重庆大学程欢、任洲洋等电能-甲醇跨区协同输运下的电-氢耦合系统调度

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重庆年夜学电力和能源靠得住性研讨中心低碳电力能源体系课题组提出了电能-甲醇跨区协同输运下的电-氢耦合体系调剂办法。依据送、受端区域的能源供需特色、电/氢子体系运行特征以及甲醇的输运特征，设计电-氢耦合体系跨区协同运行机制和调剂框架；提出电能-甲醇结合输运下的送、受端供需均衡模子；树立电能-甲醇跨区协同输运下的电氢耦合体系双层优化调剂模子；经由过程算例仿真验证了本文办法的有用性。

研讨配景

1、电-氢耦合体系被以为是匆匆进新能源消纳、实现能源布局绿色低碳转型成长的症结路径；

2、我国新能源发电/制氢资本主要散布在三北地域，氢气和电能需求主要散布在中东部地域，出现典型的供需逆向散布特性。跟着京津冀、华东、华南及华中氢能财产群的飞速成长，电、氢供需的时空逆向散布特性将进一步凸显，严重制约了新能源的范围化消纳以及绿氢财产成长。

论文所办理的问题及意义

针对我国电氢供需时空散布不均导致新能源应用率低、体系运行本钱过高等问题，提出一种电能-甲醇跨区协同输运下的电-氢耦合体系调剂办法。经由过程电能、甲醇双能源渠道，实现新能源的跨区转移和范围化消纳，匆匆进跨区电-氢耦合体系的经济高效运行。

论文办法及立异点

1、依据送、受端区域的能源供需特色、电/氢子体系运行特征以及甲醇的输运特征，设计电-氢耦合体系跨区协同运行机制和调剂框架。

图1 斟酌电能-甲醇协同互济的电-氢耦合体系运行机制示意图

本文基于送端区域的多能供应机制及机动用能机制，应用输电联结线和甲醇交通运输渠道实现能量的跨区域、跨光阴转移，有用地匆匆进新能源范围化消纳。依托电、氢、甲醇异质能量间的转换通道，机动满意电、氢、化工质料等能源需求，最年夜限度地保障送、受端体系多光阴标准下的能量均衡，从而实现多能协同互济下的电-氢耦合体系跨区协同运行，有望年夜幅进步多区域互接洽统的经济、低碳、平安运行程度。

图2 跨区电-氢耦合体系双层调剂框架

跨区电-氢耦合体系出现繁杂的多时空耦合特性，若何在多光阴标准下的运行优化中充足斟酌送、受端区域内异质能源供需均衡需求以及区域间能源传输渠道的差别化运行特征，是实现送、受端区域电-氢耦合体系协同互补运行的症结。

在多光阴标准的运行优化中，电能子体系必要满意及时供需均衡，通常必要订定小时级的运行计划；而氢能子体系和甲醇子体系具有很强的储运才能，并不必要满意及时的供需均衡，另外，区域间的远间隔交通运输耗时较长，通常以天为单元进行优化。

2、树立电能-甲醇跨区协同输运下的电-氢耦合体系双层优化调剂模子

在上层优化中，斟酌送、受端区域中电、氢等异质能量的日均衡需求，以日为光阴标准树立送、受端区域的异质能量均衡模子，肯定区域间的甲醇运输方案、送/受端区域内的火电机组启停方案等。

基层优化以上层优化成果为界限，斟酌送、受端体系中电力、氢气等异质能量的小时级均衡需求，树立以小时为单元的优化运行模子，肯定最优调剂策略。

为阐发分歧能源输运方式对跨区电-氢耦合体系运行调剂的影响，本文设置以下四个计划进行仿真阐发：

Case 1：仅应用甲醇进行能量的跨区转移；

Case 2：仅应用电网进行能量的跨区转移；

Case 3：仅应用电网和长管拖车进行能量的跨区转移；

Case 4：本文办法，也即，应用电网和甲醇进行能量的跨区转移，甲醇经由过程交通体系进行跨区输运。

（1）新能源消纳程度阐发

图3 第33周送端电力供需均衡

新能源着力最年夜周时Case1、Case2、Case4的可再生能源消纳环境如图4所示。可知，在新能源着力较年夜时，Case1 只能应用容量有限的电解槽消纳送端充裕的新能源，是以，导致年夜量弃风光。Case2 应用区域联结线将送端充裕的新能源运送至受端区域，有用进步了新能源消纳程度，但受联结线运送容量限定，仍会呈现弃风光。

相比之下，在新能源年夜发阶段，除了应用联结线输出功率， Case4还可应用电解槽制氢和甲醇合成反响，将充裕的新能源转换为甲醇，经由过程交通体系运送至受端区域，“变废为宝”，新能源弃能量明显削减。

（2）氢供给本钱阐发

图4 case3与case4中的受端区域氢供给本钱

在跨区电-氢耦合体系中，与单一能源传输渠道和现有电能-氢长管拖车相比，电能-甲醇 双渠道跨区协同输运办法机动性更高、储运更经济，在匆匆进新能源消纳和进步体系运行经济性方面具有明显上风，有望在我国现有氢能技术经济程度下实现新能源跨区范围化经济消纳，匆匆进区域供需平衡。

结论

本文提出的电-氢耦合体系运行机制与运行优化办法，可以或许充足应用送、受端区域电、氢、甲醇易互相转换等特色，经由过程电能、甲醇双能源渠道，在我国现有技术经济程度下实现新能源的跨区转移和范围化消纳，匆匆进跨区电-氢耦合体系的经济高效运行。

团队先容

重庆年夜学电力和能源靠得住性研讨中心低碳电力能源体系课题组历久致力于新型电力体系概率运行与规划、电氢综合能源体系、人工智能等偏向的研讨和工程实践事情，胜利研发主配变负载智能监控与预警体系、新型电力体系供需均衡阐发与界限智能调整体系，研讨结果利用于近20个地市电力体系，经济效益明显。

任洲洋

副传授，博士生导师，研讨偏向为新型电力体系概率运行与规划、电氢综合能源体系、人工智能。承担国度级、省部级及企业横向项目30余项，颁发SCI/EI论文80余篇，申请/授权国度创造专利60余项。先后担任IEEE Trans. on Smart Grid、IEEE Trans. on Sustainable Energy等6本国际着名期刊副编纂，获省部级奖励3项，入选省级人才方案，获IEEE Trans. on Sustainable Energy Outstanding Associate Editor of 2022等荣誉。

Email:rzhouyang1108@163.com

孙志媛

传授级高工，历久从事电力体系仿真建模、阐发计算事情，现任IEEE可再生能源电力体系调剂技术分委员会副秘书长、中国电机工程学会电力体系建模与仿真学术事情组委员、南边电网公司运行与节制技术尺度事情构成员、南边电网交直流串并联繁杂年夜电网规划与运行科研团队成员。主持和介入科技部当局间国际科技立异互助项目、自治区科技方案项目等省部级及以上重点项目7项，荣获省部级科技奖励11项，地市级科技奖励15项，颁发论文10余篇，授权专利20余件。

程欢

硕士研讨生，研讨偏向为新能源发电体系、氢能体系运行等。

E-mail:1442215864@qq.com

本事情结果颁发在2024年第3期《电工技术学报》，论文题目为“电能-甲醇跨区协同输运下的电-氢耦合体系调剂”。本课题获得国度天然科学基金的支撑。

引用本文

程欢, 任洲洋, 孙志媛, 夏威夷. 电能-甲醇跨区协同输运下的电-氢耦合体系调剂[J]. 电工技术学报, 2024, 39(3): 731-744. Cheng Huan, Ren Zhouyang, Sun Zhiyuan, Xia Weiyi. A Dispatching for the Electricity-Hydrogen Coupling Systems Considering the Coordinated Inter-Region Transportation of Electricity and Methanol. Transactions of China Electrotechnical Society, 2024, 39(3): 731-744.

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