我国“双碳”战略目标的实施，积极鼓励可再生能源的大规模利用。其中，风力发电具有零消耗、无污染的特点，在电力系统中的渗透率不断提高，预计2035年，我国风电装机容量将达到1 107 GW。由于风电随机、波动的本质属性，风电消纳问题制约着综合能源系统的利用效率，亟待解决。因此，研究储电、储热、储氢等多元化新型储能技术是发展可再生能源的关键。

在诸多储能方式中，电转氢（P2H）技术能有效提高可再生能源渗透率。利用电转氢设备吸收富余能量电解制氢，可缓解弃风问题，且氢相比电更易大规模长期存储，便于能量跨季节利用。产出的氢气通过运氢车或天然气管道送到加氢站，供给燃料电池车，也可转化为汽油作为传统燃油车辆的燃料。

近几年，国内外分布式电转氢产业快速发展，已有多个国家和地区推出可再生能源制氢示范项目。其中，碱性电解槽（AEC）是目前主流的电转氢设备，能根据可再生能源出力进行灵活快速调整，支撑系统稳定运行，动态响应时间处于ms级～s级。且有相关研究表明，在没有其他辅助储能的情况下，碱性电解槽也能跟踪外界能源的随机出力，抑制可再生能源的功率波动。

现有的电转氢设备规划研究中，设备通常被当作具有固定能量转化效率的电负荷处理。稳态工况下，考虑其静态运行特性，负荷上限为当前额定功率；而在波动性强的可再生能源发电系统下运行时，由于对其动态功率特性认识不足，负荷运行区间始终没有得到统一，国内外学者对此进行了多方面的研究。

但是，目前针对电转氢设备的研究均未从动态功率特性角度进行讨论。可再生能源功率波动会影响设备作为负荷的工作区间，当运行功率超出允许的区间上、下限时，会对设备安全和使用寿命产生严重影响，仅从静态特性分析过于理想化，未充分考虑外界波动功率对运行区间的干扰。

上海电力大学电气工程学院的李军舟、赵晋斌、陈逸文等，选用碱性电解槽作为电转氢设备，研究其制氢效率曲线，构建运行区间规划与经济性规划相结合的优化配置模型。首先分析电解槽平滑跟踪动态功率的区间范围，对设备充当电负荷的运行能力进行限制。然后在此基础上，以设备全生命周期成本与电氢市场交易成本整体最小为目标，对设备容量进行经济性优化。最后采用混沌粒子群优化算法求解模型。

图1 电转氢系统整体结构

研究者指出，碱性电解槽的运行状态被分为三个阶段，系统分别调控电流与电压来平滑跟踪功率波动，充分考虑电解槽气体混合安全以及过载问题，确定最优运行区间，提升系统的安全性和使用寿命。

图2 动态功率区间选取策略

图3电转氢系统容量规划流程

与传统方法进行对比，该规划结果经济性优势更为显著，投资容量降低了22 %，弃风率降低了23 %，极大地提高了制氢收益，降低了规划总成本，更能适应风电出力的波动性。此外，他们表示，氢气售价对电转氢设备的容量规划结果影响较大。随着氢气价格的提高，设备投资容量和产氢质量线性上升，但由于输入弃风电量的限制，售价达到7.2 EUR/kg后，容量和产氢质量均无较大变化。

本工作成果发表在2023年第18期《电工技术学报》，论文标题为“考虑动态功率区间和制氢效率的电转氢（P2H）设备容量配置优化”。本课题得到国家自然科学基金资助项目的支持。