[发明专利]一种考虑氢气物理特性和多模式利用的区域综合能源系统中长期优化运行方法

说明书

本发明公开一种考虑氢气物理特性和多模式利用的区域综合能源系统中长期优化运行方法，步骤为：1)利用聚类算法对源荷数据进行聚类，得到k个典型日、典型日与真实运行日的对应关系k＝h(r)；2)根据设备运行参数建立设备运行模型；3)建立在中长期多模式下的氢气利用模型；4)对设备运行模型进行线性化处理；5)建立考虑LHS的IES中长期优化运行模型；8)获取能源系统实时运行数据，并输入到考虑LHS的IES中长期优化运行模型中，得到能源系统中长期优化运行方案。本发明可广泛应用在不同装机容量、不同地区且具有不同调频性能的新能源AGC新能源场站的评估，能够为新能源参与电力系统二次调频的运行控制与辅助调频市场的收益分配提供有益的参考。

技术领域

本发明涉及新能源AGC调度领域，具体是一种考虑氢气物理特 性和多模式利用的区域综合能源系统中长期优化运行方法。

背景技术

区域综合能源系统(integrated energy system,IES)能够实现电、气、 热等多能协同，提高能源利用效率和促进新能源消纳，被认为是未 来能源系统的主要承载形式。同时，为实现“双碳”目标，高比例 新能源并网被认为是未来能源系统的基本特征[。然而，由于新能源 出力的不确定性和季节性，使得电力系统对灵活调节资源的需求增 高，配置大容量的储能系统(如抽水蓄能、压缩空气储能、氢储能、 电化学储能)被认为是一种提高系统灵活性的有效方法。

在所有储能技术中，氢储能受到了广泛关注。一方面，氢能作 为一种清洁的二次能源载体，利用电转气、气转电、甲烷化等技术 可方便的进行电能与其他能量形式转化，在电力、热力、交通领域 有广泛的应用前景；另一方面，氢储能可作为长时间大容量季节性储氢(seasonal hydrogen storage,SHS)，可应对新能源出力和负荷需求 的季节性电量不平衡问题，与抽水蓄能、压缩空气储能、季节性储 热等季节性储能方式相比，SHS在结构、转换形式更加多样，更适 合作为IES季节性储能系统。

现有文献对SHS配置经济效益和技术可行性进行了大量研究。 但是现有技术在模拟SHS运行时，通常以全年为尺度，而进行全时 序模拟时计算量较大。为降低计算量，常用时序负荷聚合的方法得 到具有代表性的典型时段，通过对少数典型时段的模拟以达到对全 时段的模拟。但是，传统聚合典型时段法对每个时段独立建模，无 法体现长时间储能跨时段运行特性。同时，在现有SHS应用中，主 要应用于电转气转电(power-to-gas-to-power,P2G2P)模式中，并未考 虑氢在长时间尺度下多模式利用研究较少。

氢能在IES中的利用模式多样，除了P2G2P，现有研究在天然 气管道注氢、加氢站氢能供给等方面，从经济性和技术可行性有大 量的研究，但并未与SHS进行有效结合。SHS在促进氢能多模式利 用上有较大优势，一方面，受限于氢能低转换效率，传统P2G2P模 式经济效益较差，当电能销售电价为购电电价10倍以上时，该模式 才具备经济价值。另一方面，氢的需求存在季节性特征，对于加氢 站氢能供给，与电动车运行特性类似，氢燃料电池车在夏冬季用氢 需求较高，在春秋季用氢需求较低；对于天然气管道注氢，主要体 现在气负荷和热负荷，两者都在冬季有较大需求。因此如何将SHS 与季节性氢能供给结合，是未来推广氢能应用的关键。

在上述研究中，并未考虑氢气自身特性。由于氢气为地球上相 对分子质量最小的物质，使得其运输和存储较为困难。目前常用的 储氢技术有三种：压缩氢气、液氢和固态储氢，其中压缩氢气为最 主流、技术最成熟的储氢技术。根据终端对于氢气压强的需求，按照储氢压强可大体分为高压储氢罐(High-pressure Hydrogen Storage,HHS)和低压储氢罐(Low-pressure Hydrogen Storage,LHS)。而 氢气在不同压强下展现出不同性质，在高压下，氢气极大偏离了理 想气体定律计算结果。当氢气压强达到30MPa时，真实气体含量与理想气体定律计算量偏差达20％，如果忽略该偏差，将影响储氢系 统安全运行。同时由于相对密度较低，与其他气体相比，压缩氢气 需要消耗较多能量。因此，有必要建立考虑氢气真实物理特性的储 氢模型和压缩机功耗模型。

发明内容