含氢能气网掺混输运的综合能源系统优化研究

严思韵， 王晨， 周登极

(动力机械与工程教育部重点实验室(上海交通大学)，上海 200240)

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可再生能源的不确定性和不连续性导致其与用户负荷无法实时匹配，余电上网时会对电力系统安全稳定运行和电能质量管控造成一定冲击[1]，产生大量弃风弃光现象。据国家能源局数据显示，2019年全国弃风电量总计169亿kW·h[2]，弃光电量总计46亿kW·h[3]。电转气(power to gas,P2G)是一种能将电能转换为天然气或氢气的新兴技术[4]，利用弃电制氢能够消纳多余电力，降低电网运行风险。我国天然气管道规模庞大，运维和管理技术已经非常成熟，在保证安全的情况下，将氢气掺入天然气管道进行长距离运输是低成本运输氢气的有效途径之一。因此，电-气综合能源系统通过燃气电厂、电驱压缩机组和富余可再生能源电力制氢耦合，耦合程度高，能源综合利用率高，具有较大的节能减排潜力。

针对电-气综合能源系统，文献[5]进行了综合能源系统能量流计算；文献[6—8]研究了电-气综合能源系统协同优化；文献[9—11]研究了电-气综合能源系统的调度问题；文献[12]建立了电-气综合能源系统的分布式状态估计模型。

国外一些学者针对P2G技术在电-气综合能源系统中的应用开展了相关研究：文献[13]建立了英国某地电-气综合能源系统运行优化模型，得到系统最小成本；文献[14]评估了P2G技术对电力和天然气传输网络的运行影响。针对掺混氢气的天然气管网，文献[15]建立了耦合风力发电、电解水制氢以及天然气管网计算的仿真模型，提出了天然气管网输运策略；……