碳中和背景下西部新能源传输的电氢综合能源网构想

丁剑; 方晓松; 宋云亭; 郑超; 唐晓骏; 姚伟

doi:10.7500/AEPS20210211002

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

碳中和背景下西部新能源传输的电氢综合能源网构想

碳达峰·碳中和与电力能源转型 | 更新时间：2025-06-16

- 碳中和背景下西部新能源传输的电氢综合能源网构想
- Conception of Electricity and Hydrogen Integrated Energy Network for Renewable Energy Transmission in Western China Under Background of Carbon Neutralization
- 电力系统自动化 2021年45卷第24期页码：1-9
- 作者机构：
  
  1.电力规划设计总院，北京市 100120
  2.中国电力科学研究院有限公司，北京市 100192
  3.华中科技大学电气与电子工程学院，湖北省武汉市 430074
- 作者简介：
  
  丁剑(1977—)，男，通信作者，博士，教授级高级工程师，主要研究方向：电力系统规划与运行、新能源并网、智能电网。E-mail：djmailsky@sina.cn
  方晓松(1975—)，男，硕士，教授级高级工程师，主要研究方向：电力系统规划与运行、智能电网。E-mail：xsfang@eppei.com
  宋云亭(1974—)，男，博士，教授级高级工程师，主要研究方向：电力系统规划运行。E-mail：syt@epri.sgcc.com.cn
- 基金信息：
- DOI：10.7500/AEPS20210211002
  中图分类号：
- 收稿日期：2021-02-11，
  
  修回日期：2021-09-03，
  
  网络出版日期：2021-11-02，
  
  纸质出版日期：2021-12-25
- 稿件说明：
移动端阅览
丁剑,方晓松,宋云亭等.碳中和背景下西部新能源传输的电氢综合能源网构想[J].电力系统自动化,2021,45(24):1-9.

DING Jian,FANG Xiaosong,SONG Yunting,et al.Conception of Electricity and Hydrogen Integrated Energy Network for Renewable Energy Transmission in Western China Under Background of Carbon Neutralization[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(24):1-9.
丁剑,方晓松,宋云亭等.碳中和背景下西部新能源传输的电氢综合能源网构想[J].电力系统自动化,2021,45(24):1-9. DOI： 10.7500/AEPS20210211002.

DING Jian,FANG Xiaosong,SONG Yunting,et al.Conception of Electricity and Hydrogen Integrated Energy Network for Renewable Energy Transmission in Western China Under Background of Carbon Neutralization[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(24):1-9. DOI： 10.7500/AEPS20210211002.

摘要

在碳中和背景下，未来40年中国电力系统将发生更深度的低碳转型，如何构筑足以支撑高电气化社会庞大用能需求的低碳化运行模式给传统电力系统带来了巨大挑战。文中在探讨发电低碳化给电网带来的挑战和未来可能的技术应对方案的基础上，针对未来中国西部高比例新能源电源的大范围汇集、远距离送出和间歇性电能消纳问题，给出了与之相适应的电氢综合能源网的构建原则，提出了近期和远期西部电氢综合能源网初步方案及相应的关键技术需求。研究表明：基于电压源换流器的直流电网技术以及氢能与电力系统结合的电氢综合能源网有望成为中国碳中和目标下实现西部大规模新能源开发的可行技术解决方案之一。

Abstract

Under the background of carbon neutralization

the power system of China will undergo a deeper low-carbon transition in the next 40 years. How to build a low-carbon operation mode that can support the huge energy demand of a highly electrified society brings great challenges to the traditional power system. The challenges brought by the decarbonization of power generation to the power grid and the possible technical solutions in the future are discussed. On this basis

in view of the problems of large-scale collection

long-distance transmission and intermittent energy consumption of high proportion of renewable energy sources in western China in the future

the construction principle of the electricity and hydrogen integrated energy network is given

and the preliminary scheme and corresponding key technology requirements of the electricity and hydrogen integrated energy network in the short- and long-term are put forward. The research shows that the DC grid technology based on the voltage source converter and the electricity and hydrogen integrated energy network combined with hydrogen energy and power systems are expected to become one of the feasible technical solutions to achieve the large-scale renewable energy development in western China under the goal of carbon neutralization.

关键词

Keywords

references

European Commission . Hydrogen roadmap Europe： fuel cells and hydrogen joint undertaking ［EB/OL］. ［ 2020-10-05 ］. https：//www.fch.europa.eu/publications/hydrogen-roadmap-europe-sustainable-pathway-european-energy-transition https://www.fch.europa.eu/publications/hydrogen-roadmap-europe-sustainable-pathway-european-energy-transition .

刘振亚 . 中国电力与能源［M］. 北京：中国电力出版社， 2012 .

LIU Zhenya . Electric power and energy in China ［M］. Beijing ： China Electric Power Press ， 2012 .

刘振亚，张启平，董存，等 . 通过特高压直流实现大型能源基地风、光、火电力大规模高效率安全外送研究［J］. 中国电机工程学报， 2014 ， 34 （ 16 ）： 2513 - 2522 .

LIU Zhenya ， ZHANG Qiping ， DONG Cun ， et al . Efficient and security transmission of wind， photovoltaic and thermal power of large-scale energy resource bases through UHVDC projects ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2014 ， 34 （ 16 ）： 2513 - 2522 .

金维刚，李勇，印永华，等 . 特高压输电通道风火打捆配置方案及其概率灵敏度分析［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 6 ）： 126 - 133 .

JIN Weigang ， LI Yong ， YIN Yonghua ， et al . Optimum scheme and its probabilistic sensitivity analysis for wind power transmitted through UHV transmission corridors bundled with thermal power ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 6 ）： 126 - 133 .

郭小江，赵丽莉，汤奕，等 . 风火打捆交直流外送系统功角暂态稳定研究［J］. 中国电机工程学报， 2013 ， 33 （ 22 ）： 19 - 25 .

GUO Xiaojiang ， ZHAO Lili ， TANG Yi ， et al . Study on angle transient stability for wind-thermal-bundled power transmitted by AC/DC system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2013 ， 33 （ 22 ）： 19 - 25 .

康重庆，姚良忠 . 高比例可再生能源电力系统的关键科学问题与理论研究框架［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 9 ）： 1 - 11 .

KANG Chongqing ， YAO Liangzhong . Key scientific issues and theoretical research framework for power systems with high proportion of renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 9 ）： 1 - 11 .

陈国平，李明节，许涛，等 . 关于新能源发展的技术瓶颈研究［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 1 ）： 20 - 26 .

CHEN Guoping ， LI Mingjie ， XU Tao ， et al . Study on technology bottleneck of new energy development ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 1 ）： 20 - 26 .

KROPOSKI B ， JOHNSON B ， ZHANG Y ， et al . Achieving a 100% renewable grid： operating electric power systems with extremely high levels of variable renewable energy ［J］. IEEE Power and Energy Magazine ， 2017 ， 15 （ 2 ）： 61 - 73 .

杨海涛，吉平，苗淼，等 . 未来中国特高压电网结构形态与电源组成相互关系分析［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 6 ）： 9 - 16 .

YANG Haitao ， JI Ping ， MIAO Miao ， et al . Analysis on interrelationship between future UHV power grid structural form and power source composition in China ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 6 ）： 9 - 16 .

姜海洋，杜尔顺，朱桂萍，等 . 面向高比例可再生能源电力系统的季节性储能综述和展望［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 19 ）： 194 - 207 .

JIANG Haiyang ， DU Ershun ， ZHU Guiping ， et al . Review and prospect of seasonal energy storage for power system with high proportion of renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 19 ）： 194 - 207 .

许世森，张瑞云，程健，等 . 电解制氢与高温燃料电池在电力行业的应用与发展［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 9 ）： 2531 - 2536 .

XU Shisen ， ZHANG Ruiyun ， CHENG Jian ， et al . Application and development of electrolytic hydrogen production and high temperature fuel cell in electric power industry ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 9 ）： 2531 - 2536 .

潘光胜，顾伟，张会岩，等 . 面向高比例可再生能源消纳的电氢能源系统［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 23 ）： 1 - 10 .

PAN Guangsheng ， GU Wei ， ZHANG Huiyan ， et al . Electricity and hydrogen energy system towards accommodation of high proportion of renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 23 ）： 1 - 10 .

曹蕃，郭婷婷，陈坤洋，等 . 风电耦合制氢技术进展与发展前景［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 6 ）： 2187 - 2200 .

CAO Fan ， GUO Tingting ， CHEN Kunyang ， et al . Progress and development prospect of coupled wind and hydrogen systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 6 ）： 2187 - 2200 .

李争，张蕊，孙鹤旭，等 . 可再生能源多能互补制-储-运氢关键技术综述［J］. 电工技术学报， 2021 ， 36 （ 3 ）： 446 - 462 .

LI Zheng ， ZHANG Rui ， SUN Hexu ， et al . Review on key technologies of hydrogen generation， storage and transportation based on multi-energy complementary renewable energy ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2021 ， 36 （ 3 ）： 446 - 462 .

周孝信，鲁宗相，刘应梅，等 . 中国未来电网的发展模式和关键技术［J］. 中国电机工程学报， 2014 ， 34 （ 29 ）： 4999 - 5008 .

ZHOU Xiaoxin ， LU Zongxiang ， LIU Yingmei ， et al . Development models and key technologies of future grid in China ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2014 ， 34 （ 29 ）： 4999 - 5008 .

姚伟，丁剑，南佳俊，等 . 未来西部电网及可再生能源外送输电技术发展方向研究［J］. 中国能源， 2019 ， 41 （ 3 ）： 33 - 39 .

YAO Wei ， DING Jian ， NAN Jiajun ， et al . Research on the development direction of western power grid and renewable energy transmission technology in the future ［J］. China Energy ， 2019 ， 41 （ 3 ）： 33 - 39 .

彭吕斌，何剑，谢开贵，等 . 特高压交流和直流输电系统可靠性与经济性比较［J］. 电网技术， 2017 ， 41 （ 4 ）： 1098 - 1105 .

PENG Lübin ， HE Jian ， XIE Kaigui ， et al . Comparison of reliability and economy between UHVAC and UHVDC transmission systems ［J］. Power System Technology ， 2017 ， 41 （ 4 ）： 1098 - 1105 .

LOISEL R ， BARANGER L ， CHEMOURI N ， et al . Economic evaluation of hybrid off-shore wind power and hydrogen storage system ［J］. International Journal of Hydrogen Energy ， 2015 ， 40 （ 21 ）： 6727 - 6739 .

严思韵，王晨，周登极 . 含氢能气网掺混输运的综合能源系统优化研究［J］. 电力工程技术， 2021 ， 40 （ 1 ）： 10 - 16 .

YAN Siyun ， WANG Chen ， ZHOU Dengji . Optimization of integrated electricity and gas system considering hydrogen-natural-gas mixture transportation ［J］. Electric Power Engineering Technology ， 2021 ， 40 （ 1 ）： 10 - 16 .

Department of Energy . Development and future prospect of the hydrogen fuel cell vehicle at home and abroad ［EB/OL］. ［ 2020-01-14 ］. https：//www.energy.gov/eere/fuelcells/downloads/fuel-cell-technologies-office-multi-year-research-development-and-22 https://www.energy.gov/eere/fuelcells/downloads/fuel-cell-technologies-office-multi-year-research-development-and-22 .

王锡凡，卫晓辉，宁联辉，等 . 海上风电并网与输送方案比较［J］. 中国电机工程学报， 2014 ， 34 （ 31 ）： 5459 - 5466 .

WANG Xifan ， WEI Xiaohui ， NING Lianhui ， et al . Integration techniques and transmission schemes for off-shore wind farms ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2014 ， 34 （ 31 ）： 5459 - 5466 .

CHUANGPISHIT S ， TABESH A ， MORADI-SHAHRBABAK Z ， et al . Topology design for collector systems of offshore wind farms with pure DC power systems ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2012 ， 57 （ 2 ）： 468 - 475 .

MAU C N ， RUDION K ， ORTHS A ， et al . Grid connection of offshore wind farm based DFIG with low frequency AC transmission system ［C］// 2012 IEEE PES General Meeting ， July 22-26 ， 2012 ， San Diego， USA ： 1 - 7 .

杨方，张义斌，葛旭波，等 . 德国海上风电VSC-HVDC技术分析［J］. 电网与清洁能源， 2012 ， 28 （ 10 ）： 63 - 68 .

YANG Fang ， ZHANG Yibin ， GE Xubo ， et al . Technical analysis of VSC-HVDC in Germany’ offshore wind power ［J］. Power System and Clean Energy ， 2012 ， 28 （ 10 ）： 63 - 68 .

NISHIKATA S ， TATSUTA F . A new interconnecting method for wind turbine/generators in a wind farm and basic performances of the integrated system ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2012 ， 57 （ 2 ）： 468 - 475 .

王常骐，郭家虎 . 风电场直流并网的拓扑结构研究［J］. 电网技术， 2014 ， 38 （ 11 ）： 3065 - 3070 .

WANG Changqi ， GUO Jiahu . Research on topological structures for DC grid-connection of wind farm ［J］. Power System Technology ， 2014 ， 38 （ 11 ）： 3065 - 3070 .

袁家海，张浩楠 . 碳中和、电力系统脱碳与煤电退出路径［J］. 中国电力企业管理， 2020 ， 31 ： 17 - 20 .

YUAN Jiahai ， ZHANG Haonan . Carbon neutralization， power system decarbonization and coal power exit path ［J］. China Power Enterprise Management ， 2020 ， 31 ： 17 - 20 .

丁剑，宋云亭，吉平，等 . 适应未来大规模新能源外送的西部电网输电模式和关键技术研究［R］. 北京：中国电力科学研究院， 2020 .

DING Jian ， SONG Yunting ， JI Ping ， et al . The research on power transmission grid model and key technology for large-scale new energy delivery in western China ［R］. Beijing ： China Electric Power Research Institute ， 2020 .

邵成成，冯陈佳，李丁，等 . 光热发电机组聚合模型及其在电力系统运行模拟中的应用［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 11 ）： 3507 - 3515 .

SHAO Chengcheng ， FENG Chenjia ， LI Ding ， et al . Clustered CSP model and its application in power system operation simulation ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 11 ）： 3507 - 3515 .

蒋敏华，肖平，刘入维，等 . 氢能在我国未来能源系统中的角色定位及“再电气化”路径初探［J］. 热力发电， 2020 ， 40 （ 1 ）： 1 - 9 .

JIANG Minhua ， XIAO Ping ， LIU Ruwei ， et al . The role of hydrogen energy in China’s future energy system and preliminary study on the route of re-electrification ［J］. Thermal Power Generation ， 2020 ， 40 （ 1 ）： 1 - 9 .

国家发展改革委，国家能源局 . 中长期油气管网规划［EB/OL］.［ 2020-08-06 ］. https：//www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/ghwb/201707/W020190905497932558033.pdf https://www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/ghwb/201707/W020190905497932558033.pdf .

National Development and Reform Commission ， National Energy Administration . Medium and long-term oil and gas pipeline network planning ［EB/OL］. ［ 2020-08-06 ］. https：//www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/ghwb/201707/W0201909054979 32558033.pdf https://www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/ghwb/201707/W020190905497932558033.pdf .

吴迪，王佳明，李晖，等 . 以促进可再生能源消纳为目标的我国西北-西南联网容量与送电时序研究［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 7 ）： 2103 - 2110 .

WU Di ， WANG Jiaming ， LI Hui ， et al . Research on capacity and delivery sequence of interconnected northwestern-southwestern power grid towards renewable energy accommodation ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 7 ）： 2103 - 2110 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

双极面对面模块化多电平换流器型直流变压器快速保护方案

模块化多电平换流器自适应故障限流控制策略

2020年国际大电网会议学术动态