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研究背景
我國道路交通系統(tǒng)資產能源化潛力巨大，充分利用風、光等綠色能源是實現交通低碳發(fā)展的必經之路。而氫能作為新型儲能和交通載運設備的動力源，在源-網-荷-儲-充-交通自洽能源系統(tǒng)中呈現出巨大的發(fā)展?jié)摿?。自洽能源系統(tǒng)是指在規(guī)劃、建設和運行過程中，利用風光新能源發(fā)電及共享儲能等設備，有機協(xié)調能源生產、轉換、傳輸、分配、存儲等環(huán)節(jié)的能源產消一體化系統(tǒng)。然而，氫燃料電池車、氫儲能等異質能源類靈活性負荷的快速發(fā)展讓電網和交通網雙向耦合，造成能源生產消納、能量動態(tài)平衡、系統(tǒng)調度運行難度不斷增加。如何兼顧能源自洽率和低碳經濟性，通過新型儲能實現配電網與交通網融合，對加快能源變革具有重要價值。
研究內容
1、 配電網-交通網雙向耦合架構
新能源配電網-交通網雙向耦合架構包括電力網絡和以氫燃料電池車為主的交通網，如圖1所示。配電網有分布式新能源接入、電負荷供能、上級電網接口、電解水制氫設備供電等作用。分布式新能源出力優(yōu)先為配電網負荷供電，余電可轉化為氫能，供氫燃料電池車或氫儲能系統(tǒng)。交通網加氫總站和加氫子站為氫燃料電池車供能，短期氫儲能和共享氫儲能可補足氫能缺額。另一方面，氫儲能系統(tǒng)也可以在用電高峰期為電負荷供電。新能源配電網-交通網雙向耦合架構讓能源和交通兩個存在條塊分割和行業(yè)隔離的系統(tǒng)交互融合。
圖1 配電網-交通網雙向耦合架構
2、 電-氫-交通耦合配電網模型
考慮分布式新能源高占比并網、弱同步支撐的運行工況，配電網存在無功控制能力相對較弱，電壓波動頻繁等問題。因此，配電網模型由分布式風光新能源出力模型、余電制氫模型以及氫燃料電池發(fā)電模型構成。而氫燃料電池車負荷大小主要受行駛里程、返程時間以及加氫站供需量等因素影響，所以交通網模型主要包括氫燃料電池車行為模式分析模型、單站加氫需求和交通網總加氫需求模型?？紤]交通網消費終端大規(guī)模氫能需求以及氫氣存儲等因素影響，氫儲能模型則包括短期氫儲能和共享氫儲能兩部分。
3、 基于精英遺傳算法的電-氫-交通耦合配電網雙層優(yōu)化調度模型求解方法
上層交通網加氫模型以負荷峰谷差最小和加氫成本最低為目標，滿足氫燃料電池車加氫需求為約束條件，即每臺車的實際氫量不能超過總容量，且不能小于用戶期望值。下層交通網-配電網自洽模型目標函數包括兩部分：一是系統(tǒng)電能和氫能自洽率最高；二是系統(tǒng)碳排放成本最低。采用精英遺傳算法求解模型，并以青海省海東市為例驗證模型，如圖2所示。
圖2 配電網-交通網結構圖
算例中交通網有一座總站和兩座子站，加氫總站設有短期氫儲能和共享氫儲能。加氫子站只有短期氫儲能，即加氫子站不能向加氫總站運輸氫能，同時加氫子站之間也無法做氫能互濟。若分布式風光新能源余電制氫無法滿足氫負荷用能需求，首先由加氫站短期氫儲能補足，如果仍存在氫能缺額，則由拖車調用加氫總站的共享氫儲能。算例設置4種運行方案，各方案氫儲能運行模式如表1所示。
優(yōu)化結果表明：方案4為最優(yōu)計算結果，短期氫儲能和共享氫儲能配合是提高能源自洽率、降低碳排放的最佳選擇。加氫總站、加氫子站1和加氫子站2的運行情況如圖3、圖4、圖5所示。氫能供給順序為：分布式風光新能源余電制氫、短期氫儲能、共享氫儲能、從上一級電網購電制氫。
（1）圖3中方案4和方案2的能源自洽率都可以達到98.16%。因為加氫總站在兩種方案下都只有短期氫儲能，需要從上一級電網購電制氫，產生了486.20元碳排放成本。
（2）圖4中短期氫儲能和共享氫儲能共同支撐加氫子站1運行，能源自洽率達到了97.07%，從上一級電網購電制氫產生了272.17元碳排放成本。
（3）圖5中短期氫儲能和共享氫儲能共同支撐加氫子站2運行，實現了100%能源自洽率，無需從上級電網購電，也不會產生碳排放成本。
（4）凌晨時段，分布式風光新能源出力較小、氫儲量不足，需要從上級電網購電滿足負荷用能需求。
（5）18:00以后，分布式風光新能源出力下降，而氫燃料電池車加氫需求增加，造成余電制氫無法滿足氫負荷用能需求，首先由加氫子站共享儲能補足氫能缺額。
以上優(yōu)化計算結果和分析表明，自洽能源系統(tǒng)是促進新能源高水平消納、滿足各類負荷用能需求、降低碳排放的有效措施。
結論
論文以建立自洽能源系統(tǒng)為目標，研究了計及能源自洽率和共享氫儲能的電-氫-交通耦合配電網低碳經濟優(yōu)化調度。研究表明，配置短期氫儲能、共享氫儲能均可提高能源自洽率、降低碳排放成本。同時，加氫站短期氫儲能和共享氫儲能協(xié)同作用讓能源具備多時空轉移特性，可達到能源自洽率最高、碳排放成本最小的最優(yōu)狀態(tài)。然而現有源網荷儲各側調節(jié)性資源成本疏導仍缺乏有效途徑，未來將從以下方面開展研究工作：
（1）城域綜合制氫加氫站規(guī)劃與運營策略；
（2）多元新型儲能商業(yè)模式與運營模式；
（3）用戶側綜合儲能系統(tǒng)經濟性效益分析；
（4）多元新型儲能輔助服務市場規(guī)模評估；
（5）面向多樣化能源生產組織的價格聯動機制。
