氢能替代石油能源的商业应用分析

以氢能为代表的可再生能源替代传统的化石能源等不可再生能源是能源发展的必然趋势,而氢能替代的商业化应用则是其中的关键环节。通过对替代过程的经济分析,氢能成本与石油能源的成本的相对关系是氢能源商业化应用的主要因素,因此,采用成本变化曲线将氢能商业化过程划分为三个阶段,并估算了各阶段的开始时间。然后,进一步通过分析各种典型制氢技术的技术进步对氢能市场化应用价格的影响,得出与石油生产成本相等时的氢能市场化应用市场价格,从而完成氢能在大规模商业应用中对化石能源的替代过程。

考虑移动氢能存储的港口多能微网两阶段分布鲁棒优化调度

为有效应对海上风电固有的间歇及波动性给港口多能微网带来的不确定性风险,提出一种考虑移动氢能存储的港口多能微网两阶段分布鲁棒优化调度模型。首先,结合Wasserstein距离实现风电出力概率分布模糊集的精确刻画,并通过非参数核密度估计拟合海上风电预测误差概率分布,获得不同置信水平下风电出力区间及场景。其次,分析氢能船舶、汽车等移动氢能存储资源对间歇性风电出力的能源存储潜力,并结合用能心理、交通属性差异,将两者分别建模为激励型、价格型需求响应,实现港口移动氢能存储灵活性资源的高效聚合。再次,针对含移动氢能存储的港口多能微网,构建基于概率分布模糊集的日前-日内两阶段分布鲁棒优化调度模型,并运用线性决策规则与强对偶理论将其转换为混合整数线性规划模型求解。最后,基于海上风电实测数据进行仿真验证。结果证明,移动氢能存储可显著提升港口多能微网的低碳灵活性,所提模型在兼顾港口多能微网经济性的同时,可进一步保证风电不确定性风险下的鲁棒性。

含碳捕集电厂与氢能多元利用的综合能源系统低碳经济调度

随着中国“碳达峰·碳中和”战略的不断推进,综合能源系统的绿色低碳转型迫在眉睫。针对传统碳捕集电厂灵活性较差、风电并网难以消纳等问题,提出一种含碳捕集电厂与氢能多元利用的综合能源系统低碳经济调度模型。首先,引入储液罐对传统碳捕集电厂进行改造,提高电厂应对风电波动的运行灵活性;其次,构建含两段式电转气、氢燃料电池、储氢罐和掺氢热电联产在内的氢能多元利用结构,以充分挖掘氢能利用与碳捕集电厂的协同运行潜力。在此基础上,引入阶梯碳交易机制,建立以碳交易、碳封存、燃煤及购气成本之和最小为优化目标的低碳经济调度模型。算例结果表明,文中模型能够有效提高系统的风电消纳水平和能源利用效率,具有显著的低碳经济效益。此外,碳交易基准价格的合理设定能够引导系统提高碳捕集水平。

考虑绿色氢能证书和水电制氢的综合能源系统优化运行

利用清洁能源发电富余电力电解水制氢,绿色氢能实现了生产源头的二氧化碳零排放,在全球能源转型中扮演着重要角色。针对绿色氢能证书市场机制不健全等问题,该文提出一种考虑绿色氢能证书组合双向拍卖和水电制氢的综合能源系统优化运行方法。首先,为解决园区内绿色氢能证书价格和数量匹配不均衡的问题,提出绿色氢能证书组合双向拍卖(combinatorial double auction,CDA)交易机制竞价模型;其次,建立含水电制氢的综合能源系统优化模型,并将绿色氢能证书组合双向拍卖机制引入其中;最后,以某省含水电制氢的综合能源系统为例进行仿真分析,结果表明所提模型不仅能有效提高综合能源系统(integrated energy system,IES)的运行经济性,也能提升可再生能源的消纳量。

氢能技术及其在车用领域应用现状综述

化石燃料的快速消耗迫切地需要寻找绿色清洁的替代能源,氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源,具有高能量、无污染的特性,是当下重要的工业原料。本文较为全面地分析了氢能的制取与储存,并且围绕氢能在车用领域的应用,因为在碳峰值和碳中和的背景下,内燃机行业的发展正面临着最好的转型机遇。加快氢发动机关键技术的研发和应用已成为世界各国政府和各大汽车企业的重要战略。本文对比了氢燃料电池与氢燃料内燃机的特点,对未来氢能源利用的产业化前景进行了分析。

“双碳”目标下氢能产业技术发展分析

氢能作为清洁、高效的能源,对于实现全球能源转型和碳中和目标至关重要.随着全球能源需求增长和气候变暖挑战,世界各国都在积极推动能源绿色转型.氢能不仅可替代部分化石燃料,还是可再生能源的有效补充.近年来,全球能源领域正在经历绿色转型,氢能产业得到长足发展,其在交通、储能、工业等方面应用范围得到显著增长.从分析氢能产业技术入手,总结国内外氢能产业发展现状,梳理目前氢能产业面临的问题,展望氢能产业未来发展方向,全面阐述氢能链发展进展.未来,氢能预计将成为全球能源转型和实现气候目标的关键力量,促进清洁能源应用,为经济带来新增长点,对缓解气候变暖和提升能源安全具有重要意义.

基于专利数据的全球氢能产业技术创新态势分析与我国发展对策研究

氢作为一种高效清洁的能源和理想的能源转化媒介,可以广泛应用于工业、交通、电力等领域,助力能源绿色低碳转型。本文基于专利信息分析,面向氢能技术开展创新态势研究,为今后氢能领域的专利研究和产业规划提供参考依据。研究发现,全球氢能技术创新处于持续活跃的时期,中国在其中发挥着越来越重要的作用,但是创新主体中心化明显。进一步通过技术构成、相对技术优势指数、技术领域发展速率指数等研究方法比较氢能技术创新态势,在此基础上提出我国加快氢能产业链全面布局规划,强化企业创新主体地位,推进氢能产业规模化发展的建议。

基于系统动力学的交通领域氢能需求预测

为预测“双碳”目标下氢能的需求,充分挖掘与氢能需求相关的影响因素,构建了基于系统动力学的交通领域氢能需求预测系统。绘制了交通领域氢能需求预测系统的因果关系图和系统流图,重点考虑公共汽车、重型卡车和家用汽车的氢能替代,通过历史数据检验模型的有效性,以新疆地区为例,设置低速、中速、高速3个发展水平来分析政策支持和经济投入对交通领域氢能需求的影响。模拟结果表明,交通领域的转型在2030年前发展得较为缓慢,政策和经济投资的影响在之后会逐渐明显,发展水平越高各类交通工具的增长幅度会越来越大,至2050年高速发展水平下的平均氢能替代率会达到低速发展水平下的2.2倍,高速发展水平下的售氢回报会达到低速发展水平下的2.5倍。

停车场内氢能客车氢泄漏爆炸事故及风险分析

近年来,氢燃料电池汽车发展迅速。相较于氢燃料电池小汽车,氢能客车的尺寸大、储氢量大,存在的安全风险更大,研究停车场内氢能客车的氢泄漏爆炸事故及风险具有重要意义。采用FLACS软件预测停车场内的氢能客车关键部件失效后不同泄漏工况下的氢气云团的扩散过程,根据泄漏后氢气云团的含量分布特性,研究在不同点火位置下诱发氢气云爆炸事故后的爆炸超压特性;分析事故的影响范围,量化爆炸事故后果,提出爆炸风险防控建议;结合预测的事故发生概率对停车场内的氢能客车开展氢泄漏的风险分析,提出了一种氢能客车氢泄漏爆炸事故及风险分析方法。研究结果表明,环境风和停车场的规划布局都会影响泄漏后的氢扩散行为,当环境风向与停车场顶棚长度方向垂直时最有利于氢气的扩散,在大型客车停车场内氢能客车发生氢气泄漏后的扩散速度快,氢含量迅速下降,点火引发氢气云爆炸产生的爆炸冲击波威力较小,在最严重的泄漏场景下最大爆炸超压约为12.38 kPa。可在氢能客车TPRD装置附近以及停车位中间偏后对应的顶棚位置上安装灵敏度高的氢传感器,以提高实时监测氢气泄漏的灵敏度。停车场内氢泄漏后诱发氢气云爆炸事故的风险近似为3.64×10−^(7)次/年,低于风险可接受水平,该客车停车场符合安全性要求。研究结果为氢能客车与停车场内氢浓度传感器的布局以及停车场的规划建设提出了合理建议。

计及氢能高效利用和热电灵活输出的综合能源系统源荷灵活运行策略

为进一步发挥氢能高效利用优势,构建绿色低碳能源系统,提出一种计及氢能高效利用和热电联产灵活输出的综合能源系统源荷灵活运行策略。首先,对源侧供能模型进行两方面改进:一是引入含风电制氢、燃气混氢、多能用氢和储氢的氢能利用模型,并考虑到电解水和甲烷化反应过程中的热量散失情况,引入热量回收装置,构建计及热量回收的氢能高效利用模型;二是针对常规热电联产灵活性不足的问题,构建含电锅炉和有机朗肯循环的热电灵活输出模型,以解耦常规热电联产“以热定电”和“以电定热”限制。其次,在荷侧引入含可转移、可削减和可平移的电、热柔性负荷,以缓解电、热负荷峰谷差,并与源侧相结合,形成源荷灵活运行模型。最后,综合考虑阶梯型碳交易成本、设备运行维护成本、弃风成本以及购能成本,建立综合能源系统源荷灵活优化运行模型。采用CPLEX求解器对所提综合能源系统源荷灵活运行模型进行求解,并设置不同场景进行对比。结果表明,相比常规氢能利用模型,考虑所提计及热量回收的氢能高效利用模型时,系统的总成本、碳排放量分别降低了1.92%、4.22%,并且引入热电联产改进模型后,其总成本、碳排放量可进一步降低4.08%、7.32%,实现系统低碳、经济和灵活运行。

川渝地区氢能产业政策环境研究

具有零碳排放且可再生的氢能,是促进传统油气行业转型升级和推进“双碳”目标顺利实现的重要载体和抓手。作为新能源体系的重要支柱,氢能产业的健康可持续发展离不开政策的引导和支持。为了给各级政府提供决策参考、指导行业健康发展,从氢能产业制储运加用全产业链角度出发,调研了川渝地区氢能发展现状,重点对2019—2023年川渝地区氢能产业政策进行了梳理和深入研究。研究结果表明:(1)近几年川渝地区密集出台涉及氢能的扶持政策,基本涵盖了氢能全产业链的关键节点;(2)在发展路线方面,四川地区重点集中发展氢气的制备,重庆地区侧重发展氢能应用端;(3)在氢能消纳方面,两地政策都重点集中在氢燃料电池汽车领域;(4)在氢能补贴方面,两地氢能产业补贴包括氢能产业发展补贴、科技创新平台奖励等,不同城市的补贴领域、具体要求及补贴标准都各有不同;(5)在安全管理方面,川渝地区氢能管理办法相对保守,都将氢气纳入危险化工用品;(6)在加氢站建设与管理方面,川渝地区仅成都和攀枝花两市出台了关于加氢站建设与管理的具体办法,而在其他地区尚未制定相关政策。

实施氢能产业标准体系建设 开启氢能发展新征程

本文阐述了《氢能产业标准体系建设指南(2023版)》发布的背景和意义,介绍了氢能的优势和发展趋势,分析了氢能全产业链标准体系建设的必然性、急迫性、可行性,以及对氢能标准研制的思路和实施全产业链标准体系建设的挑战与对策。

基于深度强化学习的氢能综合能源系统优化调度方法

为实现碳减排目标,氢能与综合能源系统的结合成为最具潜力的发展方向之一。针对当前氢能综合能源系统调度策略灵活性不足、复杂系统多目标优化求解困难等问题,提出一种基于深度强化学习的氢能综合能源系统优化调度方法。首先,采用耦合设备的变工况模型,构建风-光-氢-冷-热-电综合能源系统,拓展设备联合供能空间。其次,考虑系统运行成本、碳排放量、系统自供给平衡度和新能源利用率,基于最优解距离构建多目标优化模型,激发智能体探索性。然后,通过时序片段表征优化深度强化学习算法,增强了智能体对系统状态变化的估计精度。最后,在源荷实测数据的基础上设计仿真算例。结果表明,所提方法可以有效提高氢能综合能源系统调度的灵活性,充分挖掘氢能的碳减排潜力,实现调度经济性和环保性的双重优化。

考虑氢能利用与需求响应的综合能源系统低碳优化调度

综合能源系统(IES)对提高能源利用效率、减少碳排放具有重要意义.为了更好地实现这一目标,提出一种考虑氢能利用与需求响应的IES低碳优化调度方法.在源侧,构建以氢能利用为核心的IES模型来优化设备运行灵活性;在负荷侧,考虑到用户用能特征,建立基于Logistic函数的需求响应模型来优化负荷曲线、协助降碳;同时,为进一步挖掘系统的碳减排潜力,在优化模型中引入阶梯式碳交易机制;最后,综合考虑系统购能成本、运维成本、碳交易成本以及弃风成本,以IES日运行总成本最小为目标函数进行优化调度.算例验证结果表明,所构建模型不仅达到负荷削峰填谷的效果,同时可以有效地降低IES的运行总成本和碳排放,具有较好的低碳经济性.

考虑氢能应用的光伏直流微电网中储能容量配置寻优方法研究

针对光伏出力的间歇性与不稳定性,使得单纯依赖蓄电池进行能量平抑和调节,难以满足微电网持续稳定运行的需求,提出考虑氢能应用的光伏直流微电网中储能容量配置寻优方法。考虑氢能在光伏直流微电网中的应用,对光伏电池、蓄电池以及电解槽—储氢罐—燃料电池建模分析。根据建模分析结果,设计功率平抑控制策略与混合储能充放电管理策略。将最大化年净利润与光伏自消纳率作为优化目标,建立储能容量配置优化模型,获得储能容量最优配置结果。实验结果表明,应用所提方法后,光伏直流微电网的功率偏移率实现了显著的降低,调峰能力得到了有效优化,并且调度后微电网的自平衡率大幅提升,表明该方法具有良好的容量配置效果。

基于HyRAM软件的LNG氢能综合应用实验优化设计仿真

新能源与清洁能源装置的量化安全管理,实验教学的难点。为使学生了解未来液化天然气(LNG)接收站与氢能产业联合发展变化,以LNG接收站为实验平台,通过运用HyRAM软件模拟氢气泄漏的典型场景,对气体泄漏后发生的喷射火与蒸汽云超压的危害区域进行事故分析;根据分析结果进行保护层的优化设计。LNG接收站与HyRAM软件的结合扩展了常规安全实验室的模拟功能,使学生了解LNG接收站的具体工艺流程,锻炼学生利用氢能风险评估软件进行风险分析的能力,为安全工程复合型人才培养的实验教学提供了有益探索。

计及热负荷柔性的户用氢能系统运行优化研究

针对风电/光伏出力的随机性和间歇性给户用氢能系统热电联供可靠性带来的挑战,提出基于热负荷柔性松弛运行约束的户用氢能系统热电联供优化策略。首先,搭建包含不同模块的户用氢能系统基础架构,并详细说明该系统的运行原理;其次,建立系统中关键环节的数学模型,确定电解槽平均氢/热比和燃料电池在不同温度下电/热比的范围;然后,为了兼顾用户的舒适度和热负荷的灵活性,根据热感觉平均标度预测指标对户用氢能系统的热负荷需求进行调整;最后,综合考虑储氢罐的容量限制、氢能设备的电/热功率和用户侧柔性热能需求等约束条件,以总投资成本最少和新能源弃电率最低为目标,建立户用氢能系统优化运行模型。仿真结果表明:引入柔性热负荷进行运行调节时,不仅增强了可再生能源的消纳能力,还显著降低了系统的运行成本。

河南发展氢能产业的路径研究

氢能科学技术和氢能产业经历了科学研究、经济研究、绿色氢能研究、氢能产业战略四个阶段。中国发挥了超大单一市场的后发优势,有望成为首个成功发展氢能产业的经济体。河南发展氢能产业的优势在于基础好、规划早,但也存在着人才短缺和技术瓶颈制约的挑战。河南应以技术攻关为导向构建氢气制备产业,以需求特征为导向构建氢能储运产业,以优势企业为龙头提升氢燃料电池的技术与应用,充分发挥地理区位优势,建设全国氢能储运枢纽和氢能经济中心。

我国氢能产业高质量发展现状、问题与建议

氢能产业对工业高质量发展至关重要。绿氢是未来能源系统不可或缺的构成要素,也是工业和交通等领域脱碳的利器。2022年以来,我国氢能产业进入快速发展阶段,主要表现为四个特点:一是氢气产量加速增长、煤炭是制氢的主要来源;二是国家和地方政府有关氢能发展的政策密集出台;三是我国绿氢项目规划与建设初步呈现多元化格局;四是“三北”地区(东北、华北北部和西北)有望成为我国绿氢生产基地。然而,我国氢能产业还存在一些与高质量发展要求不符的问题,主要表现为来自化石燃料制取的氢气产量大幅增加,加大了我国碳减排压力,电解水制氢技术与国际先进水平尚有差距,氢能制储运加用环节部分设备仍有短板,地方氢能政策与融资过于偏向氢燃料电池汽车等三大问题。为推动我国氢能产业良性发展,充分发挥绿氢产业对我国工业高质量发展的贡献,各级政府应基于能源转型逻辑,合理确定绿氢在能源转型中的作用边界,合理把握绿氢各种应用场景的优先次序和推广节奏,并进一步完善以绿氢为导向的氢能融资与监管政策。

“双碳”目标下氢能科学与工程新兴专业课程体系建设探索

氢能产业的高质量发展,有助于我国实现“双碳”目标。但目前氢能产业人才短缺的问题突出,加快氢能产业人才培养已迫在眉睫。氢能科学与工程专业是教育部批准设立的新兴专业,该专业的课程体系建设是个全新的课题。文章基于北京化工大学氢能科学与工程专业的建设思路,从大化工领域本科人才培养的视角,探讨了氢能科学与工程专业课程体系建设方案,以期为高校新兴专业的建设提供参考。