考慮電解槽啟停特性的制氫系統(tǒng)日前出力計(jì)劃

袁鐵江，萬志，王進(jìn)君，張舵，蔣東方

(1.大連理工大學(xué) 電氣工程學(xué)院，遼寧 大連 116024；2.國網(wǎng)河北省電力有限公司衡水供電分公司 ，河北 衡水 053000；3.國網(wǎng)能源研究院有限公司，北京 102209)

0 引言

風(fēng)電、光伏等新能源的隨機(jī)性和波動(dòng)性使得其在電力生產(chǎn)中的份額較小。新能源大規(guī)模電解制氫可有效防止能源棄用造成的經(jīng)濟(jì)損失和綠色資源閑置。電解水制氫技術(shù)是大規(guī)模新能源制氫中的核心技術(shù)，包括了堿性電解槽、質(zhì)子交換膜電解槽和固體氧化物電解槽制氫。其中，堿性電解槽的工作效率一般在62%～82%，相對其他2種制氫技術(shù)效率較低，其主要優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟、大容量、穩(wěn)定、投資成本較低和商業(yè)化程度高，是當(dāng)前唯一滿足大規(guī)模制氫的電解水制氫設(shè)備[1]。

當(dāng)前，國內(nèi)外學(xué)者主要從控制策略與優(yōu)化運(yùn)行兩方面對堿性電解水制氫系統(tǒng)性能提升開展了深入的研究。堿性電解槽單體的制造水平尚處于幾百千瓦到兆瓦級(jí)，大規(guī)模制氫時(shí)需要多個(gè)單體電解槽并聯(lián)。針對多電解槽的協(xié)調(diào)控制策略方面，文獻(xiàn)[2]按照堿性電解槽低功率高效率的特點(diǎn)和工作功率約束，將多電解槽按編號(hào)順序投切，設(shè)定啟停功率區(qū)間，減少了電解槽的啟停次數(shù)。文獻(xiàn)[3]進(jìn)一步考慮了堿性電解槽的電熱特性，預(yù)設(shè)輪值時(shí)間，通過輪值的方式平均不同電解槽的工作時(shí)間。文獻(xiàn)[4-6]在優(yōu)化調(diào)度模型中將各能量轉(zhuǎn)化效率設(shè)置為固定效率。文獻(xiàn)[7-8]針對煤風(fēng)氫能源網(wǎng)，考慮了電解水制氫設(shè)備運(yùn)行功率和效率的關(guān)系，電解功率越高，其制氫速率越快，但是效率是由高到低的過程，并據(jù)此提出了整體利益最大的綜合調(diào)度優(yōu)化策略。文獻(xiàn)[9]研究了太陽能并網(wǎng)混合可再生能源系統(tǒng)(風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電)與氫氣系統(tǒng)(燃料電池和電解槽)的能源優(yōu)化運(yùn)行?？紤]了運(yùn)行成本、效率和壽命周期3種因素，得到了能源管理系統(tǒng)要優(yōu)化的多目標(biāo)函數(shù)。文獻(xiàn)[10]建立了電解槽、甲烷反應(yīng)器的運(yùn)行模型，將電轉(zhuǎn)變?yōu)闅錃馀c天然氣，在綜合能源系統(tǒng)引入了精細(xì)化電轉(zhuǎn)氣模型。文獻(xiàn)[11]在優(yōu)化模型的決策變量中引入了電解槽開關(guān)變量，并采用交互策略解決了變量離散化與電解槽開關(guān)時(shí)間限制之間的協(xié)調(diào)問題。

針對制氫系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行問題，上述研究只將電轉(zhuǎn)氣的能量轉(zhuǎn)換效率假設(shè)為固定值或者只考慮到單個(gè)電解槽運(yùn)行特性和效率特性優(yōu)化調(diào)度，沒有考慮關(guān)于多電解槽的應(yīng)用場景。而單個(gè)電解槽的容量有限，無法滿足復(fù)雜多樣的風(fēng)光氫耦合場景需求。鑒于現(xiàn)有問題，在分析電解槽運(yùn)行特性的基礎(chǔ)上，提出了一種考慮電解槽啟停特性的制氫系統(tǒng)日前出力優(yōu)化模型，并通過案例驗(yàn)證了方法的有效性。

1 新能源制氫系統(tǒng)

1.1 新能源制氫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

新能源制氫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括了風(fēng)光電源、外接電網(wǎng)、蓄電池、蓄氫系統(tǒng)、電解槽和氫負(fù)荷，其中多臺(tái)電解槽并聯(lián)運(yùn)行。系統(tǒng)主要目的是利用風(fēng)光發(fā)電制取氫氣，滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的氫負(fù)荷。

圖1 新能源制氫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意Fig.1 Schematic diagram of system structure

系統(tǒng)在一天的運(yùn)行中需要充分利用風(fēng)光出力制氫，減少從電網(wǎng)購電行為，滿足氫負(fù)荷的需求。利用儲(chǔ)氫系統(tǒng)在電價(jià)較低或風(fēng)光出力較大的情況下，電解槽大量制儲(chǔ)氫；在風(fēng)光出力不足且電價(jià)較高的情況下，利用儲(chǔ)氫余量供給氫負(fù)荷，使系統(tǒng)運(yùn)行成本降低。蓄電同蓄氫的使用原則與作用大致相同，特別是在風(fēng)光出力不能維持電解槽狀態(tài)（熱待機(jī)狀態(tài)、冷待機(jī)狀態(tài)和最小功率運(yùn)行狀態(tài)）時(shí)，通過蓄電池供電，避免購電行為，進(jìn)一步增加系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

1.2 堿性電解槽啟停特性

堿性電解槽的狀態(tài)可以分為正常工作狀態(tài)、冷待機(jī)狀態(tài)、熱待機(jī)狀態(tài)和空閑狀態(tài)[12-13]。

（1）生產(chǎn)狀態(tài)。電解槽的輸入功率范圍從最小運(yùn)行到滿功率運(yùn)行。較低電流密度下生產(chǎn)的氧氣中的氫氣濃度會(huì)達(dá)到爆炸極限下限（4.1%），而高于額定電流密度時(shí)會(huì)損害電堆材料[14]，因此不能違反這些操作限制。目前技術(shù)允許的最小負(fù)載通常為額定負(fù)荷的10%[15]，負(fù)載限制構(gòu)成了優(yōu)化模型的硬約束。

（2）冷待機(jī)狀態(tài)。電解槽關(guān)閉，減壓和冷卻，只需要控制單元和防凍系統(tǒng)的低功耗。待機(jī)模式(冷啟動(dòng))后重新開始運(yùn)作大約需要20 min[16]。

（3）熱待機(jī)狀態(tài)。電解槽關(guān)閉，但是需要較大的待機(jī)功耗去保持必要的槽溫和壓力。

（4）空閑狀態(tài)。系統(tǒng)停機(jī)時(shí)需經(jīng)過降電流、斷電、排氣卸壓以及降溫后停止堿液循環(huán)等系列操作，此外整個(gè)系統(tǒng)(電解槽、冷卻、純化和壓縮單元)必須經(jīng)過凈化，一般充入氮?dú)?，排擠設(shè)備的空氣并檢測設(shè)備氣密性，通常需要30～60 min機(jī)組才能重新啟動(dòng)運(yùn)行。

基于上述闡述，熱待機(jī)和正常工作切換狀態(tài)的時(shí)間間隔非常短，在日前計(jì)劃安排中不予區(qū)分，統(tǒng)一認(rèn)為是正常運(yùn)行狀態(tài)。使用二進(jìn)制變量來表示堿性電解槽的工作狀態(tài)：生產(chǎn)狀態(tài)L、冷待機(jī)狀態(tài)S、空閑狀態(tài)I，見式（1）—（3）。并使用2個(gè)二進(jìn)制變量表示時(shí)間間隔：啟動(dòng)間隔Y、關(guān)機(jī)間隔Z。

圖2給出了電解槽運(yùn)行狀態(tài)的圖形描述，包括在每個(gè)操作狀態(tài)和過渡時(shí)的變量和允許值。各個(gè)變量關(guān)系如下。

圖2 電解槽運(yùn)行狀態(tài)示意[18]Fig.2 Schematic diagram of running state of electrolytic cell

（1）在時(shí)間間隔內(nèi)，電解槽處于空閑狀態(tài)（It=1），不需要負(fù)載（），因此不產(chǎn)生氫（neleH2=0）。

（2）電解槽處于冷待機(jī)狀態(tài)（St=1）時(shí)，需要一個(gè)待機(jī)加載（），但氫氣產(chǎn)量為零。

（3）電解槽處于工作狀態(tài)（Lt=1）時(shí)，在電解槽的功率上下限內(nèi)運(yùn)行，Pelmin和Pelmax為其功率上下限值，產(chǎn)氫速率是的函數(shù)。

（4）完全啟動(dòng)時(shí)間（It→St或It→Lt），此時(shí)間段電解槽不可用，將完全啟動(dòng)時(shí)間作為日前計(jì)劃的優(yōu)化時(shí)間尺度Δt。

（5）冷啟動(dòng)時(shí)間（St→Lt），冷啟動(dòng)過程中不產(chǎn)氫，但考慮到優(yōu)化時(shí)間尺度Δt，使用產(chǎn)氫速率懲罰來表示在時(shí)間尺度Δt中冷啟動(dòng)過程的能量損失。

依據(jù)文獻(xiàn)[12]給出的電解槽功率和產(chǎn)氣速率的關(guān)系，進(jìn)一步給出包括狀態(tài)變量的數(shù)學(xué)描述。引入二進(jìn)制變量Wt，在連續(xù)的時(shí)間間隔（St?1→Lt）內(nèi)，從備用狀態(tài)到生產(chǎn)狀態(tài)時(shí)Wt設(shè)置為1，產(chǎn)氫速率可表示為

其中Wt滿足

式中：A1和A2為電解槽功率與產(chǎn)氣速率的特性參數(shù)；A3為產(chǎn)氫速率的懲罰系數(shù)，表示從空閑狀態(tài)和冷待機(jī)狀態(tài)變成工作狀態(tài)過程中的能量需求；為電解槽的電解功率，kW；為電解槽產(chǎn)氫速率，mol/h。

2 日前出力優(yōu)化模型

2.1 目標(biāo)函數(shù)

根據(jù)新能源發(fā)電量和氫負(fù)荷的日前預(yù)測，考慮時(shí)變電價(jià)，建立日前出力計(jì)劃優(yōu)化模型。求得各時(shí)間段蓄電池和電解槽的充放電功率、產(chǎn)氫速率和運(yùn)行狀態(tài)，并確定系統(tǒng)每個(gè)時(shí)段向電網(wǎng)購電的功率，在滿足氫負(fù)荷需求前提下，系統(tǒng)的運(yùn)行成本最小。

式中：CDAC為日前運(yùn)行成本；tf為日前優(yōu)化調(diào)度的總時(shí)段數(shù)；t0為起始時(shí)段；N為堿性電解槽的總個(gè)數(shù)；為堿性電解槽n在時(shí)段t的功率，kW；為向電網(wǎng)購電量，kW；分別為堿性電解槽n在時(shí)段t啟動(dòng)和停止轉(zhuǎn)換狀態(tài)；為蓄電池的實(shí)際出力，kW；Cele為堿性電解槽使用成本，元/(kW·h)；Cpp為系統(tǒng)向電網(wǎng)購電的電價(jià)，元/(kW·h)；Csu和Csd分別為堿性電解槽啟動(dòng)和停止成本，元/h；Ccom為儲(chǔ)能設(shè)備單位電量的維護(hù)成本，元/(kW·h)；Δt為時(shí)間間隔，此處為1 h。

2.2 約束條件

（1）功率平衡約束為

（2）電網(wǎng)線路的傳輸功率約束為

（3）電解槽功率上下限約束為

（4）蓄電池儲(chǔ)能約束。蓄電池的容量與上一時(shí)段的容量和上一時(shí)段內(nèi)的充放電功率和自放電量有關(guān)。蓄電池充電時(shí)，t時(shí)段的初始容量為

蓄電池放電時(shí)，t時(shí)段的初始容量為

蓄電池除了滿足上述容量變化等約束外，還需要滿足蓄電池安全約束，包括充放電功率上下限約束、容量上下限約束和蓄電池日內(nèi)容量始末相等約束。

① 蓄電池充放電功率上下限約束為

② 蓄電池容量上下限約束為

③ 在一段時(shí)間內(nèi)，風(fēng)光出力特性會(huì)呈現(xiàn)較強(qiáng)的周期性，因此蓄電池的容量狀態(tài)需要與起始容量保持一致。為提高蓄電池第2天的運(yùn)行可靠性，需滿足日內(nèi)末尾時(shí)段的容量等于起始時(shí)段的容量。

（5）儲(chǔ)氫單元安全約束。主要包括壓強(qiáng)約束和日內(nèi)始末壓強(qiáng)相等約束。

① 儲(chǔ)氫單元壓強(qiáng)約束為

② 與蓄電池類似，為保證儲(chǔ)氫單元滿足第2天的運(yùn)行條件，儲(chǔ)氫單元末尾時(shí)段的壓強(qiáng)與起始時(shí)段的壓強(qiáng)應(yīng)保持一致。

（6）電解槽生產(chǎn)約束可表示為

（7）電解槽狀態(tài)轉(zhuǎn)換的邏輯約束。在關(guān)閉(空閑)間隔后電解槽需要重新啟動(dòng)操作的時(shí)間是Δt1，考慮狀態(tài)變量I的過去值和當(dāng)前值，可表示為

最后，為防止生產(chǎn)、待機(jī)和空閑狀態(tài)同時(shí)出現(xiàn)的邏輯表達(dá)式為

3 算例分析

3.1 算例介紹

算例采用西北某地區(qū)風(fēng)、光電場的典型場景，設(shè)置風(fēng)力電源容量為5 MW，光伏電源為3 MW，選取互補(bǔ)與不互補(bǔ)2種場景，風(fēng)、光聯(lián)合出力如圖3所示。氫負(fù)荷3種情景如圖4所示。10臺(tái)電解槽并聯(lián)時(shí)的額定功率為0.6 MW，最小工作功率取0.09 MW，冷待機(jī)功率為0.02 MW，熱待機(jī)功率為0.05 MW，共12組，最大功率連續(xù)工作日產(chǎn)氫約 3 000 kg。蓄電池的總?cè)萘繛?24 MW·h，其充放電功率為0.24 MW，可以保證電解槽處于冷待機(jī)10 h。峰時(shí)段、平時(shí)段和谷時(shí)段電價(jià)分別為1.055、0.633、0.291元/(kW·h)，其他詳細(xì)參數(shù)見表1。規(guī)劃考慮了電解槽的狀態(tài)，提出了一個(gè)混合整數(shù)線性規(guī)劃算法(MILP)，采用Cplex進(jìn)行求解計(jì)算。

表1 日出力計(jì)劃算例參數(shù)[12-13,17-18]Table 1 Sunrise force planning calculation example parameters

圖3 一天中風(fēng)光聯(lián)合出力曲線Fig.3 Landscape combined output curve in one day

圖4 一天中氫負(fù)荷需求曲線Fig.4 Hydrogen load demand curve for one day

以1 h為優(yōu)化時(shí)間尺度，對24 h周期進(jìn)行仿真，劃分4種場景研究互補(bǔ)性對系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的影響和不同負(fù)荷水平對電解槽運(yùn)行的影響。

場景一：風(fēng)、光出力選取風(fēng)、光互補(bǔ)場景，氫負(fù)荷選取負(fù)荷較大的交通負(fù)荷。

場景二：風(fēng)、光出力選取風(fēng)、光不互補(bǔ)場景，氫負(fù)荷選取負(fù)荷較大的交通負(fù)荷。

場景三：風(fēng)、光出力選取風(fēng)、光互補(bǔ)場景，氫負(fù)荷選取負(fù)荷較小的燃?xì)庳?fù)荷，代表燃?xì)庳?fù)荷的季節(jié)性特性。此時(shí)氫負(fù)荷較小，會(huì)存在待機(jī)和停機(jī)情況。

場景四：風(fēng)、光出力選取風(fēng)、光互補(bǔ)場景，氫負(fù)荷選取負(fù)荷較大的燃?xì)庳?fù)荷。與交通負(fù)荷不同，燃?xì)庳?fù)荷更加不均衡。

3.2 仿真結(jié)果與分析

（1）儲(chǔ)氫罐壓強(qiáng)、蓄電池荷電狀態(tài)及各單元運(yùn)行狀態(tài)分析（場景一和場景三）。

圖5為各單元運(yùn)行狀態(tài)示意。由圖5可以看出，風(fēng)光出力值Preal始終小于最大理論出力值Pthe，系統(tǒng)始終處在功率平衡約束。在00:00—06:00和21:00—24:00時(shí)段內(nèi)，電解槽功率較小，風(fēng)、光出力過剩產(chǎn)生棄電，蓄電池充電蓄能；在06:00—21:00時(shí)段內(nèi)，風(fēng)、光出力完全被系統(tǒng)利用，08:00和10:00時(shí)系統(tǒng)少量購電，并未使用蓄電池儲(chǔ)能的電能，這是由于在13:00—15:00時(shí)的氫負(fù)荷需求巨大，需要保存能量供應(yīng)。在17:00時(shí)系統(tǒng)大量購電，并且蓄電池處在放電狀態(tài)，這是因?yàn)閮?chǔ)氫罐達(dá)下限，電解槽開始工作，需要滿足突增的電解槽電解功率。

圖5 場景一的系統(tǒng)各單元運(yùn)行狀態(tài)Fig.5 Operation status of each unit of the system in Scenario 1

圖6為儲(chǔ)能系統(tǒng)狀態(tài)示意。從圖6 a）可以看出，電解槽在風(fēng)、光出力大，電網(wǎng)電價(jià)低或氫需求較低的時(shí)段提高電解功率，滿足該時(shí)段氫負(fù)荷需求后對儲(chǔ)氫罐進(jìn)行補(bǔ)氫；在風(fēng)、光出力小，電網(wǎng)電價(jià)高或氫需求高于對應(yīng)風(fēng)光出力的產(chǎn)氫速率時(shí)，通過儲(chǔ)氫罐和電解槽電解制氫共同滿足用氫需求。通過儲(chǔ)氫罐“削峰填谷”，使風(fēng)光出力特性與氫負(fù)荷特性相匹配。圖6 a）中場景三的壓強(qiáng)波動(dòng)是由于電解槽的狀態(tài)切換造成的。

圖6 儲(chǔ)能系統(tǒng)狀態(tài)Fig.6 Energy storage system state

由圖6 b）可以看出，場景一蓄電池的荷電狀態(tài)變化趨勢同其儲(chǔ)氫罐的壓強(qiáng)變化趨勢類似，可以認(rèn)為蓄電池可同樣起到“削峰填谷”作用。此外，蓄電池可以使電解槽工作方式更加靈活可靠，在無風(fēng)、光出力時(shí)，能夠使電解槽維持在冷待機(jī)狀態(tài)。從圖6b）還可以看出，風(fēng)、光出力能夠滿足電解槽的電解功率時(shí)，系統(tǒng)優(yōu)化策略傾向于蓄電池不動(dòng)作，減少蓄電池的運(yùn)行成本。

（2）電解槽最優(yōu)生產(chǎn)計(jì)劃分析（場景一和場景三）。

日前電解槽生產(chǎn)計(jì)劃曲線如圖7所示。選取氫負(fù)荷水平較高的場景一和氫負(fù)荷水平較低的場景三的優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行比較，分析沿時(shí)間維度電解槽功率的變化趨勢。在生產(chǎn)狀態(tài)（L=1），電解功率始終在允許的工作范圍內(nèi)：Pele∈[0.09,0.6]MW；在空閑狀態(tài)（I=1），電解功率為零；在待機(jī)狀態(tài)（S=1），電解功率對應(yīng)于參數(shù)Psb（0.02 MW）?？梢钥闯?，電解槽大多在最大或最小生產(chǎn)能力下運(yùn)行，這反映了操作策略趨向于滿足電力供需平衡的同時(shí)盡可能保持電解槽的生產(chǎn)狀態(tài)。

圖7 日前電解槽生產(chǎn)計(jì)劃曲線（12組）Fig.7 Current electrolytic cell output plan curve (12 groups)

從圖7 a）可以看出，由于氫負(fù)荷的需求較大，所有電解槽都處在工作狀態(tài)，優(yōu)化策略為了保證在氫負(fù)荷峰值時(shí)系統(tǒng)能夠安全運(yùn)行，同時(shí)避免電解槽啟停造成經(jīng)濟(jì)損失。在00:00—05:00和18:00—24:00時(shí)間段內(nèi)，大部分電解槽處在最小工作功率運(yùn)行，此時(shí)氫負(fù)荷需求低，優(yōu)化策略選擇避免蓄電池和儲(chǔ)氫罐越限，保持低速率產(chǎn)氫。16:00時(shí)，氫負(fù)荷處在峰值段，系統(tǒng)有10組電解槽處在最大功率運(yùn)行，保障了氫氣的供應(yīng)。

從圖7 b）可以看到，該場景下3號(hào)、9號(hào)電解槽始終為空閑狀態(tài)，其他電解槽保持最小功率運(yùn)行狀態(tài)。由于該日氫負(fù)荷需求較低，優(yōu)化策略一方面為了避免電解槽啟停，選擇大部分電解槽保持最小功率運(yùn)行。另一方面，由于電解槽最小功率運(yùn)行就已經(jīng)超過了氫負(fù)荷需求，為保證系統(tǒng)處在安全狀態(tài)，需要關(guān)閉若干電解槽。在00:00—04:00時(shí)段內(nèi)，氫需求一直維持在較低水平，儲(chǔ)氫罐壓強(qiáng)將要達(dá)到上限，故將7號(hào)和10號(hào)電解槽置于冷待機(jī)狀態(tài)。

（3）系統(tǒng)與電網(wǎng)互動(dòng)分析（場景一、場景二和場景四）。

系統(tǒng)向電網(wǎng)購電功率與實(shí)時(shí)電價(jià)如圖8所示。選取風(fēng)光出力特性不同的場景一、場景二和氫負(fù)荷分布特性不同的場景四進(jìn)行比較，分析風(fēng)、光出力及氫負(fù)荷分布特性對系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的影響。整體上看，在電價(jià)峰時(shí)段(10:00—15:00，18:00—21:00 )，3個(gè)場景都沒有購電行為，在平時(shí)段和部分低谷時(shí)段發(fā)生了購電行為，特別在2個(gè)峰時(shí)段之間的平時(shí)段，3個(gè)場景都進(jìn)行了購電。這是由于氫負(fù)荷10:00—16:00時(shí)都處在較高水平，風(fēng)、光出力不能滿足氫負(fù)荷需求，儲(chǔ)氫罐的剩余容量不斷降低，優(yōu)化策略選擇了在電價(jià)平段時(shí)期購電加大產(chǎn)氫速率，彌補(bǔ)電價(jià)峰時(shí)段的氫氣容量損失，避免了高額的電費(fèi)，保證了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

圖8 電網(wǎng)購電功率與實(shí)時(shí)電價(jià)曲線Fig.8 Grid purchasing power and real-time price curve

由圖8 b）可知，在02:00—10:00系統(tǒng)向電網(wǎng)購買了大量電能，這是由于此時(shí)間段的風(fēng)、光出力嚴(yán)重不足。比較圖8 a）和圖8 c），場景一中系統(tǒng)在09:00購電，且在電解峰值時(shí)間的購電功率高于場景一。前者是由于燃?xì)忸悮湄?fù)荷在00:00—09:00需求較低，不需要額外的電能。后者是因?yàn)槿細(xì)忸悮湄?fù)荷在14:00—16:00需求較低，剛好緩解了系統(tǒng)的供氫壓力。

（4）與一般優(yōu)化模型的對比分析。

一般優(yōu)化模型中將電解槽的能量轉(zhuǎn)換效率固定（電解槽效率設(shè)置為平均數(shù)15 mol/(kW·h)），電解槽的用電功率范圍設(shè)置為從0到額定功率值，并且不考慮啟停成本。表2為2種優(yōu)化模型在4種場景下的優(yōu)化結(jié)果對比。本文模型4個(gè)場景的啟停次數(shù)都為0，而一般模型的啟停次數(shù)更多；本文模型中場景一、二的系統(tǒng)運(yùn)行成本相對較高，場景三、四的運(yùn)行成本相對較低，這是因?yàn)殡娊獠墼诘凸β蕰r(shí)效率較高，高功率時(shí)效率較低，本文模型中電解槽在場景一和場景二的出力水平較高，電解效率相對較低，需要消耗更多電能，提高了購電成本和電解槽運(yùn)行成本。

表2 不同模型優(yōu)化結(jié)果對比Table 2 Comparison of optimization results of different models

4 結(jié)論

利用新能源大規(guī)模電解制氫是消納新能源和能源清潔化的重要途徑之一，針對多堿性電解槽的運(yùn)行優(yōu)化問題，提出了一種基于堿性電解槽啟停特性的新能源制氫系統(tǒng)的運(yùn)行策略。

（1）分析了堿性電解槽多狀態(tài)轉(zhuǎn)化特性和工作約束，建立了多狀態(tài)及轉(zhuǎn)化關(guān)系的數(shù)學(xué)描述?？紤]多電解槽的啟停成本，建立了制氫系統(tǒng)的日前出力優(yōu)化模型，實(shí)現(xiàn)多電解槽的協(xié)調(diào)運(yùn)行，減少電解槽的啟停次數(shù)。

（2）堿性電解槽電解功率波動(dòng)較大會(huì)影響裝置的壽命，本文尚未考慮該問題，下一步工作是在優(yōu)化模型中考慮電解槽功率波動(dòng)帶來的壽命衰減，進(jìn)而造成全生命周期運(yùn)行成本增加等問題。