考虑分时电价的并网可再生能源微电网中氢-SSB蓄电池混合储能的作用
2026-06-22 14:31:38
混合氢（H2）-电池（BT）集成微电网因其广泛的运用规模，作为完成零排放未来的要害要素，近年来受到了明显重视。依据H2-BT储能的微电网能量办理战略（EMS）对于经过操控储能体系的运转点以完成经济和运转效益，然后确保高效且具有本钱效益的发电至关重要。本文提出了一种针对混合H2-BT储能型并网微电网的最优能量办理与容量装备战略，考虑了两种分时（ToU）电价场景。本研讨的独特性在于经过优化组件尺度和EMS来进步微电网的效能。在两种场景中，“Time of Use-Flat”场景更具本钱效益，是最佳挑选。这一结论依据相关成果，表明在该场景下，LSC-SSA办法完成了最低的年度体系本钱（ASC），为544,818美元，以及最低的平准化动力本钱（LCOE），为0.273美元。与“Flat-Time of Use”场景比较，这些目标体现更好，在后者中，LSC-SSA办法完成的ASC为552,773美元，LCOE为0.277美元。因而，“Time of Use-Flat”场景为混合H2-BT集成微电网供给了更高的本钱效益。
引言
采用可再生动力（RE）已被证明是解决动力缺少和减少温室效应的一种极具前景的计划[1,2]。锂离子电池（LIBs）广泛运用于各种领域，包含电动汽车（EVs）、便携式电子设备和电网储能。这种广泛的运用推动了旨在进步其功率和实践适用性的立异电池技能与化学体系的开展[[3], [4], [5]]。电池 BT 储能体系一般用于贮存可再生动力。然而，由于其容量固定，BT 很简单变得冗余，然后导致光伏和风能的浪费[6,7]。因而，氢 H 2 是微电网中安稳储能的绝佳挑选，可以将过剩的 RE 转化为化学能[[8], [9], [10]]。此外，H 2 可以运用燃料电池（FC）重新转化为电力[11,12]。进一步而言，在无碳社会中，绿色 H 2 及其发生的能量被广泛运用于交通运输、化工制造、长时间储能以及其他需求高能量密度的职业[13,14]。氢能储能（HES）为应对与可再生动力发电渗透率进步相关的妨碍供给了解决计划[15]。在电力盈利时期，剩余的电力可以转化为绿色氢气并以压缩方式贮存以便日后运用。这些贮存的氢气随后可以再次转化为电能。
这种被称为Green Hydrogen Energy System（GHES）的归纳电力体系，旨在运用HES的优势，并进步并网微电网的技能经济功率。这些将HES与可再生动力发电相结合的设施，估计将在未来的气候中性社会中发挥要害效果[20]。经过HES的同步运转以及参与电力商场，可以运用有利的电力商场条件和氢气的多种运用来优化盈利才能。因而，GHES运营商的能量办理战略已变得复杂，这使得对这些设施的能量办理战略进行深化分析成为重塑全球动力领域转型过程中不可或缺的一部分。
现在，氢气出产首要依靠天然气和煤炭，一般被称为“灰色”来历[21,22]，这些来历算计占全球产值的95%以上[23]。因而，向低碳出产方式转型至关重要，一起也要为未来预期的消费增加做好准备[24,25]。据预测，到2050年，全球年产值将超过600 MMT，约占总动力运用的12%[18]。从2010年到2021年，PV和WT技能的出资本钱别离下降了约41%、35%和82%。估计这种本钱下降趋势在未来仍将继续[26]。
可再生动力（RES）的首要问题在于其发电的间歇性，导致能量生成与消耗之间存在不一致性。因而，运用储能解决计划变得十分必要[13,27]。在这种情况下，H 2有望在完成脱碳这一首要目标方面发挥明显效果[28,29]。氢气具有长时间的贮存潜力、高存储体积密度、对各种地理位置的适应性、适合分散式运用以及极低的温室气体排放。依据电转电（P2P）概念[30]，H 2可以与光伏（PV）或风力涡轮机（WTs）等RES相结合来贮存电力。
₂混合氢电池储能设备的经济可行性可以经过归纳办法进行评价，该办法包含生命周期本钱研讨、收入流分析、依据场景和敏感性的研讨、本钱效益评价、运转优化以及商场整合。许多研讨探讨了在并网体系中集成混合氢电池储能的多种用处。例如，[31]中的作者提出并评价了一种无化石燃料炼钢的基础计划，该计划运用氢气直接复原铁矿石。这种办法在出产和电力需求方面体现出明显的灵活性，经过氢气和热压铁块（HBI）贮存来促进电网平衡。然而，为了评价灵活运转的经济可行性，仍需进行更深化的研讨。[32]中的作者评价了power-to-gas（P2G）技能作为动力互补机制的可行性，用于调节连接到欧洲国家电网体系的大型WT风场群发生的电力。他们的研讨成果表明，P2G体系减少了因电网拥塞形成的能量丢失，但由于燃气轮机的运转导致二氧化碳（CO₂）排放量增加。
一些研讨还对独立运转和并网运转的氢储能体系进行了技能经济评价。[[33], [34], [35]]中的作者开展了很多关于H 2加注站（HRS）技能经济评价的研讨，整合了不同的可再生动力装备以满意电力和H 2需求。[36]中的作者考察了在可以满意很多电力和氢气需求的H 2加注站中集成PV、水力发电、电网和电池储能体系（BESS）。他们的研讨表明，净现值本钱（NPC）为601万欧元，平准化氢气本钱（LCOH）为每千克2.25欧元。[37]中的Hussam等人考察了可再生动力微电网的技能经济方面，考虑了三种装备：PV-WT-Grid、PV-WT-BES和PV-WT-FC。PV-WT-Grid装备发生了最低的净现值本钱（NPC）和平准化氢气本钱（LCOH），其数值别离为991万欧元和每千克6.85欧元。
表1总结了关于集成氢储能装备的依据可再生动力微电网的最优容量装备与能量办理方面的近期研讨。
用于EMS和混合动力体系的不同优化办法各有利弊。Mixed-Integer Linear Programming（MILP）办法虽然精确，但计算本钱昂扬。Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II（NSGA II）以及诸如Differential Evolution（DE）、Chaotic Search Algorithm（CSA）、Genetic Algorithm（GA）和Particle Swarm Optimization（PSO）等Metaheuristics可以处理复杂的非线性问题，但往往面临计算本钱高、收敛速度慢或过早收敛的问题。Mixed-Integer Quadratic Programming（MIQP）和Mixed-Integer Nonlinear Programming（MINLP）能供给详细的解决计划，但计算强度大且需求特定的求解器。其他优化办法如Simulated Annealing（SA）和Grey Wolf Optimizer（GWO）也存在资源消耗大以及探索与开发平衡性有限等问题。LabVIEW、HOMER和HelioScope等软件优化工具存在局限性，其sizing使命被约束在某些假定序列中，且检查、修改或增加数学模型的才能受到约束。这些技能的改善方向包含进步收敛速率、优化计算功率，以及开发结合多种算法优势的混合模型，以完成更稳健、更有用的解决计划。
本文提出LSC-SSA作为依据规则原理的能量办理体系的合适挑选。LSC-SSA促进了不同动力与负载之间的最佳电力传输顺序。该算法经过考虑所触及每个组件的约束和特性，确保了有用、牢靠且环保的发电。本研讨的首要影响概述如下：• 将可继续绿色氢能集成到并网微电网中。该微电网包含PV、WT、氢燃料电池（FC）和BT储能。• 将LSC-SSA集成到REMS中，以完成MG内不同电源间的最佳电力传输顺序。• 为了阐明LSC-SSA办法的功率和功能，对LSC-SSA取得的成果与另外两种优化算法（即SSA和LFA）取得的成果进行了评价对比。• 评价与MG元件相关的决议计划变量的最佳容量，包含PV、WT、FC、电解槽EL、H2储罐和BT。
