016, China
2. State Key Laboratory of Control and Simulation of Power System and Power Generation Equipment (Electric Machinery Department,Tsinghua University),Beijing 100091,China

Received:2021-06-28 Online:2021-11-30 Published:2022-01-25

摘要/Abstract

摘要：

风-氢混合系统(W-HHS)参与电网调度时,氢储能系统(HESS)间歇工作的热能需求特性成为影响系统调度的关键因素。建立了具备余热利用系统的HESS模型,在HESS热量平衡和热功率平衡约束下,提出了以提高W-HHS运行收益为目标,满足混合系统输出功率跟踪电网调度曲线约束的W-HHS优化调度方法。最后,通过青海风电场数据对所提方法和模型进行了验证和分析。结果表明,HESS热平衡约束对W-HHS运行调度具有重要影响,所提方法能提高W-HHS运行的可靠性。参数分析说明,减小散热系数能够降低热平衡约束对W-HHS调度策略的影响,提高风电场并网功率。

关键词: 氢储能, 混合系统, 优化调度, 分布鲁棒, 热平衡

Abstract:

When wind-hydrogen hybrid system (W-HHS) participates in grid,the heat demand characteristics of hydrogen energy storage system (HESS) working intermittently become the key factor affecting system dispatching.A HESS model with waste heat utilization system is established.Under the heat balance constraints composed of heat power balance and thermal energy balance of HESS,an optimal dispatching method of W-HHS is proposed to improve the profit and meet the constraints of tracking grid dispatching curve.Finally,the proposed model and method are verified and analyzed through an example of Qinghai wind plant data.The results show that the heat balance constraints of the HESS have an important impact on the operation and dispatching of the W-HHS.The proposed dispatching method improves the operation reliability of the W-HHS on the premise of ensuring the heat power balance and thermal energy balance of the HESS.Parameter analysis shows that reducing the heat dissipation coefficient can decrease the impact of heat balance constraints on the dispatching strategy of W-HHS and improve the grid connected power of wind plant.

Key words: hydrogen energy storage, hybrid system, optimal dispatching, distributionally robust, heat balance

中图分类号:

TM734

司杨, 陈来军, 麻林瑞, 高梦宇, 陈晓弢, 梅生伟. 考虑氢储能热平衡的风-氢混合系统优化调度方法[J]. 电器与能效管理技术, 2021, 0(11): 15-21.

SI Yang, CHEN Laijun, MA Linrui, GAO Mengyu, CHEN Xiaotao, MEI Shengwei. Optimal Dispatching Method of Wind-Hydrogen Hybrid System Considering Heat Balance of Hydrogen Energy Storage[J]. LOW VOLTAGE APPARATUS, 2021, 0(11): 15-21.

图/表 7

图1

表1

图2

表2

图3

图4

表3

参考文献 20

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参数	数值	参数	数值
风电装机容量/MW	90	换热器效率/%	80
燃料电池装机容量/MW	9	环境温度/℃	20
电解槽装机容量/MW	9	氢气高热值/ (kJ·mol^-1)	282
储氢罐容量/kg	50	燃料电池单位容量散热系数/℃	1/600
燃料电池效率/%	60	电解槽单位容量散热系数/℃	1/600
电解槽效率/%	60	水比热容/ [kJ·(kg·℃)^-1]	4.2
燃料电池工作温度/℃	80	可用系数	0.8~1.2
电解槽工作温度/℃	80	置信度	0.05

场景	混合系统收益/万元	储热罐余热/MWh	储氢罐余氢/kg	可用系数
不考虑热平衡	46.7	-12.63	5.85	0.982 1
考虑热平衡	45.3	0	14.98	0.949 9

散热系数	可用系数	储氢罐余氢/kg	储热罐余热/MWh
1/500	0.944 1	16.64	0
1/600	0.949 9	14.98	0
1/700	0.964 6	11.08	0
1/800	0.975 6	5.72	0.219
1/900	0.982 1	5.72	0.677
1/1 000	0.982 1	5.92	1.873
1/1 100	0.982 1	5.85	30.470

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Optimal Dispatching Method of Wind-Hydrogen Hybrid System Considering Heat Balance of Hydrogen Energy Storage

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