風(fēng)光氫綜合能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行集成優(yōu)化

沈主浮，竇真蘭，張春雁，周 翔，琚潔華，陳 博

(1.國(guó)網(wǎng)上海市電力公司市區(qū)供電公司，上海 201499； 2.國(guó)網(wǎng)上海綜合能源服務(wù)有限公司，上海200023)

近年來(lái)，面向“碳達(dá)峰、碳中和”的低碳可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，以光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電為代表的可再生能源分布式發(fā)電系統(tǒng)已得到大規(guī)模應(yīng)用。但光伏和風(fēng)力發(fā)電出力隨機(jī)性、波動(dòng)性和間歇性的特點(diǎn)，會(huì)影響電網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，并導(dǎo)致棄光、棄風(fēng)率的提高，制約了系統(tǒng)能源利用效率的進(jìn)一步提升。基于電解水制氫-儲(chǔ)氫-燃料電池的氫儲(chǔ)能系統(tǒng)，一方面能夠有效平抑風(fēng)、光發(fā)電的波動(dòng)性從而減少棄光、棄風(fēng)，另一方面通過(guò)耦合熱電聯(lián)供系統(tǒng)，可滿(mǎn)足系統(tǒng)部分熱需求且進(jìn)一步提升能源綜合利用率[1-4]。因此，憑借其儲(chǔ)能密度高、儲(chǔ)能周期長(zhǎng)、能源利用效率高等優(yōu)勢(shì)，目前基于風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、電解水制氫、儲(chǔ)氫和燃料電池?zé)犭娐?lián)供的風(fēng)光氫綜合能源得到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注，并有一系列示范應(yīng)用裝置建成[5-8]。

在風(fēng)光氫綜合能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)行過(guò)程中，為了最大化系統(tǒng)能源利用率、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，需要對(duì)系統(tǒng)各設(shè)備的容量進(jìn)行合理配置，并針對(duì)用能負(fù)荷特性對(duì)系統(tǒng)能量調(diào)度策略進(jìn)行優(yōu)化[9]。由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程與運(yùn)行過(guò)程的強(qiáng)耦合特性，為了獲得系統(tǒng)各設(shè)備的最優(yōu)容量配置方案，需要結(jié)合典型供能及用能負(fù)荷特性，對(duì)能量調(diào)度策略進(jìn)行同步優(yōu)化。因此，開(kāi)展風(fēng)光氫綜合能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行集成優(yōu)化，對(duì)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)全生命周期內(nèi)的最優(yōu)運(yùn)行具有重要意義。

目前，含氫儲(chǔ)能的綜合能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行集成優(yōu)化已有相關(guān)研究報(bào)道。如文獻(xiàn)[10]以系統(tǒng)設(shè)備投資最小化為目標(biāo)，構(gòu)建了風(fēng)電-氫儲(chǔ)能與煤化工多能耦合系統(tǒng)設(shè)備規(guī)劃投資模型，獲得了不同風(fēng)電容量下電解槽和氫罐的最優(yōu)容量配置方案。文獻(xiàn)[11]面向化工系統(tǒng)用氫場(chǎng)景，建立了再生能源發(fā)電與化工生產(chǎn)中加氫系統(tǒng)耦合的電-氫協(xié)調(diào)儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，獲得了鋰離子電池儲(chǔ)能和電解槽的最優(yōu)容量。文獻(xiàn)[12]構(gòu)建了風(fēng)力-PVT-燃料電池微型熱電聯(lián)供系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，結(jié)合系統(tǒng)運(yùn)行及控制策略，對(duì)風(fēng)力、光伏、燃料電池和電解槽的容量進(jìn)行了最優(yōu)配置。可以看出，過(guò)往研究大多針對(duì)某種特定應(yīng)用場(chǎng)景，選取風(fēng)光氫綜合能源系統(tǒng)中的幾個(gè)子系統(tǒng)的組合開(kāi)展集成優(yōu)化研究，對(duì)完整風(fēng)光氫綜合能源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行集成優(yōu)化還較少，也缺乏對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景下系統(tǒng)最優(yōu)容量配置方案的分析比較。

鑒于此，本文以全生命周期內(nèi)系統(tǒng)總成本最小化為目標(biāo)，結(jié)合風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、電解水制氫、儲(chǔ)氫、燃料電池等設(shè)備的特性方程，構(gòu)建風(fēng)光氫綜合能源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及運(yùn)行集成優(yōu)化模型，可以獲得系統(tǒng)各設(shè)備的最優(yōu)容量配置方案及典型運(yùn)行策略。此外，基于所提模型，本文系統(tǒng)比較不同風(fēng)光資源及用能負(fù)荷特性下系統(tǒng)設(shè)計(jì)以與運(yùn)行方案的差異。

1 風(fēng)光氫綜合能源系統(tǒng)

典型的風(fēng)光氫綜合能源系統(tǒng)由光伏發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、電解槽、儲(chǔ)氫罐、燃料電池及其他輔助設(shè)備組成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。其中，光伏發(fā)電系統(tǒng)和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)組成可再生能源發(fā)電系統(tǒng)，以并網(wǎng)不上網(wǎng)模式運(yùn)行，產(chǎn)生的電能一部分用于滿(mǎn)足電負(fù)荷需求，另一部分通過(guò)鍋爐等電/熱轉(zhuǎn)換裝置滿(mǎn)足熱負(fù)荷需求。當(dāng)可再生能源發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量不足時(shí)，將采取從電網(wǎng)賣(mài)電的方式進(jìn)行補(bǔ)充；當(dāng)系統(tǒng)發(fā)電量過(guò)剩時(shí)，富余電能將通過(guò)電解槽轉(zhuǎn)化成氫氣儲(chǔ)存于儲(chǔ)氫罐中，當(dāng)系統(tǒng)供電出現(xiàn)缺口時(shí)，再通過(guò)燃料電池轉(zhuǎn)化為電能為系統(tǒng)供能。此外，燃料電池的產(chǎn)熱將通過(guò)余熱回收裝置進(jìn)一步利用，以提高系統(tǒng)的綜合能源利用效率。

通過(guò)耦合多種能源設(shè)備，一方面可以充分利用風(fēng)光發(fā)電余能，滿(mǎn)足電熱負(fù)荷的同時(shí)提高能源利用效率，另一方面也可以利用電網(wǎng)峰谷電價(jià)削峰填谷，降低電網(wǎng)運(yùn)行負(fù)荷的同時(shí)也帶來(lái)一定經(jīng)濟(jì)效益。

2 數(shù)學(xué)模型

2.1 目標(biāo)函數(shù)

本文綜合考慮風(fēng)光氫綜合能源系統(tǒng)投資成本、年度運(yùn)行成本和因設(shè)備折舊而更換設(shè)備的成本，以系統(tǒng)全生命周期下的成本凈現(xiàn)值(Net Present Value,簡(jiǎn)稱(chēng)NPV)最小化為優(yōu)化目標(biāo)。其中，系統(tǒng)年度運(yùn)行成本包括從電網(wǎng)購(gòu)電成本、設(shè)備操作成本和電解儲(chǔ)氫過(guò)程中氫氣壓縮的成本。凈現(xiàn)值NPV的具體表達(dá)式如下：

(1)

(2)

2.2 約束條件

2.2.1 設(shè)備特性方程

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的功率輸出特性PWT由風(fēng)機(jī)額定功率WWT和風(fēng)速v共同決定，其表達(dá)式[13]：

(3)

式中vci，vR和vco——風(fēng)機(jī)的切入風(fēng)速，切出風(fēng)速和額定風(fēng)速。

光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率輸出功率特性PPV受到光照輻射強(qiáng)度G、組件溫度TC以及組件特性的影響，其表達(dá)式[14]：

(4)

式中WPV——光伏的額定容量，是標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試工況下光伏最大輸出功率，其對(duì)應(yīng)的測(cè)試條件為GSTC=1 kW·m-2和TSTC=25 ℃；β——溫度影響系數(shù)，取-0.004 7 K-1，本文直接采用環(huán)境溫度作為光伏組件溫度，忽略了兩者間的差異。

2.2.2 能量平衡方程

風(fēng)光氫綜合能源系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中需要滿(mǎn)足電能、熱能和氫氣質(zhì)量平衡。其中，電功率平衡方程描述了任何t時(shí)刻下系統(tǒng)母線(xiàn)上的輸入與輸出功率相等，其表達(dá)式：

Pbuy，t+PWT，t+PPV，t+ηFC，EPFC，t=
PELE，t/ηELE+Pheat，t+Ploss，t

(5)

式中PFC，t、Pheat，t、Pload，t和Ploss，t——第t時(shí)刻下燃料電池的實(shí)際輸出功率、電熱鍋爐的用電功率、系統(tǒng)總電功率需求和棄電功率；ηFC，E和ηELE——燃料電池和電解槽的電轉(zhuǎn)化效率。

熱功率平衡方程描述了任何t時(shí)刻下燃料電池和電熱鍋爐所產(chǎn)生的熱功率與熱負(fù)荷需求相等，其表達(dá)式：

ηpfPheat，t+ηFC，HPFC，t=Qload，t

(6)

式中Qload，t——第t時(shí)刻下的系統(tǒng)總熱功率需求；ηFC，H——燃料電池的熱轉(zhuǎn)化效率；ηpf——電熱鍋爐的轉(zhuǎn)換效率。

氫氣質(zhì)量平衡方程描述了儲(chǔ)氫罐的入口與出口流量相等，其表達(dá)式：

(7)

0≤St≤WH

(8)

式中St——第t時(shí)刻下的儲(chǔ)氫罐的儲(chǔ)氫量，應(yīng)不大于儲(chǔ)氫罐的最大允許儲(chǔ)氫量，即儲(chǔ)氫罐的額定容量WH。

2.2.3 功率特性約束

電解槽和燃料電池在運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)滿(mǎn)足最大/最小功率約束，其表達(dá)式：

(9)

(10)

這兩式涉及到整數(shù)二元變量和優(yōu)化變量的乘積，是一個(gè)非線(xiàn)性約束，為簡(jiǎn)化模型，需對(duì)其進(jìn)行線(xiàn)性化轉(zhuǎn)換。以式(9)為例：

(11)

2.2.4 棄電率約束

棄風(fēng)棄光是我國(guó)可再生能源開(kāi)發(fā)的一個(gè)突出問(wèn)題。在本系統(tǒng)中，為了增加系統(tǒng)中可再生能源和燃料電池的利用率，對(duì)系統(tǒng)加入棄電率的限制，對(duì)規(guī)劃調(diào)度提出了更高的要求。具體地，年度棄電量應(yīng)小于風(fēng)光發(fā)電總電量的一定比例。其表達(dá)式：

(12)

式中ε——最大允許棄電率。

2.2.5 設(shè)計(jì)約束

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，若設(shè)備的容量過(guò)小，可能沒(méi)有相應(yīng)的規(guī)格或達(dá)不到承包方接受的最小建設(shè)規(guī)模；若設(shè)備的容量過(guò)大，難以滿(mǎn)足安全建設(shè)規(guī)范或成本過(guò)高，因此需要對(duì)各設(shè)備的容量設(shè)計(jì)上下界合理約束。其表達(dá)式：

(13)

3 案例描述

基于風(fēng)光氫綜合能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)及集成優(yōu)化模型，本研究系統(tǒng)考察了不同用能負(fù)荷、不同風(fēng)光資源稟賦場(chǎng)景，對(duì)綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)及運(yùn)行情況的影響。在本模型中，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、電解槽、燃料電池、儲(chǔ)氫罐、電熱鍋爐等設(shè)備的相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1。系統(tǒng)設(shè)計(jì)壽命為20 a，折現(xiàn)率為6%，系統(tǒng)單位調(diào)度時(shí)間為1 h。模型均在GAMS平臺(tái)實(shí)現(xiàn)，采用CPLEX優(yōu)化算法進(jìn)行求解。

表1 系統(tǒng)各設(shè)備參數(shù)

考慮到工商業(yè)電熱負(fù)荷和普通居民電熱負(fù)荷在電熱負(fù)荷比例、負(fù)荷時(shí)間、氣溫特性上的不同特點(diǎn)，本研究基于eQUEST能耗軟件對(duì)典型辦公樓和居民樓的熱電負(fù)荷進(jìn)行模擬仿真，其逐小時(shí)及每月的平均熱電負(fù)荷特性如圖2所示[12,15-16]。辦公樓的年度總電和熱負(fù)荷需求分別為1 400.72 MWh和227.26 MWh，主要集中在上午7:00至晚上8:00的工作時(shí)間，晚上的負(fù)荷需求較低，熱負(fù)荷需求遠(yuǎn)小于居民樓。居民樓的電和熱負(fù)荷需求分別為1 066.57 MWh和1 148.19 MWh，主要集中在三餐時(shí)間及晚上，并且具有典型的季節(jié)性特點(diǎn)，冬季供暖需求較高造成熱負(fù)荷明顯增高，而夏季供冷需求較高造成電力負(fù)載增大。若全部采取傳統(tǒng)向電網(wǎng)買(mǎi)電方式供能，辦公樓和居民樓用能場(chǎng)景下的年運(yùn)行成本分別為152.58萬(wàn)元和153.36萬(wàn)元，折合的全生命周期成本凈現(xiàn)值分別為1 750.08，1 759.02萬(wàn)元。

由于辦公樓與居民樓在向電網(wǎng)買(mǎi)電時(shí)分屬工商業(yè)用電和居民用電，本文采用上海市工商業(yè)電費(fèi)和居民電費(fèi)的分時(shí)計(jì)算方法，如表2所示。

表2 工商業(yè)和生活電費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)

基于SOLCAST全球氣象數(shù)據(jù)集[17]，選取了上海、大連、西寧、成都4個(gè)代表性地區(qū)，系統(tǒng)分析了風(fēng)光資源對(duì)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)及運(yùn)行情況的影響，4個(gè)地區(qū)的全年平均太陽(yáng)總輻射值量和平均風(fēng)速如表3所示。由表3可見(jiàn)，西寧的光照資源最為豐富，大連的風(fēng)力資源最為豐富，上海的風(fēng)光資源均處于中等水平，成都的風(fēng)光資源均較差。

表3 不同地區(qū)風(fēng)光資源對(duì)比

4 結(jié)果分析與討論

4.1 典型場(chǎng)景下系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化結(jié)果分析

基于上述系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行集成優(yōu)化模型，面向上海市居民樓的資源與用能特點(diǎn)，對(duì)風(fēng)光氫綜合能源系統(tǒng)實(shí)施了設(shè)計(jì)及運(yùn)行集成優(yōu)化。優(yōu)化結(jié)果顯示，系統(tǒng)全生命周期成本凈現(xiàn)值為1 239.23萬(wàn)元，其中初始投資成本和年度運(yùn)行成本分別為410.26萬(wàn)元和69.41萬(wàn)元，與只向電網(wǎng)買(mǎi)電方式供能方式相比，系統(tǒng)成本減少29.19%。風(fēng)機(jī)、光伏、電解槽、燃料電池和儲(chǔ)氫罐的設(shè)計(jì)容量分別為187.88 kW、599.83 kW、35.79 kW、31.54 kW和12.02 kg。

系統(tǒng)全年能流圖如圖3所示。由圖3可清晰直觀地呈現(xiàn)系統(tǒng)各能量單元的出力及能量流動(dòng)情況。全年風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、電網(wǎng)買(mǎi)電量分別為213.90，854.87，755.01 MWh，分別占系統(tǒng)總供電量的11.73%，46.87，和41.40%，可見(jiàn)系統(tǒng)依托可再生能源的供電自給率為58.60%。在系統(tǒng)供能方面，74.15%的電能直接用于系統(tǒng)供電，13.55%的電能通過(guò)電熱鍋爐用于系統(tǒng)供熱，6.44%的電能通過(guò)電解槽轉(zhuǎn)化為氫氣儲(chǔ)存起來(lái)，剩余5.86%的電能為棄電。系統(tǒng)能量損失主要來(lái)源于系統(tǒng)直接棄電、電熱鍋爐損失和氫存儲(chǔ)過(guò)程的損失，損失總電量分別為106.9、49.4和39.5 MWh[18-20]。

為分析系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行過(guò)程中能流流動(dòng)的日間特性，本文計(jì)算了每天同一時(shí)刻各主要供能設(shè)備的平均功率，如圖4所示。圖4(a)為系統(tǒng)各設(shè)備對(duì)電需求的響應(yīng)情況，可見(jiàn)：凌晨0:00—5:00，系統(tǒng)電需求小且電價(jià)較低，此時(shí)風(fēng)力發(fā)電余能較多，電解槽利用谷電和風(fēng)電制氫；上午5:00—8:00，系統(tǒng)電需求上升但光伏/風(fēng)力發(fā)電不足，需求缺口部分依靠電網(wǎng)買(mǎi)電和燃料電池補(bǔ)充；8:00—16:00，光伏發(fā)電量處于高峰階段，發(fā)生系統(tǒng)發(fā)電量超過(guò)電需求的情況，電解槽開(kāi)始工作，系統(tǒng)也出現(xiàn)部分棄電。16:00之后，光伏發(fā)電量逐漸減少，系統(tǒng)電需求主要由電網(wǎng)買(mǎi)電和燃料電池供應(yīng)。圖4(b)為系統(tǒng)各設(shè)備對(duì)熱需求的響應(yīng)情況，可見(jiàn)系統(tǒng)的熱負(fù)荷主要依靠電熱鍋爐提供，電熱鍋爐的電能來(lái)源在白天主要為光伏發(fā)電，夜晚主要為風(fēng)力發(fā)電和電網(wǎng)購(gòu)電；燃料電池主要在上午8:00—10:00、下午16:00—22:00兩個(gè)供熱需求高峰工作。

儲(chǔ)氫罐逐時(shí)平均儲(chǔ)氫量如圖5所示。圖5顯示，系統(tǒng)儲(chǔ)氫行為主要發(fā)生在10:00—15:00、22:00至次日6:00兩個(gè)時(shí)間段。在前一時(shí)間段，系統(tǒng)主要使用富余可再生能源發(fā)電制氫；在后一時(shí)間段，系統(tǒng)主要使用電網(wǎng)谷電制氫。系統(tǒng)用氫行為主要發(fā)生在6:00—10:00、15:00—22:00，這是因?yàn)檫@兩個(gè)時(shí)間段系統(tǒng)用電量大且電網(wǎng)電價(jià)較高。

4.2 負(fù)荷模式對(duì)系統(tǒng)優(yōu)化結(jié)果的影響分析

面向上海市辦公樓與居民樓不同的負(fù)荷模式，對(duì)風(fēng)光氫綜合能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行了分析比較，不同負(fù)荷模式下的系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備容量配置及結(jié)果如表4所示。由表4可見(jiàn)，居民樓負(fù)荷場(chǎng)景下系統(tǒng)成本凈現(xiàn)值為1 600.38萬(wàn)元，較只向電網(wǎng)買(mǎi)電供能方式相比減少9.02%，降本成果不如辦公樓負(fù)荷場(chǎng)景。此外，系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)、光伏、電解槽、燃料電池等設(shè)備的裝機(jī)容量均小于辦公樓的負(fù)荷場(chǎng)景。辦公樓和居民樓場(chǎng)景下的可再生能源發(fā)電比分別為58.59%和25.26%。這說(shuō)明在面向辦公樓負(fù)荷場(chǎng)景時(shí)，風(fēng)光氫綜合能源系統(tǒng)更傾向于通過(guò)建設(shè)可再生能源發(fā)電設(shè)備和氫儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)供電。其可能原因具體如下。

表4 不同負(fù)荷模式下的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果

(1)居民樓負(fù)荷場(chǎng)景下的向電網(wǎng)購(gòu)電成本更低，并且峰谷價(jià)差小，利用氫儲(chǔ)能系統(tǒng)削峰填谷得到的收益較少，因此系統(tǒng)會(huì)傾向于直接向電網(wǎng)買(mǎi)電的供能方式。

(2)辦公樓場(chǎng)景下的用電負(fù)荷主要集中在白天，與光伏的輸出功率曲線(xiàn)匹配度高，光伏發(fā)電功率大多可直接用于供能；而居民樓的用電負(fù)荷在一天中分布較為均勻，過(guò)剩的可再生能源需要通過(guò)氫儲(chǔ)能系統(tǒng)消納，間接增加了系統(tǒng)的度電成本，因此在經(jīng)濟(jì)效益和棄電率限制下，居民樓負(fù)荷模式的優(yōu)化結(jié)果中光伏容量明顯減小，下降了41.1%, 而風(fēng)機(jī)容量下降的比例為35.9%。

綜上，由于更高的購(gòu)電成本和更匹配的負(fù)荷特性，風(fēng)光氫綜合能源系統(tǒng)在辦公樓負(fù)荷模式下的可再生能源發(fā)電比例更高，風(fēng)光發(fā)電及氫儲(chǔ)能設(shè)備裝機(jī)容量更大，經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)。

4.3 風(fēng)光資源對(duì)系統(tǒng)優(yōu)化結(jié)果的影響分析

針對(duì)辦公樓的負(fù)荷用能特點(diǎn)，基于成都、上海、大連、西寧等地的風(fēng)光資源現(xiàn)狀，對(duì)風(fēng)光氫綜合能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行了分析比較，不同風(fēng)光資源條件下的系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備容量配置及結(jié)果如表5所示。從系統(tǒng)成本角度來(lái)看，大連市的系統(tǒng)成本凈現(xiàn)值最小，成都市的系統(tǒng)成本凈現(xiàn)值最大，這是因?yàn)轱L(fēng)光資源越豐富的城市，其發(fā)電的度電成本越低，系統(tǒng)利潤(rùn)空間也越大。從風(fēng)光容量配置角度來(lái)看，由于成都市風(fēng)電資源匱乏，系統(tǒng)選擇不建設(shè)風(fēng)機(jī)，而選擇建設(shè)4種場(chǎng)景中容量最大的光伏系統(tǒng)，此外其可再生能源發(fā)電比占只有46.29%，超過(guò)一半供電來(lái)源于電網(wǎng)買(mǎi)電；大連市光伏和風(fēng)機(jī)有效發(fā)電小時(shí)數(shù)均較高，在電熱負(fù)荷不變的條件下，為滿(mǎn)足負(fù)荷需求所需建設(shè)的風(fēng)機(jī)和光伏容量更小；西寧市光伏的有效發(fā)電小時(shí)遠(yuǎn)高于風(fēng)機(jī)，故也采取了建設(shè)大規(guī)模光伏不建設(shè)風(fēng)機(jī)的方案。從氫儲(chǔ)能容量配置角度來(lái)看，電解槽、燃料電池和儲(chǔ)氫罐的設(shè)計(jì)容量與城市的風(fēng)光資源豐富度呈正相關(guān)，這是因?yàn)榭稍偕茉丛截S富，燃料電池就更可能通過(guò)消納余能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，此外棄電率約束也使得系統(tǒng)更需要在時(shí)間上轉(zhuǎn)移能量的能力[21-22]。

表5 不同風(fēng)光資源條件下的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果

綜上，風(fēng)光資源豐富的地區(qū)，風(fēng)光氫綜合能源系統(tǒng)可再生能源發(fā)電占比更大，氫儲(chǔ)能設(shè)備的設(shè)計(jì)容量更高，經(jīng)濟(jì)性更佳。

5 結(jié)語(yǔ)

本文以風(fēng)光氫綜合能源系統(tǒng)全生命周期內(nèi)系統(tǒng)總成本最小化為目標(biāo)，構(gòu)建了風(fēng)光氫綜合能源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及運(yùn)行集成優(yōu)化模型，獲得了系統(tǒng)各設(shè)備的最優(yōu)容量配置方案及典型運(yùn)行策略。基于此，本文系統(tǒng)比較了不同風(fēng)光資源及用能負(fù)荷特性下系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行方案的差異。

(1)風(fēng)光氫綜合能源系統(tǒng)在辦公樓負(fù)荷模式下的可再生能源發(fā)電比例更高，經(jīng)濟(jì)性更佳。

(2)風(fēng)光資源豐富的地區(qū)，風(fēng)光氫綜合能源系統(tǒng)可再生能源發(fā)電占比更大，氫儲(chǔ)能設(shè)備的設(shè)計(jì)容量更高，經(jīng)濟(jì)性更佳。