年制氫行業(yè)環(huán)境分析：光熱-生物質(zhì)聯(lián)合制氫廠的雙層優(yōu)化運(yùn)行模型在2025年，隨著全球?qū)η鍧嵞茉葱枨蟮牟粩嘣鲩L(zhǎng)，制氫行業(yè)迎來(lái)了新的進(jìn)展機(jī)遇。氫能作為一種高效、清潔的能源載體，其重要性日益凸顯。特殊是在“雙碳”戰(zhàn)略背景下，低碳、零碳制氫技術(shù)的進(jìn)展成為實(shí)現(xiàn)綠色氫能經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵。本文通過(guò)對(duì)光熱-生物質(zhì)聯(lián)合制氫廠(STBIHPP)的雙層優(yōu)化運(yùn)行模型的討論，探討了在市場(chǎng)環(huán)境下如何提高制氫廠的運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)促進(jìn)可再生能源的綜合利用。

一、制氫廠運(yùn)行框架的構(gòu)建

《2025-2030年中國(guó)制氫行業(yè)市場(chǎng)分析及進(jìn)展前景猜測(cè)報(bào)告》為提高光熱發(fā)電(CSP)系統(tǒng)的發(fā)電力量和促進(jìn)生物質(zhì)能及氫能等可再生能源的進(jìn)展，提出了光熱-生物質(zhì)聯(lián)合制氫廠(STBIHPP)的運(yùn)行框架。該框架結(jié)合了槽式CSP系統(tǒng)和生物質(zhì)氣化發(fā)電制氫技術(shù)，通過(guò)能源互補(bǔ)特性，實(shí)現(xiàn)了高效的制氫和發(fā)電過(guò)程。STBIHPP的主要組成部分包括氣化爐、PSA裝置、儲(chǔ)氫罐、燃?xì)廨啓C(jī)(GT)、換熱器、生物質(zhì)幫助制氫電解槽和光熱發(fā)電系統(tǒng)。其中，光熱發(fā)電系統(tǒng)采納槽式熔鹽技術(shù)，能夠有效利用太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能進(jìn)行發(fā)電，同時(shí)GT產(chǎn)生的余熱可提高光熱發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電力量，并為電解槽供應(yīng)熱能消耗。

二、制氫廠的雙層優(yōu)化運(yùn)行模型

制氫行業(yè)環(huán)境分析提到在市場(chǎng)環(huán)境下，STBIHPP的運(yùn)行策略需要綜合考慮電力市場(chǎng)和氫能市場(chǎng)的特點(diǎn)。為此，構(gòu)建了一個(gè)雙層優(yōu)化運(yùn)行模型，上層目標(biāo)是最大化STBIHPP的利潤(rùn)，下層目標(biāo)是最大化社會(huì)福利。通過(guò)Karush-Kuhn-Tucker(KKT)條件，將雙層模型轉(zhuǎn)化為單層模型，并進(jìn)一步使用分段McCormick近似等方法將其轉(zhuǎn)化為混合整數(shù)二階錐規(guī)劃(MISOCP)模型，以便于求解。

(一)上層模型：STBIHPP競(jìng)價(jià)模型

上層模型的目標(biāo)是最大化STBIHPP的利潤(rùn)，其目標(biāo)函數(shù)考慮了電力和氫能的銷(xiāo)售收入以及運(yùn)行成本。運(yùn)行成本包括生物質(zhì)收購(gòu)成本、發(fā)電補(bǔ)貼成本、熱鹽罐和儲(chǔ)氫罐的充放能成本、電解槽和PSA裝置的運(yùn)行成本等。通過(guò)優(yōu)化電力和氫能的輸出，STBIHPP能夠在兩個(gè)市場(chǎng)中獲得最大化的利潤(rùn)。

(二)下層模型：市場(chǎng)出清模型

下層模型包括電力市場(chǎng)和氫能市場(chǎng)的出清模型。電力市場(chǎng)出清模型采納直流潮流模型，考慮了發(fā)電機(jī)的出力約束、線路傳輸容量約束和爬坡約束。氫能市場(chǎng)出清模型則基于Weymouth方程，描述了氫氣流量與節(jié)點(diǎn)氣壓的關(guān)系，并考慮了氫能供應(yīng)商的出力約束、管道流量約束和節(jié)點(diǎn)氣壓約束。

三、制氫廠的運(yùn)行策略分析

通過(guò)仿真分析，驗(yàn)證了所提模型的有效性。在不同市場(chǎng)環(huán)境下，STBIHPP的運(yùn)行策略表現(xiàn)出顯著的適應(yīng)性和敏捷性。例如，在電力市場(chǎng)中，STBIHPP能夠依據(jù)電價(jià)和負(fù)荷變化調(diào)整發(fā)電量;在氫能市場(chǎng)中，STBIHPP能夠依據(jù)氫價(jià)和氫負(fù)荷變化調(diào)整制氫量。此外，生物質(zhì)幫助制氫技術(shù)的應(yīng)用有效降低了電解槽的能耗，提高了制氫效率。通過(guò)合理利用余熱，STBIHPP在冬季的收益提高了約27%，在夏季的收益提高了約7.3%。

四、制氫廠的適用性分析

為了進(jìn)一步驗(yàn)證模型的適用性，采納改進(jìn)的IEEE-118節(jié)點(diǎn)電網(wǎng)和14節(jié)點(diǎn)氫網(wǎng)進(jìn)行大規(guī)模系統(tǒng)測(cè)試。結(jié)果表明，STBIHPP在大規(guī)模系統(tǒng)中同樣能夠?qū)崿F(xiàn)高效的運(yùn)行和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。這表明所提出的雙層優(yōu)化運(yùn)行模型具有良好的擴(kuò)展性和適應(yīng)性，能夠?yàn)椴煌?guī)模的制氫廠供應(yīng)有效的運(yùn)行策略。

五、總結(jié)

本文通過(guò)對(duì)光熱-生物質(zhì)聯(lián)合制氫廠(STBIHPP)的雙層優(yōu)化運(yùn)行模型的討論，提出了一種在市場(chǎng)環(huán)境下提高制氫廠運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)效益的新方法。通過(guò)構(gòu)建運(yùn)行框架和雙層優(yōu)化模型，STBIHPP能夠有效利用可再生能源進(jìn)行制氫和發(fā)電，并在電力市場(chǎng)和氫能市場(chǎng)中實(shí)現(xiàn)敏捷的運(yùn)行策略。仿真結(jié)果表明，該模型能夠顯著提高STBIHPP的能源利用率和經(jīng)濟(jì)效益，特殊是在余熱利用方面表現(xiàn)精彩。將來(lái)，隨著技術(shù)的進(jìn)一步進(jìn)展和市場(chǎng)的逐步成熟，STBIHPP有望在制氫行業(yè)中發(fā)揮更重要的作用，為實(shí)現(xiàn)綠色氫能經(jīng)濟(jì)做出更大貢獻(xiàn)。

更多制氫行業(yè)討論分析，詳見(jiàn)中國(guó)報(bào)告大廳《制氫行業(yè)報(bào)告匯總》。這里匯聚海量專(zhuān)業(yè)資料，深度剖析各行業(yè)進(jìn)展態(tài)勢(shì)與趨勢(shì)，為您的決策供應(yīng)堅(jiān)實(shí)依據(jù)。