特約主編寄語

氫能具有零碳排放、能量密度高、可跨季節(jié)存儲的優(yōu)勢，將在建設(shè)新型能源體系中發(fā)揮重要作用。氫不僅可用于可再生能源消納和季節(jié)性儲能，而且是重要的化工原料和燃料。根據(jù)中國氫能聯(lián)盟的測算，到2025 年，我國每年用氫量將由目前的2 000 多萬噸達到3 000 萬噸，目前絕大部分氫采用斷裂碳-氫鍵的方式制得。為實現(xiàn)全面的綠氫替代，國家發(fā)改委發(fā)布《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021 — 2035 年）》，強調(diào)“氫能是未來國家能源體系的重要組成部分”，明確“構(gòu)建清潔化、低碳化、低成本的多元制氫體系，重點發(fā)展可再生能源制氫”。

可再生能源制氫是利用風(fēng)電、光伏等可再生能源發(fā)電，在循環(huán)泵、熱交換器等輔助設(shè)備的控制下，在電解槽中持續(xù)、穩(wěn)定地發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣，其目標是高效、高速地將電能轉(zhuǎn)化為氫能，是世界各國廣泛關(guān)注的前沿技術(shù)。然而，傳統(tǒng)的電解水制氫設(shè)備的設(shè)計與運行往往面向定功率場景，難以適應(yīng)波動可再生能源。為實現(xiàn)綠氫系統(tǒng)的高效運行，需要從電解槽內(nèi)部的電催化材料與物理環(huán)境、系統(tǒng)容量規(guī)劃和運行控制策略3個層面開展跨學(xué)科的研究。

為建立電解水制氫與電力能源系統(tǒng)領(lǐng)域的橋梁，推動綠氫技術(shù)在電力綜合能源系統(tǒng)中的融合，促進能源系統(tǒng)的低碳轉(zhuǎn)型，《電力自動化設(shè)備》編輯部精心策劃與組織了“綠氫賦能碳中和能源系統(tǒng)”專輯。自專輯征稿啟事發(fā)布以來，得到學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的積極響應(yīng)，共收到近百篇飽含真知灼見的稿件。經(jīng)編輯部組織專家進行嚴格評審，本專輯刊出論文31篇，分為4個專欄，分別為綠氫設(shè)備與系統(tǒng)的建模和分析理論、綠氫電力綜合能源系統(tǒng)的容量規(guī)劃與優(yōu)化配置、綠氫電力綜合能源系統(tǒng)的優(yōu)化運行策略、綠氫電力綜合能源系統(tǒng)的市場交易。下面將對這4 個專欄中的論文進行簡要介紹。

◆ 綠氫設(shè)備與系統(tǒng)的建模和分析理論

電解水制氫設(shè)備的建模是綠氫電力綜合能源系統(tǒng)中的重要一環(huán)，其中電流密度場、溫度場、濃度場等多物理場相互耦合，共同對電制氫效率產(chǎn)生影響。華中科技大學(xué)方家琨教授等對電解水制氫設(shè)備中的多物理場建模與調(diào)控技術(shù)進行了系統(tǒng)性綜述，揭示了電解水制氫設(shè)備內(nèi)傳熱、傳質(zhì)與氣液兩相流等多物理過程的耦合機理，以及外加光場的流場監(jiān)測原理和外加磁場的調(diào)控技術(shù)；西安交通大學(xué)王豐教授、卓放教授等詳細介紹了電解水制氫系統(tǒng)的多物理模型，并提出了一種考慮各環(huán)節(jié)多約束條件下的系統(tǒng)控制方法；華北電力大學(xué)石慶鑫老師、劉文霞教授等提出了對高壓儲氣罐的溫度-壓強高階非線性模型進行分段線性化處理，在保障較高精度的同時大幅提高了求解的效率；重慶大學(xué)任洲洋副教授等提出了電氫耦合系統(tǒng)定碳排運行域的概念及建模方法，并通過剖析其幾何特征構(gòu)建了電氫耦合系統(tǒng)的低碳評估指標體系；西南石油大學(xué)包廣清教授等提出了一種考慮電轉(zhuǎn)氣、碳捕集系統(tǒng)和氫燃料電池的“以氣定熱”整體建模方法；武漢科技大學(xué)王斌教授等提出了諧波功率在互聯(lián)變換器和交流子網(wǎng)之間的自適應(yīng)控制模型；哈爾濱理工大學(xué)孫東陽副教授等對堿性電解槽的動態(tài)工作特性展開研究，綜合對比了不同儲能裝置與電制氫協(xié)同運行的效果。

◆ 綠氫電力綜合能源系統(tǒng)的容量規(guī)劃與優(yōu)化配置

含綠氫設(shè)備的電力綜合能源系統(tǒng)的容量規(guī)劃不僅影響著電制氫設(shè)備的運行效率，更決定了系統(tǒng)的經(jīng)濟效益。華中科技大學(xué)艾小猛副教授等提出了一種耦合光伏電解水、生物質(zhì)氣化、天然氣重整技術(shù)的綜合制氫系統(tǒng)魯棒優(yōu)化配置方法，同時考慮了光伏出力和生物質(zhì)含水量的不確定性，并利用不同制氫技術(shù)間物質(zhì)和能量雙重耦合提高了系統(tǒng)運行能效；青海大學(xué)／清華大學(xué)陳來軍副教授、梅生偉教授等設(shè)計了一種考慮光熱集熱單元的氫儲能熱電聯(lián)供系統(tǒng)，建立了含光熱集熱單元的氫儲能綜合能源系統(tǒng)容量優(yōu)化配置模型；河北工業(yè)大學(xué)王笑雪老師、梁棟老師等提出了一種氫電耦合微電網(wǎng)多階段動態(tài)規(guī)劃方法，并基于混合優(yōu)化架構(gòu)增強模型對多元不確定性的適應(yīng)能力；北京交通大學(xué)王小君教授、劉曌老師、司方遠副教授等提出了一種考慮脫網(wǎng)風(fēng)險的區(qū)域電-氫能源系統(tǒng)兩階段規(guī)劃方法；西南石油大學(xué)楊威副教授、張安安教授等針對綜合能源系統(tǒng)清潔能源消納問題，提出了一種考慮設(shè)備效率退化的可逆固體氧化物燃料電池氫儲能容量優(yōu)化配置方法；上海電力大學(xué)王育飛教授、薛花副教授、米陽教授等提出了耦合氫能的光儲充電站設(shè)計思路，以最小化年建設(shè)成本、年棄光與失負荷成本、年總排放成本為目標建立了充電站的多目標優(yōu)化配置模型。

◆ 綠氫電力綜合能源系統(tǒng)的優(yōu)化運行策略

研究適應(yīng)綠氫設(shè)備的電力綜合能源系統(tǒng)的運行策略能夠在滿足各類用戶需求的前提下，最大化保障系統(tǒng)中源-網(wǎng)-荷-儲各環(huán)節(jié)的安全性和經(jīng)濟性。華南理工大學(xué)謝敏副教授、劉明波教授等提出了考慮電-氫-混氫天然氣耦合與需求響應(yīng)的城市綜合能源系統(tǒng)低碳優(yōu)化調(diào)度方法；東北電力大學(xué)潘超副教授等考慮靈活性資源與異質(zhì)能流的互補影響，構(gòu)建了經(jīng)濟成本、風(fēng)光消納率、碳排放量等多評價指標，研究了區(qū)域型電-熱-氫多能調(diào)控策略；昆明理工大學(xué)駱釗副教授等構(gòu)建了兩段式電轉(zhuǎn)氣設(shè)備及熱電聯(lián)產(chǎn)機組耦合的綜合能源系統(tǒng)低碳經(jīng)濟調(diào)度模型；山東大學(xué)陳健副教授、張文教授等提出了一種考慮電解槽和蓄電池壽命衰減特性的分布式電熱氫系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度策略；東北電力大學(xué)李軍徽教授、天津大學(xué)葛磊蛟副教授等提出了一種考慮海水淡化電制氫和熱慣性的海港綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化運行模型；青海大學(xué)／清華大學(xué)陳來軍副教授等提出了一種考慮燃料電池變工況特性的風(fēng)-光-氫綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度方法；三峽大學(xué)翁漢琍教授等提出了基于氣網(wǎng)-水網(wǎng)協(xié)同的多時間尺度滾動優(yōu)化策略，對不同時間維度下的負荷需求波動進行精細化調(diào)度與平抑，同時降低運行成本；上海電機學(xué)院陳潔教授、曹喜民老師等利用網(wǎng)絡(luò)層次分析法優(yōu)化了風(fēng)光互補制氫系統(tǒng)中堿性電解槽與質(zhì)子交換膜電解槽的容量配置，以提升系統(tǒng)的經(jīng)濟性與制氫效率。

◆ 綠氫電力綜合能源系統(tǒng)的市場交易

隨著綠氫在電力綜合能源系統(tǒng)的滲透率不斷提高，兩者逐漸呈現(xiàn)強耦合關(guān)系，給多能系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度決策、市場交易機制與方法帶來了新挑戰(zhàn)。西南交通大學(xué)李奇教授、陳維榮教授等綜述了面向含氫綜合能源系統(tǒng)的電-碳-氫耦合交易市場的研究現(xiàn)狀，分別從市場交易標的物、交易對象、交易價格角度進行了闡述，并歸納分析了目前實現(xiàn)市場均衡的能源定價策略與市場出清機制；河海大學(xué)王沖教授、鞠平教授等提出了一種光熱電站與風(fēng)氫系統(tǒng)互補運行方式，輔之以綠證-碳交易機制的低碳市場政策，挖掘聯(lián)合運行系統(tǒng)的減排能力；四川大學(xué)周步祥教授、邱一葦副研究員、臧天磊副教授等提出了模擬可再生能源發(fā)電、制氫、合成氨多主體生產(chǎn)運營的均衡分析模型；河海大學(xué)陳勝青年教授、衛(wèi)志農(nóng)教授等考慮電制氫的綠證效益，采用機會約束處理風(fēng)電波動帶來的不確定性，構(gòu)建了電-氫綜合能源系統(tǒng)的機會約束優(yōu)化調(diào)度模型；西南交通大學(xué)李奇教授等提出了計及電-熱-氫差異化激勵需求響應(yīng)的園區(qū)綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度模型；河海大學(xué)謝俊教授等以運行收益最大為優(yōu)化目標構(gòu)建了含徑流式水電的風(fēng)-光-氫多能系統(tǒng)合作博弈增益分配模型；鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院葛淑娜工程師、張巖老師等提出了一種計及氫能精細化多元利用和綠證-碳聯(lián)合交易的綜合能源系統(tǒng)低碳經(jīng)濟優(yōu)化調(diào)度策略；三峽大學(xué)李咸善教授、張磊副教授等提出了氫耦合區(qū)域綜合能源系統(tǒng)集群雙層博弈隨機優(yōu)化模型；蘭州理工大學(xué)王建輝博士、西南石油大學(xué)包廣清教授等針對源-荷不確定性下的多主體合作運行問題，提出了一種風(fēng)險管控下計及綠色證書交易的光伏-氫多主體合作運行方法；南京工程學(xué)院趙楠老師等構(gòu)建了多區(qū)域綜合能源系統(tǒng)運營商與氫電混合動力車之間氫價補貼-充能響應(yīng)的主從博弈模型。

衷心感謝各位專家學(xué)者對本專輯的積極響應(yīng)和大力支持；感謝《電力自動化設(shè)備》編輯部為本專輯的策劃、組織和出版所做的大量而細致的工作；感謝各位特約評審專家的嚴謹、客觀、公正的評審。由于篇幅、主題以及稿件處理周期等限制，部分高水平稿件未能收入本專輯中，希望能夠得到所有為本專輯撰稿的作者和廣大讀者的理解。最后，期望本專輯能夠?qū)G氫電力綜合能源系統(tǒng)的發(fā)展起到促進和推動作用。