基于改进化学反应优化算法的风/氢/燃并网系统功率平滑经济性评估
2017第四届轨道交通供电系统技术大会
会议由中国电工技术学会主办，将于2017年11月28日在北京铁道大厦召开，研讨电工科技最新研究成果对轨道交通供电领域所带来的革新影响和应用前景，推进协同创新。浏览会议详情和在线报名参会请长按识别二维码。
东北电力大学电气工程学院、国网浙江省电力有限公司杭州市供电公司、国网吉林省电力有限公司吉林供电公司的研究人员蔡国伟、孔令国、徐昂翾、李振新，在2017年第20期《电工技术学报》上撰文，研究风/氢/燃并网系统功率输出平滑过程中的电解槽、燃料电池容量优化及系统经济性评估问题。
利用粒子群与化学反应优化算法优势互补特点，提出基于改进化学反应算法（ICROA）的风/氢/燃并网系统功率平滑经济性评估方案。以系统利润最大为目标，电解槽与燃料电池容量受风电波动约束，同时考虑环境效益、政府补贴和资金时间价值，建立目标函数及其约束条件，并利用改进化学反应算法进行求解。
根据吉林省某风电场实测风速数据进行算例分析，通过与原化学反应和粒子群算法计算结果对比，证明所提方法有效评估了系统的经济性，同时得到了电解槽和燃料电池的最优容量。
目前，风电功率平滑方案主要以化学储能为主，但化学储能寿命期限短，存在环境污染等问题[1]。随着制储氢技术的逐渐成熟，利用绿色氢储能解决现阶段风电功率波动及弃风问题逐渐被专家学者所关注，然而风电与氢储能技术经济性评估是前期比较重要的基础工作之一[2]。
国外专家学者对风/氢系统技术经济性评估研究较多。文献[3]评估了欧洲风氢能源产业协同的观点，通过风电制氢降低高风电渗透区域的电网管理成本。文献[4]提出了风电场与电解厂的结合，利用弃风风电实施商业化制氢，实现电力系统高风电渗透，驱动可再生能源低（零）成本商业化制氢推广。
文献[5]介绍了风电为电源、氢为储能的Corvo岛电力系统，同时从经济、环境、社会角度对该系统进行了成本效益分析。文献[6]以高渗透风电对电网的影响最小为约束，提出了以最小制氢成本来优化制氢厂容量的优化方法。
国内专家学者对风/氢系统研究较少，对其进行经济性评估的也很少，正处于研究的初期阶段[7]。文献[8]综述了风电制氢的关键技术研究，其中包括技术经济评估部分。文献[9]提出以风电全额消纳和煤化工低耗能、低污染的风电氢储能与煤化工多能耦合系统集成架构设计方案，此方案是提升风电消纳能力、降低煤化工耗能与污染的有效技术路线。
文献[10]针对我国北方地区风电弃风提出了四种氢气利用模式，从市场角度得出了风电制氢经济性最关键因素是氢市场。文献[11]利用评价指标体系对东海风电场引入制氢项目的可行性进行评估，评估结果可提高风电场的经济效益，同时具有较好的社会效益。
化学反应优化算法在国内应用于电力系统优化领域较少。南昌大学王淳教授将化学反应算法应用到配电网重构中[12,13]。青岛大学张智晟教授等将化学反应算法用在电动汽车与可再生能源协同调度上[14]。本文将改进化学反应优化算法（ImprovedChemical Reaction Optimization Algorithm, ICROA）应用于风/ 氢/燃并网系统功率平滑经济性评估。
本文以系统利润最大为目标，同时考虑环境效益和投资时间价值，在制氢和燃料电池容量约束下，应用ICROA优化系统最高利润及最高利润对应的制氢容量和燃料电池容量。
图1 风/氢/燃并网系统结构
结论
本文基于ICROA进行风氢燃并网系统功率平滑经济性评估，得出以下结论：
1）利用制氢和燃料电池可有效平滑风电功率波动，同时风电场可获得一定的利润收入，经济性上优于传统化学储能。
2）应用CROA及其改进算法，可快速、准确地优化出风电场利润最大化对应的制氢和燃料电池容量，对风电场制氢燃料电池安装容量具有重要的指导意义。
由于本文以利润最大为目标，故在最大利润时制氢和燃料电池的容量不能完全平滑风电功率波动控制，下一步将考虑配合一定容量的化学储能，以实现完全风电功率平滑的目的。