新疆哈密风-光-氢储能及煤化工多能耦合系统研究

Hami in Xinjiang is one of China's comprehensive energy base, however in recent years, in this region there are some problems affected the development of energy industry, for example wind and solar power curtailment is serious, and pollution of the environment because of coal chemical industry is serious too. Building a hybrid pluripotent coupling system with wind power, photovoltaic, hydrogen energy storage and coal chemical industry is an effective way to solve the problems. The researches of this subject are as follows: (1) Integrated resources of wind power, photovoltaic, hydrogen storage and coal chemical industry, a hybrid pluripotent coupling system is built to solve the problems; (2) Based on resources of wind energy and solar energy in Hami, the optimization model of wind and solar power system is established by using improved intelligent algorithm; (3) The model of hydrogen energy storage system is obtained by using energetic macroscopic representation (EMR), and the energy transmit or shifting mechanism of hydrogen producing system is revealed; (4) Based on the port Controlled Hamiltonian method, the mathematical model of the system is established, and the model is solved by the method of energy shaping, the energy conversion and transfer law of the system are expounded, and the control strategy is proposed. This topic research is suiting to the present situation of energy industry development in Hami, Xinjiang, which is helpful to solve the problem of wind and solar power curtailment, and it will promote the local absorptive capacity, and meanwhile it will reduce coal chemical pollution to the environment, and hydrogen by produced can also be applied to the new energy automotive industry in the future. In all, the research will ultimately promote the healthy and sustainable development of Xinjiang energy industry.

新疆哈密是我国综合能源基地之一，但近年来“弃风弃光”严重，同时煤化工严重污染环境。在前期研究发现：将风、光-氢储能及煤化工进行耦合，是一种有效的解决“弃风弃光”、减少污染的途径。本课题拟研究：（1）整合风电、光伏、氢储能及煤化工资源，建立风光互补-氢气储能耦合煤基能源化工的多能耦合系统；（2）基于哈密风能、太阳能资源禀赋，建立风光互补系统优化模型，利用改进的智能算法求解得到风光互补的优化设计；（3）利用宏观能量描述法(EMR)法建立氢储能子系统模型，揭示该系统中能量的转换规律；（4）应用端口受控哈密顿法建立系统数学模型，并利用能量成型法对模型求解分析，阐明系统的能量转换及传递规律，并提出控制策略。本课题的研究切合新疆哈密能源产业发展现状，有助于解决“弃风弃光”问题，促进就地消纳能力，同时降低煤化工对环境的污染，氢能还可以应用到未来新能源汽车产业，最终促进新疆能源产业的健康可持续发展。

弃风、弃光问题已经是我国风电、光伏产业发展的瓶颈，制约着我国新能源产业的健康可持续发展。对大规模新能源消纳的能力提升对策与控制策略进行了全面的研究和技术攻关，建立了“风光互补、氢储能耦合煤化工”多能综合系统，开辟了一条解决弃风弃光问题的新途径。.（1）建立了风、光互补、氢储能耦合煤化工的多能综合利用系统.创立了多能综合利用系统，提出了风、光互补制取、储存、应用氢能的实施方案；建立了基于氢储能、煤化工等效能量需求的系统优化模型，利用宏观能量描述法建立了氢储能子系统模型，利用复杂系统能量成型法建立了综合能量转换哈密顿模型，揭示了能量转换规律及各能量节点的输入与输出关联机理，提出了多能系统协调规划、分层耦合的基本架构，构建了兼顾精度与计算量的并网开发优化规划，创建了系统能量广域协调控制规则，创立了多能系统效益评估模型，缓解了弃风、弃光和煤化工污染严重等问题，促进了氢储能产业的发展。.（2）建立了一种基于混沌理论和Bernstein神经网络的风电功率预测模型，创立了原始对偶状态转换算法用于训练预测模型的权值和阈值.利用相空间重新构建了风力发电功率时间系列，最大李雅普诺夫指数判断风电系统的混沌行为，首次利用Bernstein多项式和神经网络建立了风力发电功率预测模型，创立了原始对偶状态转换算法用于训练预测模型的权值和阈值。以新疆哈密某风电场的实际功率时间序列用来验证该预测模型的有效性。并将该预测方法与当前较好的预测方法做对比。该模型提前24小时的预测误差为3.893%，优于国际上的几种预测方法。.（3）基于绿色可交易证书的混合可再生能源系统动态环境经济调度.考虑可再生能源和非水电可再生能源总配额的最新版本的可再生能源投资组合标准（RPS）和评估措施（征求意见稿）的要求，建立了可再生能源配额交易系统下的风电，太阳能，水电（梯级水电，径流水电）混合动力系统的短期动态经济和环境调度模型。针对该模型涉及的高纬度，非线性，非凸和复杂约束，设计了一种多目标蛾防灭火算法（MOMFO）来解决该问题。为了提高搜索能力，引入了平均熵初始化策略、Lévy飞行策略和变尺度混沌策略。提出了一种启发式动态松弛方法，用于处理模型的复杂约束，以IEEE39总线标准系统为例，说明了该调度模型的可行性和算法的有效性。.科研工作开拓了一条能源系统之间互补及耦合利用的新道路，促进了新能源及储能学科发展。