[发明专利]一种长周期氢储能度电成本计算模型及其敏感性分析方法

说明书

本发明公开了一种长周期氢储能度电成本计算模型及其敏感性分析方法，该模型基于设备成本、边际成本和生命周期成本，对氢储能度电成本建模，同时通过计算储能时长、储氢罐成本、新能源度电成本、电制氢能耗、生命周期循环次数、氢发电效率和氢燃料电池转换成本对长周期氢储能度电成本的灵敏度，实现对氢储能度电成本的敏感性分析，从而满足了氢储能技术在不同储能规模、储能时长、系统配置和运行参数下的综合度电成本计算需求，在指导长周期氢储能系统规划设计方面具有突出意义。

技术领域

本发明属于氢储能技术领域，具体地说，是涉及一种长周期氢储能度电成本计算模型及其敏感性分析方法。

背景技术

高比例可再生能源并网是助力电力系统脱碳、实现碳达峰的必由之路，而大规模长周期储能对构建低碳高效的能源体系具有重要作用。长时储能技术中，氢储能因具备应对电力供需季节性失衡以及极端天气事件的优势而受到较多关注。

氢能能量密度高，运行维护成本低，可长时间存储且可实现过程无污染，是少有的能够储存上百吉瓦时以上，且可同时适用于极短或极长时间供电的能量储备。对可再生和可持续能源系统而言，氢气是一种极好的能量存储介质，氢储能被认为是极具潜力的新型大规模储能技术。

氢储能技术主要包含电解制氢、储氢及燃料电池发电技术，可用于可再生能源消纳、调峰调频辅助服务、削峰填谷、需求侧响应、微电网等场景。长周期氢储能成本涉及制氢、储氢、发电三方面，受制因数较多，对于系统级的氢储能度电成本计算模型和敏感性分析方法未见报道。氢储能成本是决定氢储能技术应用前景的重要参数，比较氢储能在不同储能时长和运行参数下的成本竞争力对氢储能产业未来的发展规模至关重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种长周期氢储能度电成本计算模型及其敏感性分析方法，用于计算氢储能技术在不同储能规模、储能时长、系统配置和运行参数下的综合度电成本，指导氢储能系统规划设计。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种长周期氢储能度电成本计算模型，包括：

设备成本，由储氢罐和氢燃料电池两部分构成；对储氢罐的设备成本建模按照能量价格来计算，燃料电池的转换成本按照容量价格来计算；

氢气储罐中所储存的氢能折算成总电量单位为kWh，表示为能量存储时间和储能维持功率的乘积，其表达式为：

式中，为能量存储时间，单位h；为储能维持功率，单位为kW；

氢气由储氢罐存储，储氢罐的氢储能度电成本单位为元/kWh，即

式中，为储氢罐每公斤氢气储存成本，单位为元/kg；为氢发电能力，单位为kWh/kg；设氢燃料电池转换成本单位为元/kW，则储氢罐与燃料电池设备总成本表达式为：

边际成本，氢储能的能量变换形式为电-氢-电，其中电制氢、与氢发电均以边际成本的形式建模，用新能源发电制氢，新能源的度电成本用C_PV,e表示，单位为元/kWh，20MPa压力下制氢单位耗电量用表示，单位为kWh/kg，电制氢耗电成本单位为元/kg，电制氢耗电成本的表达式为：

氢发电成本的表达式为：

生命周期成本，设氢气储能系统的循环次数为N_cycle，则氢储能生命周期成本的表达式为：

氢储能度电成本的表达式：

即：