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超级电容器与氢储能混合储能系统的元件 sizing 与能量管理以改善风能系统的功率调度
Component Sizing and Energy Management for a Supercapacitor and Hydrogen Storage Based Hybrid Energy Storage System to Improve Power Dispatch Scheduling of a Wind Energy System
| 作者 | Md. Biplob Hossain · Md. Rabiul Islam · Kashem M. Muttaqi · Danny Sutanto · Ashish P. Agalgaonkar |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industry Applications |
| 出版日期 | 2024年10月 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 技术标签 | 储能系统 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 混合储能系统 氢能存储 组件 sizing 能量管理 风力发电系统 |
语言:
中文摘要
摘要:随着风能等可再生能源逐步取代传统发电厂,有必要为混合储能系统制定新的组件规模确定方法和能量管理方法,以实现承诺在特定时间间隔内向电网供应的预期调度功率水平。作为氢能存储(HES)运行的电解槽(ELs)、燃料电池(FCs)和储氢罐,不仅能为电力部门实现电气化,还能在风力发电系统中提供灵活的调度功率水平。为了充分发挥氢能存储的优势,本研究提出一种概率方法,用于合理确定由质子交换膜燃料电池/电解槽和超级电容器(SC)组构成的混合储能系统的规模。此外,还提出了一种两层能量管理方法,以改进氢能存储的功率调度安排。利用实际的风力数据,对所提出的规模确定方法进行了模拟,并与其他现有方法进行了比较。模拟结果表明,混合储能系统中的超级电容器可辅助处理高频波动,并避免与氢能存储相关的往返损耗带来的高昂成本。此外,两层能量管理策略有助于延长氢能存储的使用寿命、降低运行成本,并通过避免燃料电池和电解槽之间的频繁切换以及保持电解槽(充电)和燃料电池(放电)的同等启停次数,最大限度地提高氢能存储单元的利用率。
English Abstract
As renewable energy sources such as wind energy replace traditional power plants, new methods of component sizing and energy management for hybrid storage systems are necessary to achieve the expected dispatched power level that is committed to supply to the grid for a specific time interval. Electrolyzers (ELs), fuel cells (FCs), and hydrogen storage tanks working as hydrogen energy storage (HES) can, not only offer electrification of the power sector but also offer flexible dispatch power level in the wind energy generation system. To gain the benefits of HES, this study proposes a probabilistic approach to adequately size a hybrid energy storage system composed of a proton exchange membrane fuel cell/electrolyzer, and a supercapacitor (SC) bank. Furthermore, a two-layer energy management to improve power dispatch scheduling for the HES is proposed. Using real-world wind data, the proposed size specification method was simulated and compared to other existing methods. The simulation results demonstrate that the SC within the hybrid energy storage system can aid in the processing of high-frequency fluctuations and avoid the substantial cost of round-trip losses associated with HES. Furthermore, the two layers energy management strategy assists in extending HES operating lifetime, reducing operation cost, and maximizing HES unit utilization by avoiding excessive number of switching between FCs and Els and maintaining an equal number of turning ON/OFF of ELs (charging) and FCs (discharging).
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项针对超级电容器与氢储能混合系统的研究具有重要的战略参考价值。该论文提出的概率化容量配置方法和双层能量管理策略,与我司在储能系统集成和新能源调度领域的技术路线高度契合。
该研究的核心价值在于通过混合储能系统优化风电并网的功率调度可靠性。超级电容器处理高频波动,氢储能系统承担长周期能量平衡,这种分层架构与阳光电源ST系列储能系统的多时间尺度能量管理理念不谋而合。特别是双层能量管理策略通过减少电解槽和燃料电池的频繁切换,延长设备寿命并降低运营成本,这对我司正在拓展的氢能业务板块具有直接指导意义。所提出的方法可有效降低氢储能系统的往返损耗成本,提升整体经济性。
从技术成熟度评估,质子交换膜技术路线与超级电容器均已进入商业化阶段,但氢储能系统的初始投资和能量转换效率仍是制约因素。对阳光电源而言,机遇在于将该混合架构整合到"光储氢"一体化解决方案中,特别是在大型风光基地和工业园区微网场景。我司在功率电子变换和能量管理系统方面的技术积累,可有效降低系统集成复杂度。
技术挑战主要集中在:氢储能设备的国产化可靠性验证、不同储能介质间的协调控制算法优化,以及全生命周期成本模型的本土化适配。建议重点关注该论文的概率化设计方法,可应用于我司储能系统的容量配置工具开发,并结合实际项目数据验证其在光伏场景下的适用性,为公司氢储能产品线提供理论支撑和技术储备。