Page 21 - 电力与能源2022年第二期

沈主浮, 等: 风光氢综合能源系统设计及运行集成优化 1 1
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基于 SOLCAST 全球气象数据集 [ 17 ] , 选取了
上海、 大连、 西宁、 成都 4 个代表性地区, 系统分析
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量和平均
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
图 3 系统全年能流图
上海 成都 大连 西宁
电解槽利用谷电和风电制氢; 上午 5 : 00 — 8 : 00 ,
年辐射总量 /( MJ · m -2 ) 5045 4187 5515 6100
平均风速 /( m · s ) 4.55 1.74 5.66 2.10 系统电需求上升但光伏 / 风力发电不足, 需求缺口
-1
光伏有效发电小时数 / h 1425 1184 1610 1823 部分 依 靠 电 网 买 电 和 燃 料 电 池 补 充; 8 : 00 —
风机有效发电小时数 / h 1139 39 2319 103
16 : 00 , 光伏发电量处于高峰阶段, 发生系统发电
4 结果分析与讨论 量超过电需求的情况, 电解槽开始工作, 系统也出
现部分弃电。 16 : 00 之后, 光伏发电量逐渐减少,
4.1 典型场景下系统设计与优化结果分析
系统电需求主要由电网买电和燃料电池供应。图
基于上述系统设计及运行集成优化模型, 面向
4 ( b ) 为系统各设备对热需求的响应情况, 可见系
上海市居民楼的资源与用能特点, 对风光氢综合能
统的热负荷主要依靠电热锅炉提供, 电热锅炉的
源系统实施了设计及运行集成优化。优化结果显
电能来源在白天主要为光伏发电, 夜晚主要为风
示, 系统全生命周期成本净现值为 1239.23 万元,
力发电和电网购电; 燃料电池主要在上午 8 : 00 —
其中 初 始 投 资 成 本 和 年 度 运 行 成 本 分 别 为
10 : 00 、 下 午 16 : 00 — 22 : 00 两 个 供 热 需 求 高 峰
410.26万元和 69.41 万元, 与只向电网买电方式
工作。
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
187.88kW 、 599.83kW 、 35.79kW 、 31.54kW 和
12.02k g 。
系统全年能流图如图 3 所示。由图 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。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 , 和 41.40% , 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 106.9 、 49.4 和
[ 18-20 ]
39.5MWh 。
为分析系统调度运行过程中能流流动的日间
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
对电需求的响应情况, 可见: 凌晨 0 : 00 — 5 : 00 , 系 图 4 各设备逐时平均功率

统电需求小且电价较低, 此时风力发电余能较多, 储氢罐逐时平均储氢量如图 5 所示。图 5 显