可再生能源制氢与波动氢气负荷耦合系统的调控策略

王 靖, 蒋迎花, 康丽霞,2, 刘永忠,2,3

(1. 西安交通大学 化工系, 陕西 西安 710049;2. 陕西省能源化工过程强化重点实验室, 陕西 西安 710049;3. 热流科学与工程教育部重点实验室, 陕西 西安 710049)

1 引 言

石油炼制和煤化工等能源化工工艺系统需求大量氢气，随着炼油装置加工高硫、重质油比例的增加和现代煤化工产业的迅猛发展，氢气需求量急剧增加。炼厂中，原油处理量和原油品质、产品质量要求、柴汽比要求、催化剂活性衰减、工艺升级、季节更替和市场价格等内外部因素的变化[1]导致炼厂氢气的需求呈现波动性。

蒸汽甲烷重整装置(steam methane reforming，SMR)是目前炼油厂的主要制氢工艺，占全球氢气供应量的48%[2]。尽管SMR 制氢的成本较低，但排放大量温室气体[3]。近年来，为了减少化工生产系统的温室气体排放，提高可再生能源的消纳能力[4]，采用可再生能源制氢代替传统化石燃料制氢已成为趋势[5-7]。Al-Subaie 等[8]研究了SMR 制氢和采用电网电力电解水制氢用于炼油厂的环境影响，阐明了电解水制氢在炼油厂中的减碳潜力。针对工厂中油砂沥青改质的氢气需求和用电需求，Olateju 等[9-11]建立了风电场发电和制氢的技术经济模型，确定了最低氢生产成本下系统的容量配置。Walker 等[12]分析了电转气(power to gas，PtG)技术为沥青升级装置提供氢气的经济性和环境影响。针对可再生能源发电的间歇性和波动性与化工过程系统氢气需求的协调匹配问题，王靖等[13]研究了电-氢协调储能系统的设计和运行特性。

由于可再生能源的间歇性和波动性以及炼厂氢气需求的波动性，为了满足氢气需求，仅采用可再生能源制氢供应炼厂氢气的系统费用高且可靠性差。……