Technological Requirement Analysis and Prospect of Energy Management for Off-grid Renewable Power-to-Hydrogen Systems

QIU Yiwei; ZHU Jie; ZENG Yangjun; ZHOU Yi; ZHOU Buxiang; LI Wenying

doi:10.7500/AEPS20240129001

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Technological Requirement Analysis and Prospect of Energy Management for Off-grid Renewable Power-to-Hydrogen Systems

Power Energy Transition for Carbon Emission Peak and Carbon Neutrality | 更新时间：2025-06-16

- Technological Requirement Analysis and Prospect of Energy Management for Off-grid Renewable Power-to-Hydrogen Systems
- Automation of Electric Power Systems Vol. 48, Issue 22, Pages: 43-59(2024)
- 作者机构：
  
  1.四川大学电气工程学院，四川省成都市 610065
  2.清华四川能源互联网研究院，四川省成都市 610213
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52377116)
- DOI：10.7500/AEPS20240129001
  CLC：
- Received：29 January 2024，
  
  Revised：2024-06-16，
  
  Published Online：11 July 2024，
  
  Published：25 November 2024
- 稿件说明：
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邱一苇,朱杰,曾扬俊等.离网型可再生能源发电制氢能量管理技术需求分析与展望[J].电力系统自动化,2024,48(22):43-59.

QIU Yiwei,ZHU Jie,ZENG Yangjun,et al.Technological Requirement Analysis and Prospect of Energy Management for Off-grid Renewable Power-to-Hydrogen Systems[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(22):43-59.
邱一苇,朱杰,曾扬俊等.离网型可再生能源发电制氢能量管理技术需求分析与展望[J].电力系统自动化,2024,48(22):43-59. DOI： 10.7500/AEPS20240129001.

QIU Yiwei,ZHU Jie,ZENG Yangjun,et al.Technological Requirement Analysis and Prospect of Energy Management for Off-grid Renewable Power-to-Hydrogen Systems[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(22):43-59. DOI： 10.7500/AEPS20240129001.

摘要

离网型可再生能源发电制氢（ReP2H）相较于并网型，具备规划灵活、电能成本低、无并网接入成本及运行方式限制等优势，但因无外网支撑，其自身平衡难度大，设计及运行难以兼顾安全和经济性。针对上述问题，面向离网型ReP2H系统中电力网络、制氢、氢储运、氢负荷之间物质及能量平衡的多时间尺度动态行为，归纳能量管理框架，并通过简单系统的8 760 h生产模拟分析关键影响因素。进而，分析其中长期生产与市场运营计划、日前/日内生产调度、实时能量平衡控制等功能模块的技术需求，总结关键难题及待研究方向，包括离网系统稳定性分析、制氢灵活性量化、氢气汇集/输送/存储及氢负荷调控、储能系统分析与优化控制、故障穿越及黑启动等，以期为离网型ReP2H系统研究及工程应用提供参考。

Abstract

Compared to grid-connected renewable power-to-hydrogen (ReP2H) systems

off-grid ReP2H systems have advantages such as flexible planning

low electricity cost

and no grid-connection costs or operation mode constraints. However

due to the lack of external grid support

the off-grid ReP2H systems have great difficulties in achieving self-balancing

making it difficult to balance safety and economy in design and operation. In response to the above issues

aiming at the multi-time-scale dynamic behavior of material and energy balance among power grid

hydrogen production

hydrogen storage and transportation

and hydrogen load in an off-grid ReP2H system

an energy management framework is summarized

and key influencing factors are analyzed through 8 760-hour production simulation of a simple system. Furthermore

the technological requirements are analyzed for functional modules such as long-term production and market operation planning

day-ahead/intra-day production scheduling

and real-time energy balance control. Key challenges and research directions are summarized

including stability analysis of off-grid systems

flexibility quantification of hydrogen production

hydrogen collection/transportation/storage and hydrogen load dispatch and control

energy storage system analysis and optimization control

and fault ride-through and black start

etc.

in order to provide references for the research and engineering application of off-grid ReP2H systems.

关键词

Keywords

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