風(fēng)氫耦合發(fā)電技術(shù)的發(fā)展

風(fēng)氫耦合發(fā)電技術(shù)的發(fā)展

0儲(chǔ)能存儲(chǔ)綜合高效低碳經(jīng)濟(jì)技術(shù)方案全域隨著人類社會(huì)的快速發(fā)展，高效、清潔的能源發(fā)電技術(shù)得到了世界各國的高度重視。風(fēng)電作為可再生能源的主要利用形式,其快速、規(guī)模化發(fā)展使得電網(wǎng)消納風(fēng)電的困難凸顯。為使風(fēng)力發(fā)電得到更為廣泛的發(fā)展,亟待解決兩大難題:(1)由于風(fēng)資源的隨機(jī)性、間歇性及無規(guī)律性,導(dǎo)致風(fēng)電電能品質(zhì)差,且高滲透率對(duì)電網(wǎng)沖擊較大,很多情況下被迫棄風(fēng);(2)風(fēng)電電能存儲(chǔ)較難,傳統(tǒng)的電化學(xué)儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能及物理儲(chǔ)能技術(shù)無法滿足能量大量存儲(chǔ)和未來純綠色能源發(fā)展需求,且運(yùn)行成本較高。能量合理存儲(chǔ)是解決風(fēng)電上網(wǎng)難的方案之一。抽水蓄能和壓縮空氣儲(chǔ)能是相對(duì)成熟的技術(shù)方案,但該方案的實(shí)施依賴于特定的條件,如大量的水源,合理的地勢(shì),一定的化石燃料等;電化學(xué)蓄電池是另一途徑,但在短期內(nèi),無論是鉛酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池,還是全釩氧化還原液流電池都將受成本和技術(shù)成熟度的限制;其他的儲(chǔ)能方式,如飛輪儲(chǔ)能等都因?yàn)樾侍?、容量太?難以適應(yīng)規(guī)模化應(yīng)用的挑戰(zhàn)。氫作為一種清潔能源,具有能量密度高、容量大、壽命長、便于儲(chǔ)存和傳輸?shù)忍攸c(diǎn),因而成為風(fēng)電規(guī)?；C合開發(fā)利用、儲(chǔ)存的優(yōu)選方案之一。風(fēng)電通過電解水制氫儲(chǔ)能,不僅可以將氫作為清潔和高能的燃料融入現(xiàn)有的燃?xì)夤?yīng)網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)電力到燃?xì)獾幕パa(bǔ)轉(zhuǎn)化,又可以直接高效利用,尤其是在燃料電池等高效清潔技術(shù)快速發(fā)展的背景下。風(fēng)電制氫,提供燃料電池汽車清潔的氫燃料,將形成真正意義上的綠色能源汽車。本文綜述的風(fēng)氫耦合發(fā)電不僅可以提供高品質(zhì)的電力輸出,還能提供清潔、易儲(chǔ)存、易傳輸?shù)臍渥鳛槎文茉?進(jìn)一步進(jìn)行綜合利用。1風(fēng)氫耦合產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)特征1.1風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)圖1是美國國家再生能源實(shí)驗(yàn)室(nationalrenewableenergylaboratory,NREL)的Wind2H2計(jì)劃提出的風(fēng)氫耦合系統(tǒng)結(jié)構(gòu),代表了典型風(fēng)氫耦合發(fā)電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。圖1中包括清潔的風(fēng)電、電解水制氫裝置、壓力儲(chǔ)氫設(shè)備、燃料電池(fuelcell,FC)或氫燃料內(nèi)燃機(jī)發(fā)電(H2internalcombustionengines,H2ICE)和氫輸送與應(yīng)用等。通過控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)風(fēng)電上網(wǎng)與制氫電量比例,最大限度地吸納風(fēng)電棄風(fēng)電量,緩解規(guī)?；L(fēng)電上網(wǎng)“瓶頸”問題,利用棄風(fēng)電量電解水制氫和副氧,通過壓力儲(chǔ)氫提高氫的存儲(chǔ)密度。氫作為多用途、高密度的清潔能源,既可通過FC或H2ICE反饋給電網(wǎng)以提高風(fēng)電上網(wǎng)電能品質(zhì),又可作為能源載體通過車載或管道方式進(jìn)入工業(yè)和商業(yè)領(lǐng)域,如氫進(jìn)入燃?xì)夤艿?、冶金、化工等行業(yè)。與此同時(shí),風(fēng)氫耦合系統(tǒng)也將極大地推動(dòng)純綠色能源汽車—?dú)淙剂想姵仄嚠a(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。1.2風(fēng)、氫結(jié)合能源的特點(diǎn)1風(fēng)氫耦合發(fā)電系統(tǒng)電解槽的設(shè)計(jì)原則不同種類電解槽的數(shù)據(jù)參數(shù)如表1所示,考慮壓力存儲(chǔ)設(shè)備情況下,其效率將降低5%。傳統(tǒng)電解槽是在穩(wěn)定電能條件下,定氫生產(chǎn)率運(yùn)行的,而風(fēng)氫耦合發(fā)電系統(tǒng)中的風(fēng)電具有間歇性、隨機(jī)性等特點(diǎn),因而電解槽應(yīng)具有不穩(wěn)定電能條件下安全、可靠和高效制氫的能力。目前世界上的風(fēng)電制氫系統(tǒng)普遍采用的是堿式和質(zhì)子交換膜(protonexchangemembrane,PME)式電解槽,因?yàn)檫@兩種電解槽可在間歇波動(dòng)性功率、大壓力、高電流密度、低電壓下穩(wěn)定運(yùn)行。2壓縮氫氣儲(chǔ)氫方式的選擇氫作為一種能源載體,可替代傳統(tǒng)的儲(chǔ)能,是一種較具前途的新型儲(chǔ)能方式。氫的存儲(chǔ)方式有壓縮氣態(tài)、低溫液態(tài)(如金屬氫化物、碳材料等)和固態(tài)(如甲醇、氨等)。其中,壓縮氣體儲(chǔ)氫是氫規(guī)?；鎯?chǔ)的首選方式。氫存儲(chǔ)方法及相應(yīng)的泄露特性如表2所示。由表2可見,壓縮氣態(tài)儲(chǔ)氫方式下的能量損失相對(duì)較少,且具有較高的轉(zhuǎn)換效率;活性炭在低溫條件下也具有較高的效率。由于風(fēng)氫耦合發(fā)電系統(tǒng)中風(fēng)電制氫的時(shí)間較長,因而具有較低能量損失、較高效率的壓縮氣態(tài)儲(chǔ)氫較適用于風(fēng)氫耦合發(fā)電系統(tǒng)。儲(chǔ)氫系統(tǒng)在啟動(dòng)時(shí)存在時(shí)滯,如果其時(shí)滯超過燃料電池的啟動(dòng)時(shí)間,將增加電池儲(chǔ)能的容量,減小氫存儲(chǔ)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間,對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要的意義。3低溫動(dòng)力電池在發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用FC分為高溫和低溫兩類,如圖3所示。各種FC的特性參數(shù)如表3所示。風(fēng)氫耦合發(fā)電系統(tǒng)中,低溫燃料電池因具有靈活啟停、適應(yīng)間歇性運(yùn)行的特性而受到廣泛應(yīng)用。但燃料電池普遍具有響應(yīng)時(shí)間不能滿足負(fù)荷瞬時(shí)變化及風(fēng)電瞬時(shí)功率波動(dòng)的特性,因而需與超級(jí)電容器、飛輪儲(chǔ)能、電池儲(chǔ)能等配合應(yīng)用,才能達(dá)到較高的電能質(zhì)量。2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與進(jìn)展2.1世界風(fēng)電制氫經(jīng)驗(yàn)及發(fā)展概況目前國際上已有美國、德國、加拿大、西班牙、英國、挪威、希臘等許多國家支持并計(jì)劃利用可再生能源(主要是風(fēng)電)結(jié)合燃料電池離或并網(wǎng)發(fā)電研究與示范[21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50]。Wind2H2計(jì)劃是由美國能源部NREL與Xcel能源公司于2004年合作的計(jì)劃,此計(jì)劃旨在協(xié)助科研人員掌握可再生能源與電解制氫之間的關(guān)鍵技術(shù),其具體內(nèi)容如下:研究氫儲(chǔ)能技術(shù),可再生能源功率控制及成本效益分析;掌握風(fēng)/氫系統(tǒng)容量優(yōu)化配置方案;研究再生能源上網(wǎng)和電解水所需電量的比例,并進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析;研究電解技術(shù)(PEM電解槽和堿性電解槽)對(duì)風(fēng)氫系統(tǒng)的影響;推進(jìn)系統(tǒng)整合、規(guī)模化和產(chǎn)業(yè)化。世界其他各國示范工程皆與Wind2H2計(jì)劃類似,可歸納為以下幾個(gè)共同研究方向:根據(jù)負(fù)荷需求,確定風(fēng)電是直接并網(wǎng)還是用于制氫;制/儲(chǔ)氫裝置的穩(wěn)定直流電源控制,即AC/DC變流器控制;制氫與燃料電池的容量配置問題;燃料電池啟停機(jī)控制;協(xié)調(diào)控制再生能源和燃料電池的輸出比例,保證系統(tǒng)穩(wěn)定高品質(zhì)的電力輸出[21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50]。歐洲委員會(huì)在1998至2002年間結(jié)合各領(lǐng)域的發(fā)展與研究,提出了第五框架計(jì)劃,此計(jì)劃擁有兩個(gè)主要實(shí)驗(yàn)基地(希臘和西班牙),其目標(biāo)為:整合再生能源、制氫/儲(chǔ)氫和燃料電池技術(shù),發(fā)展純凈的規(guī)模化制氫及儲(chǔ)氫技術(shù),提高再生能源對(duì)電網(wǎng)的滲透率及利用效率,解決再生能源供給波動(dòng)性問題等。本世紀(jì)初,風(fēng)電制氫概念和系統(tǒng)設(shè)計(jì)開始得到世界范圍的重視,相關(guān)研究也相繼展開。2000年至2012年間世界各國主要的風(fēng)/氫示范工程及關(guān)鍵技術(shù)見附錄A表A1。早期風(fēng)氫系統(tǒng)示范工程僅關(guān)注風(fēng)電、制氫(電解槽)、儲(chǔ)氫及FC直接簡單功率控制[21,22,23,24,25,26,27,28]。近十年來,風(fēng)氫系統(tǒng)示范工程發(fā)展較快,涉及變功率制氫技術(shù)、子系統(tǒng)間協(xié)調(diào)控制、容量配置、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析等[34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50]。2012年以來,隨著科技的發(fā)展和工程示范經(jīng)驗(yàn)的積累,風(fēng)氫系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)取得明顯突破,系統(tǒng)在線動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制、風(fēng)氫熱電聯(lián)產(chǎn)以及并網(wǎng)風(fēng)氫系統(tǒng)與電網(wǎng)相互作用機(jī)理探究等,將成為今后風(fēng)氫系統(tǒng)工程示范所面臨的挑戰(zhàn)。國外專家提出了氫協(xié)同可再生能源(特別是風(fēng)能)發(fā)電的綠色能源系統(tǒng)這一概念。氫作為新型的儲(chǔ)能方式,與風(fēng)電結(jié)合將改善規(guī)?；L(fēng)電對(duì)電網(wǎng)的影響,電解槽作為可控負(fù)荷與電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制解決規(guī)?；L(fēng)電接入電網(wǎng)“瓶頸”問題,高效利用風(fēng)電大發(fā)時(shí)段棄風(fēng)電量,提高風(fēng)電上網(wǎng)電能品質(zhì)。在偏遠(yuǎn)地區(qū)(孤島系統(tǒng)或弱電網(wǎng)系統(tǒng)),常規(guī)能源難以保證供電質(zhì)量,且投資較高,而氫作為多用途能源載體,具有熱電氫聯(lián)產(chǎn)、氫—加氫站—純綠色能源汽車一體化建設(shè)等顯著的優(yōu)點(diǎn),可有效解決上述問題。與此同時(shí),利用儲(chǔ)氫緩解風(fēng)電過剩與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)脆弱的矛盾問題,風(fēng)電制氫增援電網(wǎng)方式比調(diào)整電網(wǎng)功率不平衡量更加經(jīng)濟(jì)可行。文獻(xiàn)指出并網(wǎng)風(fēng)氫耦合發(fā)電系統(tǒng)分兩種運(yùn)行方式:(1)風(fēng)電棄風(fēng)量最小化(存儲(chǔ)由于電網(wǎng)約束而無法上網(wǎng)的多余風(fēng)電電量);(2)波動(dòng)的風(fēng)電出力匹配變化的負(fù)荷需求(控制策略的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)輸入和輸出功率最小化,需要規(guī)?；瘍?chǔ)氫系統(tǒng)在低風(fēng)或無風(fēng)時(shí)段保證負(fù)荷需求),較適合于孤島運(yùn)行系統(tǒng)。文獻(xiàn)指出風(fēng)氫耦合發(fā)電系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率較低(當(dāng)前技術(shù)水平下,電—?dú)洹娹D(zhuǎn)換效率<40%),但能量管理在技術(shù)上是可行的。同時(shí)研究了依賴電力價(jià)格波動(dòng)的氫最低定價(jià)問題,氫的價(jià)格由高風(fēng)電滲透情況下電解槽的年運(yùn)行小時(shí)數(shù)決定,風(fēng)氫耦合發(fā)電系統(tǒng)能量管理與技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析,通過不同運(yùn)行方式進(jìn)行分析,得出有效的風(fēng)氫系統(tǒng)轉(zhuǎn)換函數(shù)。在進(jìn)行上述理論研究與工程實(shí)踐的過程中,世界范圍內(nèi)逐漸開發(fā)了以氫作為儲(chǔ)能的風(fēng)氫耦合系統(tǒng)評(píng)估與仿真軟件工具包,主要包括以下幾種:TRNSYS是由美國Wisconsin-Madison大學(xué)SolarEnergy實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的基于圖形化環(huán)境下靈活模擬系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的軟件平臺(tái),仿真重點(diǎn)是評(píng)估電能和熱能系統(tǒng)性能,其標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫中的模型約為150種,其中包含風(fēng)電制氫系統(tǒng)和燃料電池系統(tǒng)模擬計(jì)算;HOMER是由美國NREL發(fā)展起來的一個(gè)小型的電力系統(tǒng)優(yōu)化模型軟件,可應(yīng)用于離網(wǎng)和并網(wǎng)的電力系統(tǒng)評(píng)估設(shè)計(jì)任務(wù)中,主要側(cè)重于系統(tǒng)優(yōu)化和敏感性分析,可進(jìn)行風(fēng)電制氫與燃料電池系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性評(píng)估及敏感性分析等;GRHYSO是西班牙開發(fā)的再生能源并網(wǎng)混合系統(tǒng)優(yōu)化評(píng)估軟件,其中包括風(fēng)電、制氫、儲(chǔ)氫、燃料電池等模塊,可進(jìn)行風(fēng)氫耦合系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)和能源優(yōu)化評(píng)估等。2.2風(fēng)電直接制氫新技術(shù)目前,國內(nèi)部分科研院所及高校進(jìn)行了初步試驗(yàn)和經(jīng)濟(jì)性分析,但國內(nèi)尚無商業(yè)化運(yùn)行的風(fēng)電制氫儲(chǔ)能和燃料電池發(fā)電系統(tǒng),也沒有規(guī)?；L(fēng)電制氫儲(chǔ)能的示范工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),國內(nèi)研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)還未擁有適用于規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)的風(fēng)電制儲(chǔ)氫和燃料電池發(fā)電系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)。2014年度國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)、國家科技支撐計(jì)劃能源領(lǐng)域備選項(xiàng)目征集指南中,風(fēng)力發(fā)電方向下設(shè)風(fēng)電直接制氫及燃料電池發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)研究與示范研究項(xiàng)目,項(xiàng)目內(nèi)容為:開發(fā)間歇性風(fēng)電直接制氫關(guān)鍵技術(shù),研究風(fēng)電、制氫、儲(chǔ)氫及燃料電池匹配、控制和系統(tǒng)集成技術(shù),開展系統(tǒng)應(yīng)用示范,并進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析研究。中國風(fēng)氫耦合發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)研究正處于起步階段,在國家的高度重視和大力支持下,必將快速推進(jìn)技術(shù)攻關(guān)及工程化應(yīng)用。3高熱效率提議與精細(xì)紡織有關(guān)3.1pem電解槽理想情況下,電解槽功率波動(dòng)耐受度為0~100%額定工作功率,而現(xiàn)存的商業(yè)堿性電解槽功率最小運(yùn)行功率限制在25%~50%額定工作功率。當(dāng)功率小于最小運(yùn)行功率限制時(shí),電解槽被迫停機(jī),重新啟動(dòng)堿性電解槽需要30~60min,風(fēng)電制氫的效率也將由此大幅降低。隨著技術(shù)的進(jìn)步,堿性電解槽功率最小運(yùn)行限制在5%~10%額定功率,調(diào)節(jié)速度達(dá)200ms,較適合于規(guī)?；邼B透風(fēng)電制氫系統(tǒng)(兆瓦級(jí))。PEM電解槽具有簡單性、快速啟動(dòng)性及寬泛的運(yùn)行范圍(5%~100%額定功率),但受容量(50~250kW)和成本的約束,更適合于小規(guī)模的風(fēng)氫耦合發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行要求。因此,研究風(fēng)電功率波動(dòng)對(duì)制氫質(zhì)量、效率以及電解槽壽命的影響,探索電源電壓及功率大幅波動(dòng)下,安全、穩(wěn)定、高效的制氫技術(shù)是風(fēng)氫耦合系統(tǒng)工程推廣應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。3.2風(fēng)氫耦合系統(tǒng)的儲(chǔ)氫技術(shù)氫氣是世界上最輕的物質(zhì),其高密度儲(chǔ)存是一個(gè)世界性難題。目前氫儲(chǔ)存方法主要有以下幾種:壓縮儲(chǔ)氫是目前廣泛使用的儲(chǔ)存方式,經(jīng)濟(jì)性較好,對(duì)環(huán)境污染較小;液化儲(chǔ)氫具有很高的能量密度,效率可達(dá)93%,但成本較高,主要用于航空航天領(lǐng)域;金屬氫化物儲(chǔ)氫體積密度可高達(dá)100kg/m3以上,是所有儲(chǔ)氫方式中最高的,但質(zhì)量比較大,成本也高于壓縮儲(chǔ)存方式;碳質(zhì)吸附儲(chǔ)氫還處于初期發(fā)展階段。目前適應(yīng)風(fēng)氫耦合系統(tǒng)的大容量高密度儲(chǔ)氫技術(shù)主要包括壓縮、儲(chǔ)存與供氫一體化設(shè)計(jì)與集成技術(shù),大容積輕質(zhì)復(fù)合高壓儲(chǔ)氫瓶開發(fā)技術(shù),集安防與遠(yuǎn)程控制一體化的壓縮機(jī)開發(fā)技術(shù),在有效提升儲(chǔ)氫密度的同時(shí),降低儲(chǔ)氫瓶生產(chǎn)成本;隨著金屬氧化物儲(chǔ)氫技術(shù)的成熟與成本的降低,將逐漸應(yīng)用于風(fēng)氫耦合發(fā)電系統(tǒng)。3.3回收燃料水產(chǎn)物研究電解制氫產(chǎn)生的副氧與空氣的合理配比,在提高燃料電池電化學(xué)性能的同時(shí),不影響傳質(zhì)過程和水的排出,同時(shí)合理設(shè)計(jì)冷凝系統(tǒng),對(duì)燃料電池的水產(chǎn)物進(jìn)行回收并補(bǔ)給電解制氫,以減少對(duì)外部水資源的依賴,具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。風(fēng)氫耦合發(fā)電系統(tǒng)中水—氧自循環(huán)技術(shù)的應(yīng)用,不僅提高了整個(gè)系統(tǒng)的供電質(zhì)量,而且在風(fēng)電停運(yùn)時(shí),保證了電解槽最小技術(shù)穩(wěn)定運(yùn)行、高效循環(huán)利用燃料電池產(chǎn)生的水和電解槽產(chǎn)生的副氧,對(duì)風(fēng)氫耦合發(fā)電系統(tǒng)的工程化應(yīng)用具有積極的推進(jìn)作用。3.4風(fēng)氫功率的設(shè)置研究風(fēng)氫互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)最優(yōu)容量配置方法及協(xié)調(diào)控制策略,可實(shí)現(xiàn)風(fēng)電上網(wǎng)功率、制氫功率及棄風(fēng)功率的合理設(shè)置,實(shí)現(xiàn)風(fēng)氫的高效、經(jīng)濟(jì)綜合利用。氫儲(chǔ)能系統(tǒng)抑制風(fēng)電功率波動(dòng),提高微網(wǎng)協(xié)同下的風(fēng)電品質(zhì)和經(jīng)濟(jì)性,同時(shí)制氫作為動(dòng)態(tài)負(fù)荷,實(shí)時(shí)調(diào)控風(fēng)電與負(fù)荷之間的不平衡功率。3風(fēng)氫耦合場(chǎng)運(yùn)行分析方法規(guī)模化風(fēng)氫耦合場(chǎng)控制策略:風(fēng)電離網(wǎng)運(yùn)行時(shí),研究風(fēng)電出力與制儲(chǔ)氫、運(yùn)氫能力及燃料電池發(fā)電功率的協(xié)調(diào)控制技術(shù);風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行時(shí),根據(jù)電網(wǎng)需求、制儲(chǔ)氫量、運(yùn)氫能力,研究風(fēng)電上網(wǎng)功率、電解消耗功率和燃料電池發(fā)電功率的協(xié)調(diào)控制策略;確定合理的風(fēng)氫耦合場(chǎng)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運(yùn)行分析方法。微網(wǎng)風(fēng)電耦合氫儲(chǔ)能控制策略:結(jié)合其他能源(如光伏、燃?xì)廨啓C(jī)等)與儲(chǔ)能(電池、飛輪、超級(jí)電容器等)形式,研究風(fēng)電、電解槽及燃料電池協(xié)同控制方法,確保微網(wǎng)在并網(wǎng)和孤島情況下,均具有較高的可靠性、良好的電能品質(zhì)和經(jīng)濟(jì)性。3.5電、電、氫、電網(wǎng)的連接機(jī)制1風(fēng)氫耦合場(chǎng)附加阻尼控制策略研究風(fēng)氫耦合場(chǎng)的故障暫態(tài)功率與暫態(tài)電壓特性,提出改善風(fēng)氫耦合場(chǎng)暫態(tài)電壓措施,使其滿足低電壓穿越(lowvoltageridethrough,LVRT)和高電壓穿越(highvoltageridethrough,HVRT)要求,在外部電網(wǎng)故障期間不脫網(wǎng)運(yùn)行,保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。設(shè)計(jì)合理的風(fēng)氫耦合場(chǎng)附加阻尼控制策略,可有效增強(qiáng)含規(guī)?；L(fēng)氫耦合場(chǎng)的電力系統(tǒng)機(jī)電阻尼。通過研究規(guī)?；L(fēng)氫耦合場(chǎng)并網(wǎng)后對(duì)于局部振蕩模態(tài)的阻尼特性影響,以及互聯(lián)電力系統(tǒng)的區(qū)間低頻振蕩模式分析,確立含規(guī)模化風(fēng)氫耦合場(chǎng)互聯(lián)電網(wǎng)區(qū)間振蕩阻尼控制方法。2孤島型微網(wǎng)系統(tǒng)的供電控制策略風(fēng)電耦合氫儲(chǔ)能分散式接入微網(wǎng),研究其與純綠色能源汽車加氫站、燃料電池發(fā)電以及其他能源形式之間的智能調(diào)度,孤島型微網(wǎng)系統(tǒng)中風(fēng)電結(jié)合燃料電池供電與電解槽耗電的微網(wǎng)供電平衡控制策略,微網(wǎng)在不同故障條件下的保護(hù)整定方案、故障診斷、動(dòng)作策略以及網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方案等。3.6風(fēng)氫耦合系統(tǒng)計(jì)算成本的復(fù)配方案,確立了“風(fēng)險(xiǎn)—技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)研究技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法,對(duì)風(fēng)氫耦合系統(tǒng)進(jìn)行合理、有效的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析,選取技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)敏感性指標(biāo),完成一套適合風(fēng)氫耦合系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)體系,對(duì)風(fēng)氫耦合系統(tǒng)的工程技術(shù)及產(chǎn)業(yè)規(guī)模推廣具有重要的指導(dǎo)意義。4中國風(fēng)氫耦合發(fā)電發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展前景目前,中國尚未提出明確的風(fēng)氫耦合發(fā)電形式,但風(fēng)氫耦合發(fā)電的特點(diǎn)適應(yīng)于中國電力發(fā)展的需求與方向,在中國有著廣闊的發(fā)展前景,具體體現(xiàn)在以下方面。1全球風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀2000年以來全球風(fēng)電迅猛發(fā)展,截止到2012年底,全球風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量已達(dá)283.2GW,而中國也已達(dá)到78.3GW,中國已成為全球風(fēng)電增長最快的國家。根據(jù)國家的中長期發(fā)展規(guī)劃,到2020年底和2050年底,風(fēng)電總裝機(jī)容量將分別超過200GW和1000GW,其中大部分集中在“三北”和東部沿海地區(qū)。規(guī)?；L(fēng)電集中并網(wǎng),導(dǎo)致電網(wǎng)無法接納過多的風(fēng)電,會(huì)出現(xiàn)大量棄風(fēng)現(xiàn)象。氫作為規(guī)模化儲(chǔ)能,與風(fēng)電綜合開發(fā)利用,可有效解決風(fēng)電棄風(fēng)問題,提供高品質(zhì)的上網(wǎng)電能,同時(shí)產(chǎn)生的氫作為二次能源,將進(jìn)一步進(jìn)入化工、冶金、航空及新能源汽車領(lǐng)域。2風(fēng)電大量棄風(fēng),形成碳排放量高由于風(fēng)力發(fā)電具有強(qiáng)烈不穩(wěn)定性,每年中國現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電容量的約28%(6GW)無法被有效利用,直接經(jīng)濟(jì)損失數(shù)以億計(jì),世界上95%以上的氫氣生產(chǎn)高度依賴化石能源,僅中國每年就消耗煤炭近3000萬t用于制氫,由此直接產(chǎn)生的碳排放量達(dá)上億噸,造成嚴(yán)重的環(huán)境污染?！叭薄憋L(fēng)資源豐富地區(qū),風(fēng)電大量棄風(fēng)現(xiàn)象突顯,冬季供熱期尤為嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì),蒙東風(fēng)電場(chǎng)一年的棄風(fēng)量就高達(dá)3GW·h,相當(dāng)于7.5萬t制氫電耗。如果這部分風(fēng)能被充分利用,就地消耗電解水制氫,