Page 57 - 电力与能源2022年第一期

沈主浮, 等: 风光氢综合能源系统设计及运行集成优化 5
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了风光资源对系统的 优化设计及运行情况的影
响, 4 个地区的全年平均太阳总辐射值和平均风
速如表 3 所示。由表 3 可见, 西宁的光照资源最
为丰富, 大连的风力资源最为丰富, 上海的风光资
源均处于中等水平, 成都的风光资源均较差。
表 3 不同地区风光资源对比
参数 上海 成都 大连 西宁
年辐射总量 /( MJ · m -2 ) 5045 4187 5515 6100
-1
平均风速 /( m · s ) 4.55 1.74 5.66 2.10 图 3 系统全年能量流动图
光伏有效发电小时数 / h 1425 1184 1610 1823 16 : 00 , 光伏发电量处于高峰阶段, 发生系统发电
风机有效发电小时数 / h 1139 39 2319 103
量超过电需求的情况, 电解槽开始工作, 系统也出
4 结果分析与讨论 现部分弃电。 16 : 00 之后, 光伏发电量逐渐减少,
系统电需求主要由电网买电和燃料电池供应。图
4.1 典型场景下系统设计与优化结果分析
4 ( b ) 为系统各设备对热需求的响应情况, 可见系
基于系统设计及运行集成优化模型, 面向上
统的热负荷主要依靠电热锅炉提供, 电热锅炉的
海市居民楼的资源与用能特点, 对风光氢综合能
电能来源在白天主要为光伏发电, 夜晚主要为风
源系统实施了设计及运行集成优化。优化结果显
力发电和电网购电; 燃料电池主要在上午 8 : 00 —
示, 系统全生命周期成本净 现 值 为 1239.23 万
10 : 00 、 16 : 00 — 22 : 00 两个供热需求高峰工作。
元, 其 中 初 始 投 资 成 本 和 年 度 运 行 成 本 分 别 为
410.26 万元, 69.41 万元, 与只向电网买电供能方
式相比, 系统成本减少 29.19% 。风机、 光伏、 电
解槽、 燃 料 电 池 和 储 氢 罐 的 设 计 容 量 分 别 为

187.88 , 599.83 , 35.79 , 31.54kW 和 12.02k g 。
系统全年能量流动图如图 3 所示。图 3 可清
晰直观地呈现系统各能量单元的出力及能量流动
情况。如图 3 所示, 全年风力发电、 光伏发电、 电
网买电量分别为 213.90 , 854.87 , 755.01 MWh ,
分别 占 系 统 总 供 电 量 的 11.73% , 46.87% ,
41.40% , 由此可见系统依托可再生能源的供电自
给率为 58.60% 。在系统供能方面, 74.15% 的电
能直接用于系统供电, 13.55% 的电能通过电热锅
炉用于系统供热, 6.44% 的电能通过电解槽转化
为氢气储存起来, 剩余 5.86% 的电能为弃电。系
统能量损失主要来源于系统直接弃电、 电热锅炉
损失 和 氢 存 储 过 程 的 损 失, 损 失 总 电 量 分 别 为
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106.9 , 49.4 , 39.5MWh 。
为分析系统调度运行过程中能量流动的日间
特性, 本文计算了每天同一时刻各主要供能设备
的平均功率, 如图 4 所示。图 4 ( a ) 为系统各设备 图 4 各设备逐时平均功率
对电需求的响应情况, 可见凌晨 0 : 00 — 5 : 00 , 系 储氢罐逐时平均储氢量如图 5 所示。由图 5
统电需求小且电价较低, 此时风力发电余能较多, 可见, 系统储氢行为主要发生在 10 : 00 — 15 : 00 、
电解槽利用谷电和风电制氢; 上午 5 : 00 — 8 : 00 , 22 : 00 至次日 6 : 00 两个时间段。在前一时间段,
系统电需求上升但光伏 / 风力发电不足, 需求缺口 系统主要使用富余可再生能源发电制氢; 在后一

部分 依 靠 电 网 买 电 和 燃 料 电 池 补 充; 8 : 00 — 阶段, 系统主要使用电网谷电制氢。系统用氢行