“绿氢赋能碳中和能源系统”专辑
发布时间:2024年02月22日        点击数量:1808

特约主编:方家琨教授

 

方家琨,华中科技大学教授、电气与电子工程学院副院长,中国电机工程学会和IEEE高级会员,入选国家青年人才计划。2012年博士毕业于华中科技大学,随后在丹麦Aalborg University分别担任助理教授和副教授,2019年回国工作。从事电制氢装备和综合能源传输系统的建模、分析及优化控制等方面研究工作。作为骨干参与研制了我国首台移动式高温超导磁储能。在海外工作期间,多次作为项目共同负责人完成了电力制氢制气耦合天然气和电力系统的能源示范类项目。在Advanced MaterialIEEE TransactionsEnergy 等系列期刊上发表论文百余篇。目前担任中国可再生能源学会综合系统专业委员会委员、CIGRE绿色氢能工作组C1.48 Task LeaderIEEE电力能源协会下属2个分会的副主席以及湖北电机工程学会电力系统自动化专委会主任委员。

特约主编:林今长聘副教授

 

 

林今,清华大学电机系长聘副教授、博士生导师、未央书院院长助理,清华四川能源互联网研究院智慧氢能系统实验室主任。入选教育部青年长江学者、北京市科技新星计划。长期从事氢电一体化与高温氢能领域研究,主持十万吨级可再生能源制氢合成氨关键技术、大规模风光发电制--用氢柔性系统与固体氧化物电解水蒸汽制氢系统等国家级大型科技项目。目前担任国际氢能协会氢能系统专委会秘书长、IEEE中国区氢能专委会副秘书长、国家能源互联网联盟智慧氢能专委会秘书长、CIGRE绿色氢能工作组成员。承担并参与多个国家重点研发计划、国家自然科学基金项目研究工作,发表SCI/EI论文80余篇,曾获国家科技进步二等奖、教育部自然科学一等奖、四川省自然科学一等奖等奖励。

特约主编:陈胜青年教授

 

 

陈胜,河海大学电力工程系青年教授,入选中国科协青年人才托举工程和斯坦福全球前2%顶尖科学家榜单(年度影响力)。从事绿氢综合能源系统、电力交通融合等研究,担任中国电工技术学会青年工作委员会委员。目前主持国家自然科学基金2(面上、青年)。在本学科主流期刊上发表学术论文90余篇,其中以第一作者/第二作者在IEEE Transactions 系列期刊上发表论文20篇,4篇论文入选中信所F5000领跑者。Scopus数据库累计被引2 800余次,H指数30。担任JCR一区期刊Journal of Modern Power Systems and Clean Energy国际编委、EI期刊《电力自动化设备》专题联合特约主编。

特约主编:刘友文副教授

 

刘友文,华中科技大学副教授、博士生导师。主要从事电解水制氢电极设计合成的研究。以(共同)通信或第一作者在Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of AmericaNature CommunicationsAdvanced Materials 等期刊上发表论文40余篇,总被引3 500余次,10余篇被选为亮点、封面和高被引论文。先后主持或承担国家自然科学基金3项(2项面上和1项青年)和广东省自然科学基金重点项目。目前担任Nano Research EnergyChinese Chemical Letters、《无机材料学报》青年编委,和第四届中国化学会菁青论坛分会主席。先后获中国科学院院长优秀奖、中国化学会菁青化学新锐奖、中国研究生能源装备创新设计大赛优秀指导教师、华中科技大学研究生创新实践系列赛事杰出贡献指导教师等荣誉。

“绿氢赋能碳中和能源系统”专辑发布

特约主编寄语

氢能具有零碳排放、能量密度高、可跨季节存储的优势,将在建设新型能源体系中发挥重要作用。氢不仅可用于可再生能源消纳和季节性储能,而且是重要的化工原料和燃料。根据中国氢能联盟的测算,到2025年,我国每年用氢量将由目前的2000多万吨达到3000万吨,目前绝大部分氢采用断裂碳-氢键的方式制得。为实现全面的绿氢替代,国家发改委发布《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》,强调氢能是未来国家能源体系的重要组成部分,明确构建清洁化、低碳化、低成本的多元制氢体系,重点发展可再生能源制氢

可再生能源制氢是利用风电、光伏等可再生能源发电,在循环泵、热交换器等辅助设备的控制下,在电解槽中持续、稳定地发生电化学反应,产生氢气,其目标是高效、高速地将电能转化为氢能,是世界各国广泛关注的前沿技术。然而,传统的电解水制氢设备的设计与运行往往面向定功率场景,难以适应波动可再生能源。为实现绿氢系统的高效运行,需要从电解槽内部的电催化材料与物理环境、系统容量规划和运行控制策略3个层面开展跨学科的研究。

为建立电解水制氢与电力能源系统领域的桥梁,推动绿氢技术在电力综合能源系统中的融合,促进能源系统的低碳转型,《电力自动化设备》编辑部精心策划与组织了绿氢赋能碳中和能源系统专辑。自专辑征稿启事发布以来,得到学术界和产业界的积极响应,共收到近百篇饱含真知灼见的稿件。经编辑部组织专家进行严格评审,本专辑刊出论文31篇,分为4个专栏,分别为绿氢设备与系统的建模和分析理论、绿氢电力综合能源系统的容量规划与优化配置、绿氢电力综合能源系统的优化运行策略、绿氢电力综合能源系统的市场交易。下面将对这4个专栏中的论文进行简要介绍。

绿氢设备与系统的建模和分析理论

电解水制氢设备的建模是绿氢电力综合能源系统中的重要一环,其中电流密度场、温度场、浓度场等多物理场相互耦合,共同对电制氢效率产生影响。华中科技大学方家琨教授等对电解水制氢设备中的多物理场建模与调控技术进行了系统性综述,揭示了电解水制氢设备内传热、传质与气液两相流等多物理过程的耦合机理,以及外加光场的流场监测原理和外加磁场的调控技术;西安交通大学王丰教授、卓放教授等详细介绍了电解水制氢系统的多物理模型,并提出了一种考虑各环节多约束条件下的系统控制方法;华北电力大学石庆鑫老师、刘文霞教授等提出了对高压储气罐的温度-压强高阶非线性模型进行分段线性化处理,在保障较高精度的同时大幅提高了求解的效率;重庆大学任洲洋副教授等提出了电氢耦合系统定碳排运行域的概念及建模方法,并通过剖析其几何特征构建了电氢耦合系统的低碳评估指标体系;西南石油大学包广清教授等提出了一种考虑电转气、碳捕集系统和氢燃料电池的“以气定热”整体建模方法;武汉科技大学王斌教授等提出了谐波功率在互联变换器和交流子网之间的自适应控制模型;哈尔滨理工大学孙东阳副教授等对碱性电解槽的动态工作特性展开研究,综合对比了不同储能装置与电制氢协同运行的效果。

绿氢电力综合能源系统的容量规划与优化配置

含绿氢设备的电力综合能源系统的容量规划不仅影响着电制氢设备的运行效率,更决定了系统的经济效益。华中科技大学艾小猛副教授等提出了一种耦合光伏电解水、生物质气化、天然气重整技术的综合制氢系统鲁棒优化配置方法,同时考虑了光伏出力和生物质含水量的不确定性,并利用不同制氢技术间物质和能量双重耦合提高了系统运行能效;青海大学/清华大学陈来军副教授、梅生伟教授等设计了一种考虑光热集热单元的氢储能热电联供系统,建立了含光热集热单元的氢储能综合能源系统容量优化配置模型;河北工业大学王笑雪老师、梁栋老师等提出了一种氢电耦合微电网多阶段动态规划方法,并基于混合优化架构增强模型对多元不确定性的适应能力;北京交通大学王小君教授、刘曌老师、司方远副教授等提出了一种考虑脱网风险的区域电-氢能源系统两阶段规划方法;西南石油大学杨威副教授、张安安教授等针对综合能源系统清洁能源消纳问题,提出了一种考虑设备效率退化的可逆固体氧化物燃料电池氢储能容量优化配置方法;上海电力大学王育飞教授、薛花副教授、米阳教授等提出了耦合氢能的光储充电站设计思路,以最小化年建设成本、年弃光与失负荷成本、年总排放成本为目标建立了充电站的多目标优化配置模型。

绿氢电力综合能源系统的优化运行策略

研究适应绿氢设备的电力综合能源系统的运行策略能够在满足各类用户需求的前提下,最大化保障系统中源---储各环节的安全性和经济性。华南理工大学谢敏副教授、刘明波教授等提出了考虑电--混氢天然气耦合与需求响应的城市综合能源系统低碳优化调度方法;东北电力大学潘超副教授等考虑灵活性资源与异质能流的互补影响,构建了经济成本、风光消纳率、碳排放量等多评价指标,研究了区域型电--氢多能调控策略;昆明理工大学骆钊副教授等构建了两段式电转气设备及热电联产机组耦合的综合能源系统低碳经济调度模型;山东大学陈健副教授、张文教授等提出了一种考虑电解槽和蓄电池寿命衰减特性的分布式电热氢系统优化调度策略;东北电力大学李军徽教授、天津大学葛磊蛟副教授等提出了一种考虑海水淡化电制氢和热惯性的海港综合能源系统优化运行模型;青海大学/清华大学陈来军副教授等提出了一种考虑燃料电池变工况特性的风--氢综合能源系统优化调度方法;三峡大学翁汉琍教授等提出了基于气网-水网协同的多时间尺度滚动优化策略,对不同时间维度下的负荷需求波动进行精细化调度与平抑,同时降低运行成本;上海电机学院陈洁教授、曹喜民老师等利用网络层次分析法优化了风光互补制氢系统中碱性电解槽与质子交换膜电解槽的容量配置,以提升系统的经济性与制氢效率。

绿氢电力综合能源系统的市场交易

随着绿氢在电力综合能源系统的渗透率不断提高,两者逐渐呈现强耦合关系,给多能系统优化调度决策、市场交易机制与方法带来了新挑战。西南交通大学李奇教授、陈维荣教授等综述了面向含氢综合能源系统的电--氢耦合交易市场的研究现状,分别从市场交易标的物、交易对象、交易价格角度进行了阐述,并归纳分析了目前实现市场均衡的能源定价策略与市场出清机制;河海大学王冲教授、鞠平教授等提出了一种光热电站与风氢系统互补运行方式,辅之以绿证-碳交易机制的低碳市场政策,挖掘联合运行系统的减排能力;四川大学周步祥教授、邱一苇副研究员、臧天磊副教授等提出了模拟可再生能源发电、制氢、合成氨多主体生产运营的均衡分析模型;河海大学陈胜青年教授、卫志农教授等考虑电制氢的绿证效益,采用机会约束处理风电波动带来的不确定性,构建了电-氢综合能源系统的机会约束优化调度模型;西南交通大学李奇教授等提出了计及电--氢差异化激励需求响应的园区综合能源系统优化调度模型;河海大学谢俊教授等以运行收益最大为优化目标构建了含径流式水电的风--氢多能系统合作博弈增益分配模型;郑州工业应用技术学院葛淑娜工程师、张岩老师等提出了一种计及氢能精细化多元利用和绿证-碳联合交易的综合能源系统低碳经济优化调度策略;三峡大学李咸善教授、张磊副教授等提出了氢耦合区域综合能源系统集群双层博弈随机优化模型;兰州理工大学王建辉博士、西南石油大学包广清教授等针对源-荷不确定性下的多主体合作运行问题,提出了一种风险管控下计及绿色证书交易的光伏-氢多主体合作运行方法;南京工程学院赵楠老师等构建了多区域综合能源系统运营商与氢电混合动力车之间氢价补贴-充能响应的主从博弈模型。

衷心感谢各位专家学者对本专辑的积极响应和大力支持;感谢《电力自动化设备》编辑部为本专辑的策划、组织和出版所做的大量而细致的工作;感谢各位特约评审专家的严谨、客观、公正的评审。由于篇幅、主题以及稿件处理周期等限制,部分高水平稿件未能收入本专辑中,希望能够得到所有为本专辑撰稿的作者和广大读者的理解。最后,期望本专辑能够对绿氢电力综合能源系统的发展起到促进和推动作用。

 

 

         

                                                                                                                           

                                                                                                                                                                                                                           2023116

 

 

 

 
 
 
 

 

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