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第四屆能源轉換與經濟年度論壇可再生能源發電制氫一體化系統的若干考量及實踐四川大學電氣工程學院北京2024年12月>含混合能源電力系統調控優化及信息處理團隊隸屬于四川大學電氣工程學院,傳承自滕福生先生,是我國最早開始進行電力系統調度自動化領域研究的團隊之一。>目前在周步祥教授的帶領下,長期持續地開展電力(能源)系統規劃、調控、運營及信息處理領域研究,引領電力(能源)調控EMS技術的發展邱曉燕教授李華強教授周步祥教授陳實副教授臧天磊副教授邱曉燕教授李華強教授周步祥教授邱一葦副研究員魏震波副教授羅歡副教授劉力舟副研究員周毅助理研究員邱一葦副研究員魏震波副教授羅歡副教授目錄12電解水制氫裝置動態運行建模3ReP2H一體化能量管理4ReP2H系統有功-無功協調優化多主體參與情況下的考量>綠氫作為新興產業,可實現可再生能源的規模化消納,并可促進交通運輸、化工、煉油和冶>將可再生發電制氫繼而合成氨、甲醇,作為大宗化工原料、無碳替代燃料、長周期儲能媒介,已公認為成為綠氫的主要消納途徑之一。《“十四五”新型儲能發展實施方案》將可再生能綠氫氫氣需求工業領域的脫碳途徑工業領域的脫碳途徑研究背景>2020年我國氫氣年消費量為3342萬噸,其中37%用于合成氨,19%用于合成甲醇>據測算,為實現2050年全球氣溫升幅控制在2.0℃以內的全球目標,全球29%的合成氨/硝酸>保守假設我國合成氨現有產能其中10%由電制氫替代,則電能需求超過6,900億千瓦時,相當煤煤制氫天然氣制氫灰氫氫工業原料合成氨合成甲醇煉油直接燃燒工業副產氫涮產氨其他應用綠氫電解水制氫綠氫中國氫氣來源、消費及利用概況(2020年)氨煉油源網協同源網協同電網源網氫氨互動多聯產靈活調控機制儲電源氫協同邱一葦,吉旭,朱文聰,等.面向新能源規模化消納的綠氫化工技術研究現狀與關鍵支撐技術展望.中國電機工程學報,2023,43(18),6934-6954>風光發電制氫一體化工程是綠氫規模化制備和消納的重要和主流途徑>為實現綠氫的大規模工業應用,需建立完整的研究體系。需要覆蓋的研究領域包括:電解水制氫設備的設計和控制、大型制氫場站的集群控制、綠氫化工系統、風光制氫一體化系統,以及不同形式(離網/弱并網)的電網接入大規模制氫站大規模制氫站集群規劃、運行及控制優化邱一葦,吉旭,朱文聰,等.面向新能源規模化消納的綠氫化工技術研究現狀與關鍵支撐技術展望.中國電機工程學報,2023,43(18),6934-6954研究背景>可再生能源制氫產業正在從理論向實踐轉變,國內外已有多個一體化項目獲批、開工及投運>現有一體化工程大多依賴電網提供支撐和調節,相當于電網讓利,無法長期持續>然而在大量項目獲批的同時,同樣有大量項目被撤銷,或是在開工前長期擱置。整體看來,內蒙古自治區人民政府辦公廳關于促進氫能產業高質量發展的意見內歐辦發(2022115號各豆行政公暑。市人民政府,自治區各委,辦、方,局,各大企(二)鼓勵風光制氫一體化發展。對納入示范的風光制氫一體化項甘,按照制氮量所需電董的1.2倍配置斬能潭規模。風光新氧一體生項冒年凈上河電量不胡過年新能萍總發電世約20%.上網電價按照國家,自治區出份的電價政策執行,按用結算、接年植算,如國家電價改策餾整,按照國家最新約電價改策執行。風光封氫一體化項算內部輪變電工程可雨氧氫企業建設,能氫站至主網的線悠由電河公司建設。或者經協商后出制氫企業先行投年電量交換不超過20%歐盟對可再生氫生產的最終規則crsenaFrcposGreenhousegemissionsEissinsthiethoksst330kiogtamsotCO-ineuffoent.ThethreshoisdmayaspthresholdequvalertpH)800s9emoecue'shitooyoe.0wortboecthieeproEecrolyz4opeialbyfoe2028canpepaiepermnngenes短wndandsuandrognpodclon.Pnr2030,montrom0ss4ueBloombergNEFmhng8pied.Howee,QographiccorrelationGnideiecnotycnzcne.Ehoctiktybomnogtboeng歐盟要求制氫需使用100%可再生能源撤銷備案!Horo00球樂罐coO人所過和改革要員會風光制氯融合光制氫融合甲8月4日完成備經公司申請,融合甲解一伴R在看留在關于同意觸的一體化示范項源有限公司中體化示范項目1目摸資主體發中國電力通江內家古又出手了,這一次廢止召個風死制露一體化項目,廢止無法推進的新頃源項目,釋放新能訴規模。土地等資源已有7個又一風光制每項目撒銷備案1薛屈氡師第一第腿與部1目錄1研究背景電解水制氫裝置動態運行建模3ReP2H一體化能量管理4ReP2H系統有功-無功協調優化多主體參與情況下的考量>電解水制氫裝置同時涉及電氣工程、化學工程等多個學科,與典型電力負荷存在明顯不同>完整的電解水制氫系統系統由電堆(電解槽)、分離器、堿液循環、純化、壓縮機、冷水機、壓縮機氫氣純化裝置電解槽/電堆堿液處理框架含分離、換熱、循環泵difn電解水制氫裝置動態運行建模>建立電解水制氫裝置的詳細狀態空間模型。針對電解小室、單槽內流道、完整系統等尺度,開發模型預測控制器(MPC),提升動態工況下電解水制氫裝置的能量轉換效率和安全性,在5kW、25kW和5MW等不同功率等級的堿性制氫系統上進行了實驗驗證eNaNmNbj堿性電解水制氫裝置的詳細狀態空間11LowPassFilterk,+koPIDcontrollerwithcurrentf1120變參數MPC控制器>制氫機模型中的參數(如極化曲線參數、電解槽和氣液分離器的熱容、隔膜的厚度和滲透性等)系統性能有重大影響。面向動態運行的安全校驗和控制器設計依賴準確的參數。但在工>提出一種結合貝葉斯推推斷和自適應多項式代理模型的參數估計方法,該方法可以實現模型狀態空間模型貝葉斯推斷TheproposedASPA-MCMCEnsureNoBiasDifferentialEquations(2"Notime-domiansimulationisn建立數據驅動的自適應多項式代理模型,替代重復時域仿真,實現參數的實時在線估計電解水制氫裝置動態運行建模>與不同類型的Kalman濾波器(EKF和UKF)相比,盡管電解水制氫系統的動態過程存在強時滯和強非線性,參數估計誤差以RMSE和NRMSE量化,至多可降低71.1%>此外,可基于所提參數估計方法實現在線故障診斷功能CCRC參數的概率估計結果參數攝動后的仿真結果---ExperimentaldataofHTO—SimulationofHTOwithby+5%by-5%基于估計所得參數的仿真的結果準確估計HTO雜質積累過程相關參數診斷出冷水閥存在漏液T,dataofExperiment2與溫度動態相關的故障診斷實例電解水制氫裝置動態運行建模>將建模擴展至面向大規模工業應用的多對一堿性電解水制氫系統。一套系統包含多臺電解槽,共用氣液分離、堿液循環、熱管理和控制系統>針對多對一系統,開發狀態空間模型和非線性模型預測控制器槽間電流分配動態功率跟蹤堿液循環流量控制槽間電流分配動態功率跟蹤堿液循環流量控制時間(5二2堿液錄合評后0 冷水閥開度棲后溫a區名區名0冷卻水流量溫度鎮定控制效果目錄12345研究背景電解水制氫裝置動態運行建模ReP2H一體化能量管理ReP2H系統有功-無功協調優化多主體參與情況下的考量>可再生能源發電制氫一體化系統組成元件包括發電、制氫、儲氫,以及后續的化工等用氫負>針對可再生能源制氫系統的多時間尺度,參照電力系統能量管理的設計思路,構建分層能量氫負荷儲氫制氫站氫負荷儲氫光伏制氫功率光伏三次控制風機啟停組合儲能計劃經濟調度電壓優化輔機純化輔機電網>大型制氫站和及其所在的一體化系統可包含多達數十至上百臺電解槽、輔機設備,以及后續的化工合成流程>動態工藝約束極大增加了制氫站集群控制的難度>計及電制氫系統啟停及溫度、HTO約束,提出制氫集群的日前及日內滾動調度方法>根據日前風/光發電和氫氣需求預測,系統優化制氫機啟-停-備計劃以及負載分配,以最大限度地提高集群系統靈活性,充分消納可再生發電>提出基于電解槽的分解算法,保證復雜集群調度問題求解的實時性wholesystemtunedoff642考慮溫度和HTO雜質動態的靈活調度結果>開發了類似于電力系統AGC和AVC的實時控制>其通過向制氫裝置實時下發負荷調節信號,根據制氫裝置的可調容量比例,與儲能協調分配其中考慮儲能電池的退化、電芯更換成本伴隨電解槽調節工況下的儲能退化成本建模微網中央微網中央控制器電解槽1風機光伏PK,跟網型控制(MPPT).K基于可調度容量分配的實時負荷控制制氫負荷和儲能系統的協調控制邱一葦,孫清潔,吳晨旭,等.計及風功率不確定性的離網風儲制氫日內-實時雙層有功平衡優化控制.電網技術,2024LoadFolloningbasedonEqn.(21)abasedonEqn.(21)aEmergencyHandlling10(ntergratedinlocalcontolloopsoftheBES-ofg>在蒙西某工程測算中,根據全年8760小時的實際風電和光伏發電數據,確定了同時滿足暫>模擬結果表明,在離網ReP2H應用中,制氫機的負荷調節頻率和深度顯著影響所需的儲能新能源裝機場景制氫附加功率控制光伏裝機風電裝機制氫裝機調度周期儲能PV25%PV25%>為吉林長春某光伏制氫加氫一體站開發、部署能量管理系統。該系統包含4MW屋頂光伏、>在其中嵌入日前調度、實時平衡控制模塊,以覆蓋完整的時間尺度,完成制氫、純化、儲氫、中韓示范區“可再生能源+PEM制氫+加氫”一體化示范項目總平面布置圖目錄1研究背景2電解水制氫裝置動態運行建模3ReP2H一體化能量管理ReP2H系統有功-無功協調優化多主體參與情況下的考量>ReP2H系統通常包含數十臺制氫機,其中相當數量的工程項目中由晶閘管整流器(TR)供電,>制氫機的啟-停狀態切換及負載分配將同時影響電-氫能量轉換效率以及電力網絡中的有功/tVarcompensatorsReP2H一體化系統示意圖RatodvoltigePrimarywinding:38.5±2制氫站典型構型>然而,我們發現電-氫能量轉換效率和無功負荷之間存在矛盾,繼而影響網損和電壓安全>例如,對于3臺制氫機,當電解負荷均勻分配時,能量轉換效率更高,但總無功負荷增加。相反,將所有負載集中在1臺制氫機時,電-氫能量轉換效率降低,但無功負荷亦降至最低效率較高效率較高高度非線性!效率較低PofPofELZ1PofELZ23臺制氫機之間4種負荷分配方式下的無功功率及電-氫能量轉換效率zengy,QiuY,zhuJetal>提出有功-無功協調能量管理方法。其可動態協調ELZ、RES、BES、OLTC和無功補償裝置,>通過分解算法實現實時在線優化控制制氫裝置的電化學和溫度模型F=(1/A)2/h+(1/A)2]×1?電力網絡P-rm∑與Pj=Pje+ZP-rm,,p,=P+PP+pgksdpghese-pgellp_pllas,p=pm-pvpan,無功補償及有載調壓(OLTC)NYNYNY基于分解的在線優化求解算法氣產量2.49%,同時降低網損3.12%提高效率zengy,oiuY,zhuJ,etalsthedulingmultipeindustilelectrolyzersinrenewabeP2Hsytems:Acoor>有功-無功協調調度后,網損可由2.353%降至1.84%降壓站升壓站降壓站目錄1研究背景2電解水制氫裝置動態運行建模3ReP2H一體化能量管理ReP2H系統有功-無功協調優化多主體參與情況下的考量多主體參與情況下的考量>可再生能源發電制氨(ReP2A)一體化系統可能涉及多個主體,分別對可再生能源、制氫站和化工合成系統的投資單一主體模式:大部分新建工程雙主體模式:部分改擴建工程采用TO三主體模式->為了回答上述問題,我們研究ReP2A系統多主體定容均衡(MSSE)問題。將容量規劃、運ASN可再生發電、制氫站和合成氨系統之間的物理和交易互動gg主體定容均衡(MSSE)模型>在多主體投資博弈中考慮可再生發

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