一种风光-氢储能系统多能源协调优化方法及系统与流程

本发明涉及电网经济性分析评估领域，特别是一种风光-氢储能系统多能源协调优化方法及系统。

背景技术：

1、随着可再生能源规模的快速扩大，风力发电和光伏发电的间歇性和波动性已经对电网稳定运行构成负面影响。氢能作为一种清洁高效的储能载体，与风力、光伏发电相结合构建风光-氢储能系统，可以有效解决这一问题。

2、但是当前的风光-氢储能技术在系统协调优化、氢储能效率、经济模型评估、规划设计等方面还存在许多问题需要解决。这限制了风光-氢储能技术的规模化应用。

技术实现思路

1、鉴于现有的风光-氢储能技术在系统协调优化、氢储能效率、经济模型评估、规划设计方面存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明所要解决的问题在于通过对风光-氢储能场站的建模、经济评估和多能源协调技术研究，解决风光-氢储能的经济性和协调性问题，以实现系统长期运行成本的降低。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

4、第一方面，本发明实施例提供了一种风光-氢储能系统多能源协调优化方法，其包括，构建氢储能系统设备容量和风光-氢储能场站运作模式，并考虑风光-氢储能场站运行约束；建立风光-氢储能系统模型及氢储能各环节数学模型；构建以风光-氢储能系统为基础的收益模型、成本模型和净收益模型，将考虑风光-氢储能场站的多种收益，并通过实施风光-氢储能场站所获取调整电网频率收益和碳排放收益；通过仿真实验分析风光-氢储能场站全生命周期经济对于回收期和全生命周期净利润的影响，得出风光-氢储能场站全生命周期经济评价结果；根据风光-氢储能场站全生命周期经济评价结果验证风光-氢储能系统的协同高效调度，同时指导工程应用以降低系统长期成本。

5、作为本发明风光-氢储能系统多能源协调优化方法的一种优选方案，其中：构建氢储能系统设备容量包括电解设备容量和燃料电池装置容量，电解设备容量的具体公式如下：

6、pnel＝melpn

7、其中，pnel为电解水制氢设备额定功率，pn为风光出力额定功率，mel为比例系数。

8、燃料电池装置容量的具体公式如下：

9、pnfc＝mfcpn

10、其中，pnfc为燃料电池额定功率，mfc为比例系数。

11、作为本发明风光-氢储能系统多能源协调优化方法的一种优选方案，其中：风光-氢储能场站运行约束包括风机和光伏稳定运行约束、电解水制氢稳定运行约束，氢气和氧气储存设备容量约束以及氢燃料电池系统稳定运行约束，风机和光伏稳定运行约束的具体公式如下：

12、pwt min≤pwt≤pwt max

13、ppv min≤ppv≤ppv max

14、其中，pwt表示风机输出功率，pwt min表示风机输出功率的最小值，pwt max表示风机输出功率的最大值，ppv表示光伏输出功率，ppv min表示光伏输出功率的最小值，ppv max表示光伏输出功率的最大值。

15、电解水制氢稳定运行约束的具体公式如下：

16、

17、其中，和分别表示电解槽的最小产氢速率和最大产氢速率，表示电解槽的产氢速率，具体公式如下：

18、

19、其中，tel表示电解液温度，iel表示电解槽产生的电流，αel表示电解效率，nel表示电解室的数量，f表示法拉第常数，n表示每摩尔水的转移电子的摩尔数。

20、氢气和氧气储存设备容量约束的具体公式如下：

21、

22、

23、其中，表示氢气储存设备的容量限制，表示氧气储存设备的容量限制，表示氢气储存设备的极限容量限制，表示氧气储存设备的极限容量限制。

24、氢燃料电池系统稳定运行约束的具体公式如下：

25、

26、其中，vfc表示燃料电池的氢消耗率，表示电解槽的产氢速率，mfc表示比例系数。

27、作为本发明风光-氢储能系统多能源协调优化方法的一种优选方案，其中：收益模型包括风光售电收入、燃料电池售电收入、氢气售电收入、氧气售电收入、调整电网频率的支出以及碳减排效益，风光售电收入的具体公式如下：

28、rwpt＝ewttpwtt(1-melt)twtt

29、rpvt＝epvtppvt(1-melt)tpvt

30、rt＝rwpt+rpvt

31、其中，rwpt表示第t年风售电收入，rpvt表示第t年光售电收入，ewtt表示第t年风发电总量，epvt表示第t年光发电总量，pwtt表示第t年风并网发电销售价格，ppvt表示第t年光并网发电销售价格，melt表示第t年发电量中用于制氢的电力的比例，twtt表示风年平均发电时间，tpvt表示光年平均发电时间，rt表示第t年风光售电总收入。

32、燃料电池售电收入的具体公式如下：

33、

34、其中，rfct表示第t年燃料电池售电收入，表示电解槽第t年平均产氢率，telt表示电解槽年平均运行时间，μ表示单位标准立方氢燃烧发电量，mfct表示燃料电池在t年消耗氢气的比率。

35、氢气售电收入的具体公式如下：

36、

37、其中，表示第t年氢气销售收入，表示第t年氢气销售价格，表示电解槽第t年平均产氢率，telt表示电解槽年平均运行时间，mfct表示燃料电池在t年消耗氢气的比率。

38、氧气售电收入的具体公式如下：

39、

40、其中，表示第t年氧气销售收入，表示第t年氧气销售价格，telt表示电解槽年平均运行时间，表示电解槽第t年平均产氧率。

41、作为本发明风光-氢储能系统多能源协调优化方法的一种优选方案，其中：调整电网频率收益的具体公式如下：

42、

43、其中，表示第t年减少调整电网频率支出，ferr表示第t年实际风光发电量相对于年估算风光发电量的波动百分比，pxwt表示因单位风力发电量波动而增加的频率调整成本，表示由于每单位风力功率的波动而增加的频率调节成本，melt表示第t年发电量中用于制氢的电力的比例，ewtpvt表示第t年风电光伏总发电量。

44、碳排放收益的具体公式如下：

45、

46、其中，rtot表示第t年风光-氢储能系统的总收入，rwpi表示第i年风售电收入，rfci表示第i年燃料电池售电收入，表示第i年氢气销售收入，表示第i年氧气销售收入，表示第i年调整电网频率减少的费用，rcewti表示风电第i年碳排放权交易收入，rcepvi表示光伏第i年碳排放权交易收入，rcefci表示第i年燃料电池的碳排放交易收入。

47、作为本发明风光-氢储能系统多能源协调优化方法的一种优选方案，其中：成本模型包括初始投资成本和运维成本，初始投资成本的具体公式如下：

48、cini＝cc+cd+cl+coth

49、其中，cini表示风光氢储能场站的初始投资成本，cc表示系统建设费用，cd表示设备采购成本，cl表示土地成本，coth表示其他成本。

50、运维成本的具体公式如下：

51、

52、其中，ctotalt表示风光-氢储能场站截至第t年的总生命周期经营成本，comi表示第t年风光-氢储能场站的总运行和维护成本，i表示贴现率，n表示风光-氢储能场站的投资回收期，cc表示系统建设费用，t表示风光-氢储能场站建设运行年数。

53、作为本发明风光-氢储能系统多能源协调优化方法的一种优选方案，其中：净收益模型的具体如下：

54、

55、其中，rnet风光-氢储能场站截至第t年的净收入，lt表示所有设备到第t年的残值，rtot表示第t年风光-氢储能系统的总收入，ctotat表示风光-氢储能场站截至第t年的总生命周期经营成本，cini表示风光氢储能场站的初始投资成本，rl表示设备折现率。

56、第二方面，本发明实施例提供了一种基于“新能源+氢储能”模式的风光-氢储能场站全生命周期经济评价系统，其包括：氢储能各环节模块，用于建立氢储能系统各环节的数学模型；设备容量与运作模式模块，用于确定氢储能系统的设备容量，同时规划风光-氢储能场站的运作模式，以还原风光-氢储能场站实际运行工况；运行约束分析模块，用于确保系统的可靠性和稳定性；频率调整和碳排放收益分析模块，通过实施风光-氢储能场站所获得的调整电网频率收益和碳排放收益，以量化这些效益对系统经济性的影响；全生命周期经济评价模块，用于获取风光-氢储能场站在其整个生命周期内的经济评价结果。

57、第三方面，本发明实施例提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其中：所述计算机程序指令被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的风光-氢储能系统多能源协调优化方法的步骤。

58、第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中：所述计算机程序指令被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的风光-氢储能系统多能源协调优化方法的步骤。

59、本发明有益效果为：本发明基于一种风光-氢储能系统多能源协调优化方法构建氢储能系统设备容量和风光-氢储能场站运作模式，并考虑风光-氢储能场站运行约束，以还原风光-氢储能场站实际运行工况，并确定本发明收益模型及全生命周期评价方法的适用情景和适用范围；建立以风光-氢储能系统为基础的收益模型、成本模型和净收益模型，考虑了风光-氢储能场站的多种收益，尤其考虑了风光-氢储能场站所获取调整电网频率收益和减少碳排放收益，量化了这些效益对系统经济性的影响；提出了风光-氢储能场站全生命周期经济评价方法，用于获取风光-氢储能场站在其整个生命周期内的经济评价结果，有助于验证风光-氢储能场站的实施可行性，为风光-氢储能场站的工程造价分析提供技术理论支撑和指导。