【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于综合能源规划，具体涉及一种含氢能全链路的综合能源系统协同规划运行方法及系统。
技术介绍
1、本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
2、随着大规模可再生能源接入，综合能源系统面临可再生能源消纳能力不足和灵活性欠缺等严峻挑战。氢气作为一种高密度能源，具有储存和转化灵活、燃烧热值高、低碳、清洁等优点，被视为实现能源低碳转型的重要载体。氢能链路的整合可以满足能源系统长时间尺度储能和跨空间能量流动需求，促进可再生能源高效消纳和灵活性的提升。
3、完整的氢能链路包括生产、压缩、储存、传输和应用等环节，目前有关含氢能的综合能源系统的规划研究大多集中于氢能链路中特定环节的分析，只涉及单个环节或是部分环节的组合，缺少对完整的氢能链路的建模以及其中各个环节的详细分析，此外并未充分考虑氢气余热利用和制氢副产品的经济效益，低估了氢气在能源系统中的利用效率。如何合理规划氢能设备在综合能源系统中的容量，优化氢能设备运行调度促进氢能跨时空利用，实现综合能源系统多能协调运行成为亟待解决的关键问题。
技术实现思路
1、本专利技术为了解决上述问题，提出了一种含氢能全链路的综合能源系统协同规划运行方法及系统，本专利技术适用于中长期规划运行分析，能够有效促进异质能源跨地域和跨季节优化配置，实现可再生能源高效消纳和能源系统的经济低碳运行。
2、根据一些实施例，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种含氢能全链路的综合能源系统
4、在氢能的生产、压缩、储存、运输和应用环节引入电解槽、燃氢轮机和燃料电池的余热利用，并考虑电解槽制氢过程中副产品的效益，构建氢能全链路模型；
5、根据所述氢能全链路模型，考虑电、热和氢三种能源的耦合关系，构建含氢能全链路的综合能源系统模型；
6、设置约束条件，以最小化综合能源系统模型的总成本和总碳排放量为目标函数，单独优化每个目标函数，并将最优解代入其他目标函数，确定每个目标函数的取值范围，选取主目标函数，对于其他目标函数设置网格化分数并计算对应的epsilon约束，直到得到帕累托最优解集，得到综合能源系统最优容量配置和逐时运行结果。
7、作为可选择的实施方式，所述氢能全链路模型包括电解槽模型、燃氢轮机模型、燃料电池模型、储氢、压缩机模型以及氢能管道传输模型，其中：
8、所述电解槽模型考虑电解槽生产过程中的耗水、耗电、余热利用和副产品效益；
9、燃料电池模型，考虑燃料电池产电功率和产热功率；
10、储氢、压缩机模型，考虑储氢罐和盐穴储氢两种储氢设备，且储氢和压缩机相连；
11、氢能管道传输模型，假设相邻的综合能源系统间均有新建氢能传输管道的可能性，以各传输管道氢气传输量和传输管道长度的乘积之和的最小值为目标函数。
12、作为进一步的实施方式，所述氢能全链路模型包括电解槽、燃氢轮机和燃料电池的运行约束。
13、作为可选择的实施方式，所述综合能源系统模型还包括火电机组、风能机组、光伏机组、储能设备、电力传输线、电负荷需求以及热能相关的设备模型，其中，所述火电机组模型包括最小/最大功率输出限制约束、爬坡约束、最小启/停时间约束以及热电联产机组的产热约束；
14、风能机组和光伏机组模型包括总功率输出约束；
15、储能设备考虑电池储能和抽水蓄能两种储能设备；
16、电力传输线包括电力传输线扩容模型；
17、热能相关的设备模型包括电锅炉模型和储热罐模型。
18、作为可选择的实施方式，所述系统总成本包括各种机组投资成本、运维成本和收益，收益来自于售氢及制氢产生的副产品；总碳排放量根据火电机组的碳排放因子和机组发电量计算得出。
19、作为进一步的实施方式，约束条件包括系统热能平衡约束、氢能平衡约束、备用约束和低碳约束。
20、作为可选择的实施方式，单独优化每个目标函数，并将最优解代入其他目标函数，确定每个目标函数的取值范围的具体过程包括：以第一个函数为单目标函数优化求解，得到的最优解依次带入各个目标函数得到对应的目标函数值；之后以其他目标函数首先为单目标函数优化求解，重复上述步骤，直至求解完所有的目标函数，整理得到支付表，基于支付表得到每个目标函数的最小值和最大值，即得到该目标函数的取值范围。
21、作为可选择的实施方式，根据目标场景，设置约束条件，确定可再生能源配额制、成本和碳排放量对规划运行结果的影响，计算目标优化中各个目标函数所占权重，形成最终的目标函数，基于系统参数，对模型进行求解，得到对应场景的综合能源系统最优容量配置和逐时运行结果。
22、一种含氢能全链路的综合能源系统协同规划运行系统，包括：
23、氢能全链路模型构建模块，被配置为在氢能的生产、压缩、储存、运输和应用环节引入电解槽、燃氢轮机和燃料电池的余热利用，并考虑电解槽制氢过程中副产品的效益，构建氢能全链路模型；
24、综合能源系统模型构建模块，被配置为根据所述氢能全链路模型，考虑电、热和氢三种能源的耦合关系，构建含氢能全链路的综合能源系统模型；
25、求解模块，被配置为设置约束条件，以最小化综合能源系统模型的总成本和总碳排放量为目标函数，单独优化每个目标函数，并将最优解代入其他目标函数，确定每个目标函数的取值范围，选取主目标函数，对于其他目标函数设置网格化分数并计算对应的epsilon约束，直到得到帕累托最优解集，得到综合能源系统最优容量配置和逐时运行结果。
26、一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成上述方法中的步骤。
27、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
28、1)本专利技术提出了一种涵盖生产、压缩、储存、运输、应用等环节的氢能全链路精细化模型，考虑了电解槽、燃氢轮机和燃料电池的余热利用以及制氢副产品带来的经济效益，能准确地模拟氢气在能源系统中的利用效率。
29、2)本专利技术提出了一种含氢能全链路的综合能源系统模型，基于传统电力系统模型、氢能全链路精细化模型和热能相关设备模型，考虑了系统运行的灵活性、氢能管道规划和设备余热利用。该模型可用于分析氢能链路各环节和相关设备在综合能源系统中的作用细节以及电、氢、热等能流的耦合关系。
30、3)本专利技术提出了一种氢能全链路的综合能源系统协同规划运行方法，并进行单目标和多目标优化，该方法得到的含氢能全链路的综合能源系统容量配置与运行优化方案能够有效地提升系统灵活性和可再生能源消纳能力，实现综合能源系统低碳经济运行。
31、为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
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1.一种含氢能全链路的综合能源系统协同规划运行方法，其特征是，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种含氢能全链路的综合能源系统协同规划运行方法，其特征是，所述氢能全链路模型包括电解槽模型、燃氢轮机模型、燃料电池模型、储氢和压缩机模型以及氢能管道传输模型，其中：
3.如权利要求2所述的一种含氢能全链路的综合能源系统协同规划运行方法，其特征是，所述氢能全链路模型包括电解槽、燃氢轮机和燃料电池的运行约束。
4.如权利要求1所述的一种含氢能全链路的综合能源系统协同规划运行方法，其特征是，所述综合能源系统模型包括火电机组、风能机组、光伏机组、储能设备、电力传输线、氢能全链路模型以及热能相关的设备模型，其中，所述火电机组模型包括最小/最大功率输出限制约束、爬坡约束、最小启/停时间约束以及热电联产机组的产热约束；
5.如权利要求1所述的一种含氢能全链路的综合能源系统协同规划运行方法，其特征是，所述系统总成本包括各种机组投资成本、运维成本和收益，收益来自于售氢及制氢产生的副产品；总碳排放量根据火电机组的碳排放因子和机组发电量计算得出。
<...【技术特征摘要】
1.一种含氢能全链路的综合能源系统协同规划运行方法，其特征是，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种含氢能全链路的综合能源系统协同规划运行方法，其特征是，所述氢能全链路模型包括电解槽模型、燃氢轮机模型、燃料电池模型、储氢和压缩机模型以及氢能管道传输模型，其中：
3.如权利要求2所述的一种含氢能全链路的综合能源系统协同规划运行方法，其特征是，所述氢能全链路模型包括电解槽、燃氢轮机和燃料电池的运行约束。
4.如权利要求1所述的一种含氢能全链路的综合能源系统协同规划运行方法，其特征是，所述综合能源系统模型包括火电机组、风能机组、光伏机组、储能设备、电力传输线、氢能全链路模型以及热能相关的设备模型，其中，所述火电机组模型包括最小/最大功率输出限制约束、爬坡约束、最小启/停时间约束以及热电联产机组的产热约束；
5.如权利要求1所述的一种含氢能全链路的综合能源系统协同规划运行方法，其特征是，所述系统总成本包括各种机组投资成本、运维成本和收益，收益来自于售氢及制氢产生的副产品；总碳排放量根据火电机组的碳排放因子和机组发电量计算得出。
6.如权利要求1或5所述的一种含氢能全链路的综合能源系统协同规划运行方法，其特征是，约束条件包括...
【专利技术属性】
技术研发人员：吕天光，伊心宁，贺兴，丁肇豪，王飞，李蕊，杨跃平，林雯瑜，方云辉，高云君，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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