不确定环境下基于纳什谈判的含掺氢燃气综合能源多微网两阶段优化调度

为促进多微网新能源消纳和低碳经济运行,构建了一种不确定环境下基于纳什谈判的含掺氢燃气综合能源多微网两阶段优化调度方法。首先,对多微网进行低碳改进,提出电解槽和甲烷反应器的量纲统一模型;将燃气掺氢供给燃气机组,建立了含掺氢燃气的氢储能(hydrogenenergy storage,HES)模型;其次,为有效衡量多微网的不确定性,通过多微网与配电网的净交互成本计算条件风险价值(conditional value-at-risk,CVa R),基于纳什谈判理论建立多微网两阶段优化调度模型,第一阶段最小化多微网总运行成本,第二阶段分配收益并最大化各微网利益;最后,构建基于动态自适应惩罚因子的改进交替方向乘子法(alternating direction multiplier method,ADMM)实现调度模型的分布式求解。通过不同场景的算例结果验证了所提模型实现了多微网运行成本的最低化及各微网利益的最大化,此外也保证了新能源消纳,促进了碳减排。同时比较了不同掺氢比以及CVaR风险系数对多微网能效的影响,从而为不确定环境下综合能源多微网的低碳经济调度提供参考。

甲烷及掺氢燃气吹熄极限的大涡模拟研究

利用大涡模拟法计算研究甲烷和掺氢燃气在悉尼非均匀入流射流燃烧器上的吹熄极限.利用GRI 3.0详细反应机理和28步、19步简化反应机理对比计算不同掺氢燃气状态下的层流预混火焰,证明了19步简化反应机理具有良好性能.利用动态增厚火焰燃烧模型结合19步反应机理,计算研究以掺氢燃气(体积比V(H_(2))∶V(CH_(4))∶V(CO)∶V(CO_(2))=0.2∶0.2∶0.27∶0.33)为燃料的悉尼部分预混中心射流火焰.计算得到在FA和FJ布局下,掺氢燃气的火焰吹熄极限速度分别为90 m/s和109 m/s,甲烷的火焰吹熄极限速度分别为74 m/s和128 m/s,分析发现吹熄极限的差异与不同布局下燃气与空气混合不均匀程度相关.研究表明,优化燃气与空气的进气布局和掺混过程可以提升燃烧稳定性.

综合管廊中掺氢天然气泄漏安全性分析

为了解掺氢等多因素耦合对管道输送中掺氢燃气泄漏扩散的影响,针对3种常见燃气输送场景中的地下综合管廊,从其受限空间易导致燃气云积聚爆燃的特性出发,考虑不同泄漏方向、掺氢比、管道压力等影响因素,使用Fluent软件对综合管廊内可能出现的泄漏场景进行模拟,研究了其内部燃气的分布特性,并对报警探针位置及其间距设置进行了安全性分析。模拟结果表明:泄漏口朝向会严重影响贴壁燃气分布,二次流近壁区的燃气积聚更加明显,在侧壁距顶部30 cm处安装探针能有效降低报警延迟;当掺氢体积分数为20%时,泄漏速度提高了9.03%,导致泄漏口近端的燃气积聚加剧而泄漏口远端的风险略微增加;燃气泄漏5 s时的爆炸浓度(燃气摩尔分数大于4%)区间距离为1.54 m,添加10%、20%的氢气可使该距离分别增加16.2%(1.79 m)、36.4%(2.10 m);当管道压力增加至0.8、1.2、1.6 MPa时,达到报警浓度的时间分别缩短了18.9%、28.3%、32.1%。研究可为综合管廊内掺氢天然气的输运安全提供参考。

掺氢燃气管道完整性管理的关键技术

为了保障掺氢燃气管道的安全运行,维护其在结构与功能上的完整性,亟需建立掺氢燃气管道完整性管理方案。根据掺氢燃气管道的特点,借鉴常规燃气管道完整性管理经验,提出了基于风险的掺氢燃气管道完整性管理的关键技术,主要包括数据采集与整合、重点区域识别、定量风险评价、风险控制措施、效能评价,并指出在各关键技术中需修正的参数权重、评价准则及控制措施,从而预防氢腐蚀、氢脆及氢致开裂等失效形式的发生。基于以上5个关键技术开发了掺氢燃气管道完整性管理数字化系统,以期为掺氢燃气管道的完整性管理提供系统化的解决方案。

SGT-800重型燃气轮机天然气掺氢燃烧数值模拟研究

为了解贫燃预混燃气轮机燃烧室掺氢燃烧的性能变化及潜在风险,以西门子SGT-800型燃气轮机燃烧室为对象开展了天然气掺氢燃烧过程的数值模拟研究,考察了0、5%、10%、15%、30%(体积分数,下同)5种掺氢比例工况下燃烧室内的燃料着火、温度分布、火焰形态以及NO_(x)排放特性。研究表明:在当前燃烧室内开展掺氢燃烧,将导致燃料着火位置提前、温度峰值提高、火焰轴向长度变短,同时外侧值班火焰逐渐向中心混合管聚拢;在15%掺氢比例以下时燃烧室内的温度分布以及火焰形态不会发生明显变化,但在30%掺氢比例下混合管内燃料着火位置回缩严重,外侧值班火焰紧贴喷嘴出口,该工况存在回火风险;此外,燃烧室出口NO_(x)排放值随掺氢比提高而增大,在30%掺氢比下NO_(x)排放值接近国内部分地区限值,表明高NO_(x)排放也是制约燃气轮机高比例掺氢的因素之一。

海上风电制氢技术及氢能产业发展现状与建议

利用海上风电制氢是未来重要的制氢方式,也是实现“双碳”目标的重要途径。对不同水电解制氢技术的优缺点、海上风电制氢装置的运行方式进行了介绍,从氢气的存储与运输、加氢站、氢能应用领域这3个方面对氢能产业发展现状进行了分析,并对氢能产业发展提出了建议。研究结果显示:1)碱性水电解制氢装置的整体造价低,单台装置的产氢量大,但难以快速启动和调节负荷,适用于输出功率波动较小的集中式风力发电电源。2)PEM水电解制氢装置可以更好地耦合输出功率波动较大的电源,未来其将向大功率、低成本制氢的方向发展,以适应大规模海上风电制氢项目的需求。3)从短期来看,高压气态储氢技术是发展重点;而从长期来看,低温液态储氢技术是未来重要发展方向。氨储氢、甲醇储氢和有机液态储氢等新型化合物储氢技术的发展为氢能存储提供了更多选择。4)目前中国日加注能力在200 kg的加氢站属于示范运营站,未来加氢站有望从500 kg的日加注量起步,大日加注量的加氢站将会成为未来1~2年内建设的主流加氢站。5)目前氢能在化工、交通、天然气掺氢等领域均有应用,且未来发展潜力巨大。

考虑用户响应不确定性的园区综合能源系统分布鲁棒低碳调度

电、气、冷、热等多种能源耦合的园区综合能源系统(IES)有助于提升对可再生能源发电的消纳,提高能源利用效率。文中提出基于分布鲁棒优化的园区IES日前低碳经济调度策略。首先,构建考虑碳交易和综合需求响应的园区IES的运行架构,并建立碳交易模型和基于用户用能习惯的综合需求响应模型。其次,以最小化运行成本为目标,并考虑园区IES运行约束和燃料掺氢的电转气(P2G)设备两阶段运行等约束,建立了园区IES日前低碳经济调度模型。然后,构建计及用户响应不确定性的园区IES分布鲁棒低碳经济调度模型,并利用对偶原理将该分布鲁棒优化模型转化为二阶锥优化模型,采用商业求解器CPLEX求解。最后,以包含电、气、冷、热多种能源耦合的典型园区IES为例,对所提优化模型的可行性和有效性进行了验证。算例结果表明,采用所提出的低碳经济调度策略可以有效提升园区IES运行的经济性和消纳可再生能源发电的能力,降低IES碳排放和运行风险。