Page 58 - 电力与能源2022年第一期
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5 2 沈主浮, 等: 风光氢综合能源系统设计及运行集成优化
为主要发生在 6 : 00 — 10 : 00 、 15 : 00 — 22 : 00 , 因为 式的 优 化 结 果 中 光 伏 容 量 明 显 减 小, 下 降 了
这两个时间段系统用电量大且电网电价较高。 41.1% ,而风机容量下降的比例为 35.9% 。
综上, 由于更高的购电成本和更匹配的负荷
特性, 风光氢综合能源系统在办公楼负荷模式下
的可再生能源发电比例更高, 风光发电及氢储能
设备装机容量更大, 经济性更优。
4.3 风光资源对系统优化结果的影响分析
针对办公楼 的 负 荷 用 能 特 点, 基 于 成 都、 上
海、 大连、 西宁等地的风光资源现状, 对风光氢综
合能源系统设计 及运行优化结果进行了分析比
较。从系统成本角度来看, 大连市的系统成本净
现值最小, 成都市的系统成本净现值最大, 这是因
为风光资源越丰富的城市, 其发电的度电成本越
图 5 储氢罐逐时平均储氢量
低, 系统利润空间也越大。从风光容量配置角度
4.2 负荷模式对系统优化结果的影响分析
来看: 由于成都市风电资源匮乏, 系统选择不建设
面向上海市办公楼与居民楼 不 同 的 负 荷 模
风机, 而选择建设 4 种场景中容量最大的光伏系
式, 对风光氢综合能源系统设计及运行优化结果
统, 此外其可再生能源发电比只有 46.29% , 超过
进行了分析比较, 不同负荷模式下的系统关键设
一半供电来源于电网买电; 大连市光伏和风机有
备容量配置及结果如表 4 所示。由表 4 可见, 居
效发电小时数均较高, 在电热负荷不变的条件下,
民 楼 负 荷 场 景 下 系 统 成 本 净 现 值 为
为满足负荷需求 所需建设的风机和光伏容量更
1600.38 万元, 较只向电网买电供能方式相比减 小; 西宁市光伏的有效发电小时远高于风机, 故也
少 9.02% , 降 本 成 果 不 如 办 公 楼 负 荷 场 景。此
采取了建设大规模光伏不建设风机的方案。从氢
外, 系统中风机、 光伏、 电解槽、 燃料电池等设备的
储能容量配置角度来看, 电解槽、 燃料电池和储氢
装机容量均小于办公楼的负荷场景。办公楼和居
罐的设计容量与 城市的风光资源丰富度呈正相
民 楼 场 景 下 的 可 再 生 能 源 发 电 比 分 别 为
关, 这是因为可再生能源越丰富, 燃料电池就更可
58.59% , 25.26% 。这说明在面向办公楼负荷场 能通过消纳余能产生经济效益, 此外弃电率约束
景时, 风光氢综合能源系统更倾向于通过建设可
也使得系统更需要在时间上转移能量的能力。
再生能源发电设备和氢储能系统来供电, 主要原 综上, 风光资源丰富的地区, 风光氢综合能源
因具体如下。 系统可再生能源发电占比更大, 氢储能设备的设
( 1 ) 居民楼负荷场景下的向电网购电成本更
计容量更高, 经济性更佳。
低, 并且峰谷价差小, 利用氢储能系统削峰填谷得
到的收益较少, 因此系统会倾向于直接向电网买 5 结语
电的供能方式。 本文以风光氢综合能源系统全生命周期内系
( 2 ) 办公楼场景下的用电负荷主要集中在白 统总成本最小化为目标, 构建了风光氢综合能源
天, 与光伏的输出功率曲线匹配度高, 光伏发电功 系统的设计及运行集成优化模型, 获得了系统各
率大多可直接用于供能; 而居民楼的用电负荷在 设备的最优容量配置方案及典型运行策略。基于
一天中分布较为均匀, 过剩的可再生能源需要通 此, 本文系统比较了不同风光资源及用能负荷特
过氢储能系统消纳, 间接增加了系统的度电成本, 性下系统设计及运行方案的差异。
因此在经济效益和弃电率限制下, 居民楼负荷模 ( 1 ) 风光氢综合能源系统在办公楼负荷模式
表 4 不同负荷模式下的系统优化设计结果
设计容量 成本净现值 / 可再生能源
负荷模式
风机 / kW 光伏 / kW 电解槽 / kW 燃料电池 / kW 储氢罐 / k g 万元 发电比 / %
办公楼场景 187.88 599.83 35.79 31.54 12.02 1239.23 58.60
居民楼场景 126.86 353.31 13.92 4.64 2.39 1600.38 25.26
