考慮制氫效率特性的風(fēng)氫系統(tǒng)容量優(yōu)化

鄧智宏，江岳文

（福州大學(xué) 電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院，福建 福州 350108）

0 引言

隨著煤、石油等化石能源的大規(guī)模開采和過度使用，帶來環(huán)境污染、能源短缺和溫室效應(yīng)問題，全球能源重心開始轉(zhuǎn)向清潔能源，以風(fēng)電和太陽能為代表的可再生能源發(fā)展迅猛[1]。 由于風(fēng)電的間歇性和隨機(jī)性，其大規(guī)模并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行造成了重要的影響[2]。

針對(duì)風(fēng)電的大規(guī)模并網(wǎng)消納問題，一些學(xué)者提出將風(fēng)電與氫系統(tǒng)結(jié)合構(gòu)成風(fēng)氫系統(tǒng)，通過電解槽制氫吸納過剩風(fēng)電，制成的氫氣可直接出售，也可在風(fēng)電出力不足時(shí)通過燃料電池發(fā)電[3]。文獻(xiàn)[4]利用氫儲(chǔ)能消納過剩風(fēng)電，以風(fēng)電外送容量限制450 MW 為基礎(chǔ)，進(jìn)行氫系統(tǒng)的容量配置和經(jīng)濟(jì)性分析。 文獻(xiàn)[5]，[6]考慮風(fēng)氫系統(tǒng)參與電力市場，從風(fēng)電場獲取更多利益的角度出發(fā)，以時(shí)間套利、提供輔助服務(wù)等方式配置氫系統(tǒng)。 文獻(xiàn)[7]研究了風(fēng)-氫-燃并網(wǎng)系統(tǒng)功率平滑輸出過程中的電解槽、燃料電池容量優(yōu)化及系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性評(píng)估問題，針對(duì)風(fēng)電輸出功率與估計(jì)值的波動(dòng)進(jìn)行容量優(yōu)化。

風(fēng)電的隨機(jī)性、波動(dòng)性以及氫系統(tǒng)吸納過剩風(fēng)電的方式，不可避免地會(huì)出現(xiàn)電解槽間歇式運(yùn)行的情況。 風(fēng)電的間歇性和隨機(jī)性會(huì)對(duì)電解槽的效率、 壽命及制成的氫氣純度產(chǎn)生一定的負(fù)面影響[8]。文獻(xiàn)[9]指出，電解槽間歇式運(yùn)行會(huì)出現(xiàn)兩種不利情況：電解槽負(fù)荷很小時(shí)，其電解產(chǎn)生的氧氣和氫氣會(huì)在電解質(zhì)中混合形成易燃?xì)怏w，產(chǎn)生安全隱患； 電解槽將工作溫度提高到額定運(yùn)行溫度需要一定的時(shí)間，而間歇式運(yùn)行導(dǎo)致電解槽長時(shí)間運(yùn)行在低于額定溫度的工作環(huán)境下，將降低電解效率。因此，應(yīng)盡可能避免或不允許電解槽出現(xiàn)間歇式運(yùn)行情況，確保其能夠高效穩(wěn)定制氫。文獻(xiàn)[10]為實(shí)現(xiàn)制氫效率在風(fēng)電出力波動(dòng)和溫度變化的情況下最大化，提出了一種電網(wǎng)輔助風(fēng)電制氫系統(tǒng)的控制策略，即在風(fēng)電出力不足時(shí)向電網(wǎng)購電，確保電解槽的穩(wěn)定運(yùn)行。 文獻(xiàn)[11]針對(duì)電網(wǎng)輔助下的風(fēng)氫系統(tǒng)的制氫能力進(jìn)行了評(píng)估，尚未考慮風(fēng)氫系統(tǒng)的容量配置。文獻(xiàn)[12]對(duì)電網(wǎng)輔助下的風(fēng)電制氫系統(tǒng)進(jìn)行了容量優(yōu)化，僅考慮電解槽額定運(yùn)行的工作狀態(tài)。文獻(xiàn)[13]提出了一種考慮制氫效率特性的煤-風(fēng)-氫能源網(wǎng)調(diào)度優(yōu)化策略，在分析制氫設(shè)備效率特性時(shí)指出，輸入功率達(dá)到額定功率并不一定是最好的運(yùn)行策略，應(yīng)跟隨負(fù)荷需求和風(fēng)電出力的動(dòng)態(tài)變化，追求能源網(wǎng)全局的經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)。

本文在以上研究的基礎(chǔ)上，提出了考慮制氫效率特性的風(fēng)氫系統(tǒng)容量配置優(yōu)化方法； 研究了電解槽的制氫效率特性； 以電解槽高效運(yùn)行和制取高純度氫氣為目標(biāo)，獲取其最優(yōu)工作區(qū)間；采取電網(wǎng)輔助購電策略，在風(fēng)電出力不足時(shí)向電網(wǎng)購電，維持電解槽的最優(yōu)運(yùn)行；在保證風(fēng)氫系統(tǒng)聯(lián)合經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的條件下，跟隨風(fēng)電出力的動(dòng)態(tài)變化，合理地分配風(fēng)電上網(wǎng)與風(fēng)電制氫；結(jié)合風(fēng)電外送輸電工程進(jìn)行風(fēng)氫系統(tǒng)容量優(yōu)化配置。

1 電解槽制氫特性建模

1.1 電解水制氫原理

當(dāng)前電解槽主要包括堿式（AEL）、質(zhì)子交換膜式（PEM）和高溫固體氧化物式（SOEC）3 種類型[14]。 以PEM 電解槽為例，水在陽極導(dǎo)入并分解出H+；氫離子通過薄膜進(jìn)入陰極產(chǎn)生氫氣，在陽極產(chǎn)生氧氣（圖1）。

圖1 PEM 電解槽結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of PEM electrolyser

電解水制氫的反應(yīng)過程分別如式（1）和（2）所示[15]。

總反應(yīng)方程式：

式中：ΔH 為電解水所需的總能量，即水電解反應(yīng)前后的焓變，包括電解所需的電能ΔG（吉布斯自由能）和維持工作溫度所需的熱量Q。

在不同的溫度條件下，其關(guān)系可如式（4）所示[9]：

式中：T 為水電解時(shí)的工作溫度，K；ΔS 為水電解時(shí)產(chǎn)生的熵變，J/（mol·K）。

當(dāng)ΔH 等于ΔG，反應(yīng)所需的能量完全用于電解時(shí)，此時(shí)發(fā)生可逆反應(yīng)，水電解所需的電壓稱為可逆電壓Urev，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，可逆電壓為1.23 V。當(dāng)熱能也由電能提供，且不產(chǎn)生廢熱時(shí)，此時(shí)電解水的最低電壓稱為熱中性電壓Utn[16]。 與隨電解反應(yīng)環(huán)境（T 和p）變化的可逆電壓相比，熱中性電壓較為穩(wěn)定，其值為1.482 V。實(shí)際上，水解反應(yīng)是一個(gè)不可逆的過程，除了反應(yīng)所需的電能和熱能之外，還存在附加的能量損耗，使實(shí)際的水電解電壓Uel高于熱中性電壓。

1.2 制氫效率特性分析

電解槽效率ηel是指在恒定溫度和壓強(qiáng)下水分解反應(yīng)的效率[17]。 ηel取決于電流效率 ηi和電壓效率 ηv[18]，[19]。 電流效率也稱為法拉第效率，在額定運(yùn)行狀態(tài)下，電流效率接近100%。 在313.5 K（40.5 ℃）的溫度條件下，電流效率可表示為

式中：I 為電解槽的堆棧電流，I=Aj，A 為電解槽的橫截面積，j 為單位電流密度。

電壓效率是指水的理論分解電壓和實(shí)際分解電壓的比值。本文中，水電解反應(yīng)所需的熱能由電能提供，其理論分解電壓為熱中性電壓Utn，故電壓效率為

電解槽的效率為

從電化學(xué)原理分析，在給定的溫度T 和壓強(qiáng)p（1.01×105Pa）下，水電解電壓取決于電解水時(shí)的單位電流密度[20]：

式中：Urev（T，p）為在工作溫度 T 和壓強(qiáng) p 下的可逆電壓；Uohm為電解質(zhì)電阻引起的電阻壓降；Uh2（j，T），Uo2（j，T）分別為在工作溫度 T 下，電解水過程中單位電流密度為j 時(shí)產(chǎn)生的氫超電勢、氧超電勢；Ri為電解質(zhì)電阻；R 為普適氣體常數(shù)；F為法拉第常數(shù)；αc，αa分別為陰極和陽極的電荷傳遞系數(shù)；jco，jao分別為陰極、陽極的交換電流密度；nc，na分別為陰極、陽極的電子轉(zhuǎn)移數(shù)。

電解槽設(shè)備參數(shù)如表1 所示[20]。

表1 電解槽設(shè)備參數(shù)Table 1 Parameters of electrolysers

電解槽的效率隨輸入功率（標(biāo)幺值）的變化關(guān)系如圖2 所示。 由圖2 可知，隨著輸入功率的增加，電解槽效率迅速提高，在0.31 附近達(dá)到效率的峰值，此時(shí)電解槽效率為83.42%；然后電解槽效率緩慢下降。 當(dāng)輸入功率為電解槽的額定功率時(shí)，電解槽效率為71%；當(dāng)電解槽處于0～20%的低負(fù)載率時(shí)，電解效率低，氫氣產(chǎn)量少；當(dāng)電解槽負(fù)載率為20%～50%時(shí)，電解槽的效率高，但制氫量少；當(dāng)負(fù)載率大于50%時(shí)，雖然電解槽效率逐步降低，但其電解效率仍較高，且制氫量增加，制氫邊際成本減少。通過上述分析可知，綜合考慮電解槽效率、制氫量及制氫純度，電解槽的最優(yōu)工作區(qū)間為額定功率的50%～100%。

圖2 電解槽制氫效率特性曲線Fig.2 Efficiency characteristic curve of hydrogen production

2 聯(lián)合優(yōu)化系統(tǒng)模型構(gòu)建

圖3 為風(fēng)氫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。 風(fēng)電場出力可通過輸電工程并入電網(wǎng)，也可通過電解水制成氫氣。氫氣經(jīng)壓縮儲(chǔ)存在高壓儲(chǔ)氫設(shè)備中，可運(yùn)送到加氫站售出；在風(fēng)電出力不足時(shí)，燃料電池可以利用儲(chǔ)存的氫氣再發(fā)電補(bǔ)充上網(wǎng)，以平滑風(fēng)電場出力。將風(fēng)電與氫儲(chǔ)能相結(jié)合可構(gòu)成風(fēng)氫系統(tǒng)。目前，氫系統(tǒng)的投資成本較高，在風(fēng)氫系統(tǒng)的投資規(guī)劃過程中，須進(jìn)行合理的優(yōu)化配置。本文考慮電解槽的制氫效率特性，結(jié)合電網(wǎng)輔助購電策略，獲取電解槽的最優(yōu)工作區(qū)間，計(jì)及系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行約束，以風(fēng)氫系統(tǒng)聯(lián)合收益最大化為目標(biāo)，聯(lián)合風(fēng)電外送輸電工程，優(yōu)化風(fēng)氫系統(tǒng)容量配置。

圖3 風(fēng)氫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.3 Wind-hydrogen system

2.1 目標(biāo)函數(shù)

以風(fēng)氫系統(tǒng)聯(lián)合收益最大化為目標(biāo)：

式中：E1為年售電收益；E2為年售氫收益；Pnet，t，PFc，t，Ps,t，Pso，t分別為第 t 小時(shí)風(fēng)電上網(wǎng)、燃料電池補(bǔ)發(fā)上網(wǎng)、向電網(wǎng)購電的功率、氫氣售出量的等效風(fēng)電功率，MW；Pcurt，t為 t 時(shí)段風(fēng)電棄風(fēng)功率；ρw，t，ρe，t分別為第t 小時(shí)的風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)、 購電價(jià)格，EUR/（MW·h）；ρh為氫氣價(jià)格，EUR/kg； AC，k，OM，k分別為風(fēng)氫系統(tǒng)各組件的投資成本等年值、 年運(yùn)維成本（包括輸電工程、電解槽、壓縮機(jī)、儲(chǔ)氫設(shè)備、燃料電池）；Qk，ωk，nk分別為系統(tǒng)不同組件容量、單位容量投資成本、 使用壽命；ic為折現(xiàn)率；lk為系統(tǒng)各組件年運(yùn)維成本在其總投資成本中的占比；Ap為考慮電網(wǎng)輔助購電策略后，風(fēng)氫系統(tǒng)向電網(wǎng)購電的電能成本；Cw為風(fēng)氫系統(tǒng)的棄風(fēng)懲罰成本；λ 為單位風(fēng)電功率單位時(shí)間的制氫量，kg/（MW·h）。

2.2 約束條件

2.2.1 風(fēng)電有功平衡約束

式中：Pwind，t為 t 時(shí)段風(fēng)電出力和棄風(fēng)功率；Pel，t為輸入電解槽的風(fēng)電功率。

2.2.2 系統(tǒng)運(yùn)行等效風(fēng)電功率平衡約束

由電解槽產(chǎn)生的氫氣通過壓縮機(jī)壓縮制成高壓氫氣，可直接售出或置于儲(chǔ)氫設(shè)備中儲(chǔ)存，其等效風(fēng)電功率如式（16）所示，高壓儲(chǔ)氫設(shè)備的儲(chǔ)氫量的等效風(fēng)電功率如式（17）所示。

式中：ηel，ηcom，ηFc分別為電解槽、壓縮機(jī)、燃料電池的效率；Psto，t為第t 小時(shí)存儲(chǔ)氫氣量的等效風(fēng)電功率；Sto，t-1，Sto，t分別為系統(tǒng)運(yùn)行過程中，高壓儲(chǔ)氫設(shè)備第t-1、 第t 小時(shí)儲(chǔ)氫量的等效風(fēng)電功率。

2.2.3 風(fēng)電上網(wǎng)功率爬坡約束

為提高系統(tǒng)的安全性，《風(fēng)電場接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》對(duì)并入電網(wǎng)的風(fēng)電出力的爬坡率加以限制，防止過高的爬坡率給電網(wǎng)運(yùn)行帶來安全隱患。

式中：C 為風(fēng)電場裝機(jī)容量。

2.2.4 風(fēng)氫系統(tǒng)運(yùn)行功率約束

2.2.5 電解槽最優(yōu)運(yùn)行區(qū)間約束

式 中 ：Pel，min，Pel，max分 別 為 電 解槽最 優(yōu) 運(yùn) 行 區(qū) 間 的制氫功率下、上限。

2.2.6 電解槽最小啟停時(shí)間約束

式中：TON，TOFF分別為電解槽的最小開機(jī)、 停機(jī)時(shí)間；ut為t 時(shí)刻電解槽的啟停狀態(tài)，1 表示電解槽處于運(yùn)行狀態(tài)，0 表示電解槽停機(jī)。

2.2.7 風(fēng)電利用率約束

為減少棄風(fēng)量，提高風(fēng)電利用率，本文對(duì)風(fēng)電的有效利用率提出了限制。

式中：γ 為風(fēng)電利用率。

2.3 氫系統(tǒng)運(yùn)行方案討論

為了保證電解槽的高效運(yùn)行，要求其持續(xù)運(yùn)行在最優(yōu)工作區(qū)間。 然而，在風(fēng)電長時(shí)間出力不足時(shí)，風(fēng)氫系統(tǒng)須持續(xù)從電網(wǎng)購電，其成本將會(huì)大大增加。 因此，考慮在風(fēng)電長時(shí)間出力不足期間，電解槽停止運(yùn)行。 本文針對(duì)電解槽是否停止運(yùn)行提出兩種方案進(jìn)行風(fēng)氫系統(tǒng)的容量優(yōu)化。

（1）方案 1

風(fēng)氫系統(tǒng)運(yùn)行期間，電解槽持續(xù)運(yùn)行在最優(yōu)工作區(qū)間，模型可表示為

（2）方案 2

風(fēng)電長時(shí)間出力不足時(shí)，為避免過多的購電費(fèi)用，允許電解槽停止運(yùn)行，避免電解槽的間歇式運(yùn)行。 新增加的電解槽最小啟停時(shí)間約束如式（21）所示。 考慮電解槽的啟停狀態(tài)，式（20）所示的電解槽最優(yōu)運(yùn)行區(qū)間約束改為

方案2 的模型為

3 算例仿真及分析

3.1 算例介紹

本文算例中，采用某裝機(jī)容量48 MW 風(fēng)電場的歷史出力如圖4 所示。 風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)為2017年北歐電力市場的Elspot 價(jià)格，氫系統(tǒng)電網(wǎng)購電價(jià)格采用2017 年丹麥平均用電價(jià)格。 鑒于電解槽的高效運(yùn)行，制成氫氣純度較高，可以較高的價(jià)格售出，均價(jià)為6 EUR/kg。

圖4 風(fēng)電場歷史出力Fig.4 Historical wind power output

風(fēng)氫系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)如表2 所示。其中，折現(xiàn)率為10%；設(shè)電解槽的最小啟停時(shí)間均為4 h，暫不考慮電解槽的啟停成本。 由于電解槽制成的氫氣直接導(dǎo)入壓縮機(jī)壓縮，考慮電解槽的效率，壓縮機(jī)容量為電解槽容量的ηel倍。

表2 風(fēng)氫系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)Table 2 Parameters of the wind-hydrogen system

3.2 結(jié)果分析與討論

3.2.1 不同風(fēng)電利用率的風(fēng)氫系統(tǒng)容量配置

在風(fēng)電利用率不同的情況下，方案1 與方案2 的優(yōu)化結(jié)果如表3 所示。

表3 方案1 和方案2 的優(yōu)化結(jié)果Table 3 Optimization results of case1 and case2

由表3 可見，方案1 和方案2 的優(yōu)化結(jié)果顯示的高壓儲(chǔ)氫設(shè)備和燃料電池配置的容量均為零，這主要是由現(xiàn)階段燃料電池的投資成本和效率問題所致。 燃料電池的高投資成本和低效率使其補(bǔ)發(fā)上網(wǎng)的售電收入無法抵消成本而獲利，因此不選擇配置燃料電池。這樣，系統(tǒng)也無須配置儲(chǔ)氫設(shè)備，制成的氫氣均運(yùn)送至氫市場售出。

方案1 中，風(fēng)電利用率γ 為86%和88%時(shí)的優(yōu)化結(jié)果相同，此時(shí)風(fēng)電的實(shí)際利用率為89.66%，風(fēng)氫系統(tǒng)聯(lián)合收益最大。 當(dāng) γ 大于89.66%時(shí)，為了接納更多的風(fēng)電，隨著γ 值的增大，輸電工程、 電解槽及壓縮機(jī)的配置容量須增加，系統(tǒng)總投資成本增加，風(fēng)氫系統(tǒng)聯(lián)合收益減少。

同理，在方案2 中，當(dāng)實(shí)際風(fēng)電利用率γ 為90.47%時(shí)，所取得的經(jīng)濟(jì)效益最大。

3.2.2 方案對(duì)比

方案1 與方案2 的區(qū)別是風(fēng)電長時(shí)間出力不足時(shí)，是否允許電解槽停止運(yùn)行。 由表3 可知，在相同風(fēng)電利用率的情況下，與方案1 相比，方案2配置的輸電工程容量減少，而電解槽和壓縮機(jī)的容量增加，系統(tǒng)整體的經(jīng)濟(jì)效益增加。

如圖5 所示，在γ=90%的情況下，方案1 的輸電工程容量略高于方案2，電解槽和壓縮機(jī)的容量較低，其售電收入較高，售氫收入較低。 當(dāng)兩方案的風(fēng)電利用率接近時(shí)，棄風(fēng)懲罰成本相差不大。由于電解槽的投資成本較高，方案2 的設(shè)備投資和運(yùn)維成本均高于方案1。 方案2 經(jīng)濟(jì)效益較高的主要原因，在于兩方案在電網(wǎng)輔助購電成本上的顯著差異。

圖5 方案1 與方案2 的成本與效益對(duì)比Fig.5 Contrast of costs and benefits between case1 and case2

圖6 為在第63 天風(fēng)電場出力不足期間，風(fēng)氫系統(tǒng)24 h 內(nèi)兩種方案的具體運(yùn)行情況。 圖6 中，陰影部分為電解槽處于最優(yōu)工作區(qū)間。 由6 圖可見，在 7：00-16：00，風(fēng)電場出力很少甚至為零出力。 方案1 中，電解槽始終處于開機(jī)狀態(tài)，為了維持電解槽的最優(yōu)運(yùn)行，須持續(xù)向電網(wǎng)購電，此時(shí)的電網(wǎng)輔助購電成本為561.12 EUR。 方案2 考慮了電解槽啟停，在 7：00-16：00 將電解槽停機(jī)，并將少量風(fēng)電通過輸電工程并入電網(wǎng)，避免了持續(xù)購電，這段時(shí)間的購電成本為零。 因此，在風(fēng)電長時(shí)間出力不足期間，方案1 支出較多的購電成本，方案2 有選擇地將電解槽停機(jī)與電網(wǎng)輔助購電策略相結(jié)合，更能體現(xiàn)風(fēng)氫系統(tǒng)的全局最優(yōu)經(jīng)濟(jì)性。

3.2.3 電解槽容量配置對(duì)風(fēng)氫系統(tǒng)聯(lián)合收益的影響

電解槽容量配置與系統(tǒng)售氫收入、氫系統(tǒng)投資運(yùn)維成本和電網(wǎng)輔助購電成本密切相關(guān)，從而對(duì)整個(gè)風(fēng)氫系統(tǒng)的收益產(chǎn)生影響。 本文基于方案2 分析電解槽容量配置對(duì)風(fēng)氫系統(tǒng)聯(lián)合收益的影響。

圖7 為在γ=90%的情況下，采取方案2 的風(fēng)氫系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益隨電解槽配置容量變化的曲線。隨著電解槽配置容量的增加，系統(tǒng)收益呈先增加后減少的趨勢，并在點(diǎn)（6.114 7，1.231 2）處達(dá)到最大值，即風(fēng)氫系統(tǒng)在電解槽配置容量為6.11 MW時(shí), 實(shí)現(xiàn)了收益最大化。 當(dāng)電解槽配置容量小于6.11 MW 時(shí)，隨著電解槽配置容量增加，將吸收更多的風(fēng)電，售氫收入的增加抵消了電解槽容量增加引起的額外的投資成本。 當(dāng)電解槽配置容量大于6.11 MW 時(shí)，增加的售氫收入無法抵消電解槽的額外投資成本，風(fēng)氫系統(tǒng)綜合收益減少。

圖7 風(fēng)氫系統(tǒng)收益隨電解槽容量變化曲線Fig.7 Curve of benefit of the wind-hydrogen system with electrolysers capacity

3.2.4 氫系統(tǒng)成本對(duì)風(fēng)氫系統(tǒng)容量配置的影響

電解槽和燃料電池的投資成本與效率是當(dāng)前制約氫系統(tǒng)發(fā)展的最主要原因，也是影響風(fēng)氫系統(tǒng)容量配置的主要因素。 對(duì)此，本文考慮了氫系統(tǒng)投資成本變化對(duì)風(fēng)氫系統(tǒng)容量配置的影響。

表4 為γ=90%的情況下，方案1 和方案2 隨氫系統(tǒng)成本變化的容量配置和風(fēng)氫系統(tǒng)聯(lián)合收益。 由表4 可知，隨著氫系統(tǒng)的投資成本下降，風(fēng)氫系統(tǒng)配置的輸電工程容量減少，電解槽和壓縮機(jī)的容量增加，系統(tǒng)整體投資和運(yùn)維成本減少，風(fēng)氫系統(tǒng)聯(lián)合收益增加。

表4 方案1 和方案2 隨氫系統(tǒng)成本變化的優(yōu)化結(jié)果Table 4 Optimization results of case1 and case2 with cost of hydrogen system

4 結(jié)論

本文通過分析電解槽的制氫效率特性，獲取電解槽的最優(yōu)工作區(qū)間；并以此為約束，結(jié)合電網(wǎng)輔助購電策略，進(jìn)行風(fēng)氫系統(tǒng)與輸電工程的聯(lián)合優(yōu)化配置。 通過算例仿真分析得出結(jié)論如下。

①基于不同的方案，風(fēng)氫系統(tǒng)將在不同的風(fēng)電利用率下實(shí)現(xiàn)聯(lián)合收益最大化，獲得最優(yōu)的容量配置。 在達(dá)到最佳風(fēng)電利用率的情況下，隨著風(fēng)電利用率的上升，輸電工程、電解槽和壓縮機(jī)配置的容量均增加，系統(tǒng)總投資成本擴(kuò)大，風(fēng)氫系統(tǒng)聯(lián)合收益減少。

②針對(duì)電解槽的最優(yōu)運(yùn)行，當(dāng)風(fēng)電長時(shí)間出力不足時(shí)，有選擇地將電解槽停運(yùn)與電網(wǎng)輔助購電策略相結(jié)合的方案，優(yōu)于通過向電網(wǎng)購電來保證電解槽持續(xù)高效運(yùn)行的方案。 該方案能體現(xiàn)風(fēng)氫系統(tǒng)的最優(yōu)經(jīng)濟(jì)性，更好地進(jìn)行風(fēng)氫系統(tǒng)的容量優(yōu)化配置，實(shí)現(xiàn)風(fēng)氫系統(tǒng)的聯(lián)合收益最大化。

③氫系統(tǒng)的投資成本是影響風(fēng)氫系統(tǒng)容量配置的主要因素。隨著氫系統(tǒng)投資成本的下降，輸電工程配置容量減小，與之對(duì)應(yīng)的電解槽配置容量增加，可獲取更大的售氫收益，風(fēng)氫系統(tǒng)的聯(lián)合收益增加。