考虑氢-电负荷特性的港区能量管理方法

师长立; 贺亦琛; 何俊强; 周静; 朱梅生

doi:10.7500/AEPS20230907002

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

考虑氢-电负荷特性的港区能量管理方法

学术研究 | 更新时间：2025-06-16

- 考虑氢-电负荷特性的港区能量管理方法
- Energy Management Method for Port Areas Considering Hydrogen-Electricity Load Characteristics
- 电力系统自动化 2025年49卷第2期页码：133-141
- 作者机构：
  
  1.中国科学院电工研究所，北京市 100190
  2.中国科学院大学，北京市 100049
  3.燕山大学电气工程学院，河北省秦皇岛市 066004
  4.太原科技大学电子信息工程学院，山西省太原市 030024
  5.三峡电能有限公司，湖北省武汉市 430000
- 作者简介：
  
  师长立(1984—)，男，博士，高级工程师，主要研究方向：多类型储能关键技术。E-mail：shichangli@mail.iee.ac.cn
  贺亦琛(1998—)，男，通信作者，硕士研究生，主要研究方向：可再生能源制氢技术。E-mail：heyichen98@stumail.ysu.edu.cn
  何俊强(1987—)，男，博士，副教授，主要研究方向：多类型储能关键技术及应用。E-mail：hejunqiang@tyust.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划资助项目(2021YFB2601603);中国长江三峡集团有限公司科研项目(202103521);山西省高等学校科技创新项目(2023L174)
- DOI：10.7500/AEPS20230907002
  中图分类号：
- 收稿：2023-09-07，
  
  修回：2023-12-26，
  
  网络出版：2024-04-10，
  
  纸质出版：2025-01-25
- 稿件说明：
移动端阅览
师长立,贺亦琛,何俊强等.考虑氢-电负荷特性的港区能量管理方法[J].电力系统自动化,2025,49(2):133-141.

SHI Changli,HE Yichen,HE Junqiang,et al.Energy Management Method for Port Areas Considering Hydrogen-Electricity Load Characteristics[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(2):133-141.
师长立,贺亦琛,何俊强等.考虑氢-电负荷特性的港区能量管理方法[J].电力系统自动化,2025,49(2):133-141. DOI： 10.7500/AEPS20230907002.

SHI Changli,HE Yichen,HE Junqiang,et al.Energy Management Method for Port Areas Considering Hydrogen-Electricity Load Characteristics[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(2):133-141. DOI： 10.7500/AEPS20230907002.

摘要

为降低港区碳排放并提高港区运行经济性，文中提出一种考虑港区氢-电负荷特性的协调港区氢-电能源供需不平衡的能量管理方法。在港区交通调度阶段，为得到港区日氢-电负荷曲线，按照港区生产作业流程，先通过基于泊位-岸桥优化调度得到港区电力负荷模型，再以集装箱转运总氢耗最小为目标建立基于堆场优化调度的氢负荷模型。在港区能源调度阶段，建立了考虑港区碳排放成本的港区日运行总成本模型，以得到港区能源的日前调度策略。基于历史数据的仿真结果表明，采用所提方法得到的港区运行总成本比仅采用锂电池场景和仅采用电制氢设备场景的运行总成本均显著降低。同时，碳排放比仅升级固定式物流设备场景和仅升级移动式物流设备场景的碳排放均有显著下降。

Abstract

To reduce carbon emissions and improve the operating economy of port areas

considering the hydrogen-electricity load characteristics in port areas

an energy management method to coordinate the imbalance of supply and demand of hydrogen-electric energy of the port areas is proposed. In the traffic scheduling stage of the port areas

in order to obtain the daily hydrogen-electricity load curve of the port areas

according to the production process of the port areas

the power load model of the port areas is firstly obtained through the berth-quay crane optimal scheduling model. Then

with the goal of minimizing the total hydrogen consumption of container transportation

a hydrogen load model based on yard optimal scheduling is formulated. In the stage of energy scheduling in the port areas

the total daily operation cost model of the port areas considering the carbon emission cost is established to obtain the day-ahead energy scheduling strategy of the port areas. The simulation results based on historical data show that

the total operation cost of the port areas obtained by the proposed method is significantly reduced compared with that in scenarios using only lithium batteries and only power to hydrogen equipment. At the same time

the carbon emissions are significantly reduced compared with those the scenarios upgrading only fixed logistics equipment and only mobile logistics equipment.

关键词

Keywords

references

SIFAKIS N ， KONIDAKIS S ， TSOUTSOS T . Hybrid renewable energy system optimum design and smart dispatch for nearly zero energy ports ［J］. Journal of Cleaner Production ， 2021 ， 310 ： 127397 .

HOANG A T ， FOLEY A M ， NIŽETIĆ S ， et al . Energy-related approach for reduction of CO 2 emissions： a critical strategy on the port-to-ship pathway ［J］. Journal of Cleaner Production ， 2022 ， 355 ： 131772 .

IRIS Ç ， LAM J S L . A review of energy efficiency in ports： operational strategies， technologies and energy management systems ［J］. Renewable and Sustainable Energy Reviews ， 2019 ， 112 ： 170 - 182 .

YIN J Y ， PENG X H ， HE J Q ， et al . Energy management method of a hybrid energy storage system combined with the transportation-electricity coupling characteristics of ports ［J］. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems ， 2023 ， 24 （ 12 ）： 14663 - 14678 .

廖凯，张润涛，杨子安，等 . 交通能源融合大数据平台架构与应用［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 12 ）： 20 - 35 .

LIAO Kai ， ZHANG Runtao ， YANG Zian ， et al . Architecture and application of traffic-energy integrated big data platform ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 12 ）： 20 - 35 .

何正友，向悦萍，廖凯，等 . 能源-交通-信息三网融合发展的需求、形态及关键技术［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 16 ）： 73 - 86 .

HE Zhengyou ， XIANG Yueping ， LIAO Kai ， et al . Demand， form and key technologies of integrated development of energy-transport-information networks ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 16 ）： 73 - 86 .

田博文，张志禹，杨梦飞 . 基于MMAF的混合储能系统功率分配方法及定容研究［J/OL］. 电工技术学报（ 2023-04-29 ）［ 2023-11-26 ］. http：//10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.222348 http://10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.222348 .

TIAN Bowen ， ZHANG Zhiyu ， YANG Mengfei . Research on power distribution method and energy storage system planning of hybrid energy storage based on MMAF ［J/OL］. Transactions of China Electrotechnical Society （ 2023-04-29 ）［ 2023-11-26 ］. http：//10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.222348 http://10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.222348 .

赵波，王文博，陈哲，等 . 计及长短周期混合储能的多能微网能量-功率分布鲁棒优化［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 16 ）： 22 - 33 .

ZHAO Bo ， WANG Wenbo ， CHEN Zhe ， et al . Energy-power distributionally robust optimization for multi-energy microgrid considering long short-term hybrid energy storage ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 16 ）： 22 - 33 .

ALAMOUSH A S ， BALLINI F ， ÖLÇER A I . Ports' technical and operational measures to reduce greenhouse gas emission and improve energy efficiency： a review ［J］. Marine Pollution Bulletin ， 2020 ， 160 ： 111508 .

董明望，黄麟富，辜勇 . 集装箱码头绿色作业调度优化研究综述［J］. 重庆交通大学学报（自然科学版）， 2022 ， 41 （ 11 ）： 7 - 14 .

DONG Mingwang ， HUANG Linfu ， GU Yong . Review on green job scheduling optimization of container terminals ［J］. Journal of Chongqing Jiaotong University （Natural Science）， 2022 ， 41 （ 11 ）： 7 - 14 .

彭云，李相达，王文渊，等 . 绿色集装箱港口节能减排策略综述［J］. 交通运输工程学报， 2022 ， 22 （ 4 ）： 28 - 46 .

PENG Yun ， LI Xiangda ， WANG Wenyuan ， et al . Review on energy saving and emission reduction strategies of green container ports ［J］. Journal of Traffic and Transportation Engineering ， 2022 ， 22 （ 4 ）： 28 - 46 .

JI B ， HUANG H ， YU S S . An enhanced NSGA-Ⅱ for solving berth allocation and quay crane assignment problem with stochastic arrival times ［J］. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems ， 2023 ， 24 （ 1 ）： 459 - 473 .

CAHYONO R T ， KENAKA S P ， JAYAWARDHANA B . Simultaneous allocation and scheduling of quay cranes， yard cranes， and trucks in dynamical integrated container terminal operations ［J］. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems ， 2022 ， 23 （ 7 ）： 8564 - 8578 .

JI B ， YUAN X H ， YUAN Y B . Modified NSGA-Ⅱ for solving continuous berth allocation problem： using multiobjective constraint-handling strategy ［J］. IEEE Transactions on Cybernetics ， 2017 ， 47 （ 9 ）： 2885 - 2895 .

AGRA A ， RODRIGUES F . Distributionally robust optimization for the berth allocation problem under uncertainty ［J］. Transportation Research Part B： Methodological ， 2022 ， 164 ： 1 - 24 .

CORRECHER J F ， PEREA F ， ALVAREZ-VALDES R . The berth allocation and quay crane assignment problem with crane travel and setup times ［J］. Computers & Operations Research ， 2024 ， 162 ： 106468 .

CHARGUI K ， ZOUADI T ， EL FALLAHI A ， et al . Berth and quay crane allocation and scheduling with worker performance variability and yard truck deployment in container terminals ［J］. Transportation Research Part E： Logistics and Transportation Review ， 2021 ， 154 ： 102449 .

MIO A ， BARBERA E ， PAVAN A M ， et al . Analysis of the energetic， economic， and environmental performance of hydrogen utilization for port logistic activities ［J］. Applied Energy ， 2023 ， 347 ： 121431 .

ZHANG Q ， QI J ， ZHEN L . Optimization of integrated energy system considering multi-energy collaboration in carbon-free hydrogen port ［J］. Transportation Research Part E： Logistics and Transportation Review ， 2023 ， 180 ： 103351 .

KERMANI M ， SHIRDARE E ， PARISE G ， et al . A comprehensive technoeconomic solution for demand control in ports： energy storage systems integration ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2022 ， 58 （ 2 ）： 1592 - 1601 .

王玮，张晓晴，苏粟，等 . 基于模型预测控制的含岸电混合能源系统优化运行［J］. 电力自动化设备， 2021 ， 41 （ 11 ）： 17 - 24 .

WANG Wei ， ZHANG Xiaoqing ， SU Su ， et al . Optimal operation of hybrid energy system considering cold ironing based on model predictive control ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2021 ， 41 （ 11 ）： 17 - 24 .

WANG X B ， HUANG W T ， WEI W ， et al . Day-ahead optimal economic dispatching of integrated port energy systems considering hydrogen ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2022 ， 58 （ 2 ）： 2619 - 2629 .

何俊强，尹靖元，师长立，等 . 基于港区交通-能源耦合的混合储能协调调度策略［J］. 电工电能新技术， 2023 ， 42 （ 8 ）： 10 - 18 .

HE Junqiang ， YIN Jingyuan ， SHI Changli ， et al . Hybrid energy storage coordination scheduling strategy based on coupling of transportation and energy in ports ［J］. Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy ， 2023 ， 42 （ 8 ）： 10 - 18 .

HAN S ， AKI H ， HAN S . A practical battery wear model for electric vehicle charging applications ［J］// Applied Energy ， 2014 ， 113 ： 1100 - 1108 .

GENNITSARIS S G ， KANELLOS F D . Emission-aware and cost-effective distributed demand response system for extensively electrified large ports ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2019 ， 34 （ 6 ）： 4341 - 4351 .

GARCIA-TORRES F ， VILAPLANA D G ， BORDONS C ， et al . Optimal management of microgrids with external agents including battery/fuel cell electric vehicles ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2019 ， 10 （ 4 ）： 4299 - 4308 .

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

电力系统全环节碳排放核算方法综述

多时段边际碳排放因子及其不确定性分析