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氢能与燃料电池
★ 5.0
海上风电制氢系统布局与电解槽容量的联合优化
Joint Optimization of Layout and Electrolyzer Capacity for Decentralized Offshore Wind-Powered Hydrogen Production
| 作者 | |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Informatics |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 技术分类 | 氢能与燃料电池 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 海上风电制氢 平准化制氢成本 联合优化模型 双层分布式分解法 成本降低 |
语言:
中文摘要
近年来,海上风力制氢(OWPHP)作为一种可持续且环保的方式在全球范围内受到了广泛关注。为降低分散式海上风力制氢的平准化制氢成本(LCOH),我们提出了一个联合优化模型,该模型在考虑风机尾流效应的同时,对风电场布局和电解槽容量进行同步优化。此外,为解决计算复杂性问题,我们开发了一种双层分布式分解方法(BLDDM),该方法能够以分层和分布式的方式将原问题分解为多个子问题,从而可以利用交替方向乘子法进行高效求解。基于实际数据开展了案例研究,以验证该模型的有效性。研究表明,与单独优化的方法相比,联合优化方法能够显著降低平准化制氢成本。同时,所提出的双层分布式分解方法比常用的非线性优化算法具有更好的计算性能。
English Abstract
Recently, there has been a surge in interest globally for offshore wind-powered hydrogen production (OWPHP) as a sustainable and environmentally friendly approach. To cut the levelized cost of hydrogen (LCOH) of the decentralized OWPHP, we propose a joint optimization model that simultaneously optimizes the wind farm layout and electrolyzer capacity, accounting for the wake effect among turbines. Further, to address the computational complexities, a bi-level distributed decomposition method (BLDDM) is developed, which could decompose the primary problem into several subproblems in a hierarchical and distributed manner, allowing the efficient solution with alternating direction method of multipliers. Case studies are conducted based on actual data to validate the effectiveness of the model, demonstrating that the joint optimization approach would significantly reduce the LCOH compared to the individual approach. Meanwhile, the proposed BLDDM has a better computational performance than the commonly used nonlinear optimization algorithms.
S
SunView 深度解读
该论文针对海上风电制氢的分散式架构提出联合优化方案,对阳光电源在新能源制氢领域的战略布局具有重要参考价值。从技术路径看,分散式制氢系统将电解槽直接部署在海上风机侧,避免了集中式方案中的海底高压输电损耗,这与阳光电源在分布式能源系统的技术积累高度契合。
论文的核心创新在于同步优化风机布局与电解槽容量配置,通过双层分布式分解算法有效降低制氢平准化成本(LCOH)。这为阳光电源的风电变流器和电解槽电源系统的协同设计提供了理论支撑。特别是在尾流效应建模方面,该方法可指导公司优化海上风电场的功率电子设备配置策略,提升系统整体经济性。阳光电源已具备大功率变流器、储能变流器及氢能电源系统的产品矩阵,具备将该优化方法工程化的技术基础。
从应用前景看,全球海上风电制氢正处于示范向商业化过渡阶段,欧洲北海、中国东南沿海均有大规模项目规划。阳光电源可将此优化模型嵌入能源管理系统(EMS),形成"风电变流器-储能系统-电解槽电源"的一体化解决方案,增强系统集成竞争力。
技术挑战主要集中在海洋环境的极端工况适应性、设备长周期免维护设计,以及氢气储运的安全性。此外,分散式架构对设备可靠性要求极高,需要阳光电源在功率电子拓扑、散热设计和智能运维方面持续创新。建议公司加强与风电整机厂商、电解槽制造商的生态合作,推动标准化接口开发,抢占海上绿氢产业链的关键环节。