CN114386839A - 电氢互补能源系统经济性评估方法、系统、介质及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电氢互补能源系统经济性评估方法、系统、介质及设备，获取工业园区电氢互补低碳能源系统的运行场景模拟信息和经济性评估信息；根据获取的工业园区电氢互补低碳能源系统运行场景模拟信息和经济性评估信息，以调度周期内的运行成本最小为目标，建立工业园区电氢互补低碳能源系统的运行调度优化模型；在序贯蒙特卡洛模拟框架下，初始化运行模拟参数；通过拉丁超立方抽样方法对园区的电负荷、热负荷和副产氢产量进行随机抽样模拟；运行建立的运行调度优化模型对各时段的园区运行状态进行计算，统计经济性指标，对工业园区电氢互补低碳能源系统的经济性进行评估，为工业园区电氢互补能源低碳能源系统的规划方案提供决策依据。
Description
技术领域
本发明属于氢能源应用技术领域，具体涉及一种电氢互补能源系统经济性 评估方法、系统、介质及设备。
背景技术
能源电力系统和交通系统的清洁化、低碳化成为我国可持续高质量发展的 必然趋势。工业园区作为块状经济向产业集群转型升级的重要载体，也是重要 的碳排放源头。而工业副产氢纯度较低、成分复杂，通常只有燃烧等低效利用 途径，甚至直接送到火炬排空。若能提高副产氢的利用效率，就能有效降低工 业园的碳排放。在此背景下，建立基于副产氢利用的工业园区电-氢互补低碳能 源系统对我国交通和能源电力系统的低碳化转型具有重要意义。一方面，通过 将副产氢提纯、储存与二次分配，氢气可以通过燃料电池发电为工业园区供电， 通过余热回收技术还可以在提高氢气能量利用率的同时为园区供热，从而减少 天然气和煤炭的消耗；另一方面，氢气还可以直接用于工业园区内的交通运输， 如氢燃料电池汽车等，减少汽油的消耗，助力高耗能企业的脱碳改造。
然而燃料电池和储氢设备的购置成本高昂，设备容量太大难以收回成本， 若是太小则可能无法完全利用副产氢，因此在投资建设前判断一个投资方案是 否可行具有重要意义。
目前，尚缺少针对工业园区电氢互补低碳能源系统的经济性评估方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种电 氢互补能源系统经济性评估方法、系统、介质及设备，准确评估副产氢提纯装 置、储氢设备和氢燃料电池的投资经济可行性，为评估工业园区电氢互补低碳 能源系统的规划方案的经济可行性提供技术支撑，为工业园区电氢互补能源低 碳能源系统的规划方案提供决策依据，推动低碳化改造与产业升级。
本发明采用以下技术方案：
本发明实施例提供了电氢互补能源系统经济性评估方法，包括以下步骤：
S1、获取工业园区电氢互补低碳能源系统的运行场景模拟信息和经济性评 估信息；
S2、根据步骤S1获取的工业园区电氢互补低碳能源系统运行场景模拟信 息和经济性评估信息，以调度周期内的运行成本最小为目标，建立工业园区电 氢互补低碳能源系统的运行调度优化模型；
S3、在序贯蒙特卡洛模拟框架下，初始化运行模拟参数；通过拉丁超立方 抽样方法对工业园区的电负荷、热负荷和副产氢产量进行随机抽样模拟；运行 步骤S2建立的运行调度优化模型对各时段的园区运行状态进行计算，统计经济 性指标，对工业园区电氢互补低碳能源系统的经济性进行评估。
具体的，步骤S1中，运行场景模拟信息和经济性评估信息具体为：
设备参数，包括氢气纯化装备、储氢罐、燃料电池的购置费用、年运维费 用、运行寿命、运行参数等，自备燃煤电站、电池储能系统和储热罐的运行参 数；负荷参数，包括工业园区的历史电负荷、热负荷、副产氢的产量；经济参 数，包括折现率。
具体的，步骤S2中，运行调度优化模型的目标函数如下：
其中，
表示调度时段的集合；Δt表示一个时间段；Cgrid表示从外部电网 购电的成本系数；Ctp表示自备燃煤电站发电的成本系数；
表示碳交易的价 格系数；λe表示切除电负荷的成本系数；λh表示切除热负荷的成本系数；Pt grid表 示时段t园区从电网获取的功率；Pt tp表示时段t自备燃煤电站发出的功率；Pt fc表示时段t燃料电池发出的功率；Pt ls表示时段t切除的电负荷；
表示时段t 切除的热负荷。
具体的，步骤S2中，运行调度优化模型的运行约束包括：
氢能子系统，包括每个时段获取的提纯氢气的上限为将该时段的副产氢全 部提纯，储氢罐的储氢量随时间的变化和储氢量的上下限；
电力子系统，包括电池储能系统的蓄电量随时间的变化，电池储能系统的 上下限约束，充电状态和放电状态以及工业园区的有功/无功功率平衡约束；
热力子系统，包括储热罐的储热量随时间的变化，园区的热量平衡约束和 自备燃煤电站的功率变化要收到机组爬坡速率的限制。
进一步的，氢能子系统的约束具体为：
其中，
表示时段t燃料电池消耗的氢气质量；Pt fc表示时段t燃料电池的 发电功率；ηH2P表示氢气质量与电功率之间的转换系数；
表示时段t提取的 氢气质量；
表示时段t工业园区产生的副产氢的质量；ηphr表示副产氢的提 纯效率；LOHt表示时段t储氢罐的储氢量；γ表示储氢罐氢气的耗散率；LOHmin /LOHmax表示储氢罐储氢水平的最小值/最大值；
电力子系统的约束具体为：
其中，SOCt表示电池储能系统在时段t的蓄电状态；γb表示电池储能系统 的自放电率；ηch/ηdis表示电池储能系统的充电效率/放电效率；Pt ch/Pt dis表示电 池储能系统在时段t的充电功率/放电功率；SOCmin/SOCmax表示电池储能系统蓄 电的最小值/最大值；Pfc,max表示燃料电池发电功率的最大值；Pch,max/Pdis,max表 示充电功率/放电功率的最大值；
为0-1变量；表示电池储能系统在时段 t的充电/放电状态，若是1，则表示充电/放电；Pt tp表示自备燃煤电站在时段t 的发电功率；
表示园区在时段t有功/无功负荷大小；
表示静态无 功发电机在时段t发出的功率；α表示有功和无功切负荷之间的比例系数；
热力子系统的约束具体为：
其中，
表示燃料电池在时段t的发热功率，ηfc表示燃料电池的发热效率， 
表示自备燃煤电站在时段t的发热功率，ηtp表示自备燃煤电站的热电比， SOHt表示储热罐在时段t的储热量，ηhwt表示储热罐的热损失系数，
表示储 热罐在时段t输出或输入的热量，若大于0则表示输入热量，若小于0则表示 输出热量，
表示园区在时段t热负荷，Ptp ,max/Ptp,min表示自备燃煤电站发电 的上下限；ΔPtp表示自备燃煤电站的爬坡速率。
具体的，步骤S3中，经济性指标包括等年值成本ACS，年运行收益指标REV，净现值NPV，内部收益率IRR和投资回收期PBP。
进一步的，等年值成本的计算公式如下：
ACS＝CRF·Ccap+Copt+Crep
其中，ACS表示系统等年值成本；Ccap表示规划方案的初始投资成本；CRF 表示资金回收系数；Copt表示系统的运行成本，包括外部电网的购电成本和失负 荷惩罚成本；Crep为系统的维修成本；
年运行收益指标REV为：
REV＝ψe+ψC
其中，ψe表示电收益，ψC表示碳收益；
净现值NPV为：
其中，CIt是第t年的现金流入，COt是第t年的现金流出，R表示折现率
当净现值NPV＝0时的R为内部收益率IRR；
投资回收期PBP为：
其中，n表示累计净现金流量现值出现正值的年数，NCn表示第n年累计净 现金流量现值。
第二方面，本发明实施例提供了一种电氢互补能源系统经济性评估系统， 包括：
信息采集模块，获取工业园区电氢互补低碳能源系统的运行场景模拟信息 和经济性评估信息；
调度优化模块，根据信息模块获取的工业园区电氢互补低碳能源系统运行 场景模拟信息和经济性评估信息，以调度周期内的运行成本最小为目标，建立 工业园区电氢互补低碳能源系统的运行调度优化模型；
评估模块，在序贯蒙特卡洛模拟框架下，给定规划方案，初始化运行模拟 参数；然后通过拉丁超立方抽样方法对园区的电负荷、热负荷和副产氢产量进 行随机抽样模拟；运行调度优化模块建立的运行调度优化模型对各时段的园区 运行状态进行计算，统计经济性指标，对工业园区电氢互补低碳能源系统的经 济性进行评估。
第三方面，一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器 中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时 实现上述心率测量方法的步骤。
第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，包括计算机程 序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述心率测量方法的步骤。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明电氢互补能源系统经济性评估方法，基于序贯蒙特卡洛模拟框架， 以运行成本最小为目标的工业园区电氢互补低碳能源系统运行调度模型；基于 系统运行关键参数的历史数据，采用拉丁超立方抽样方法生成多组运行场景， 使系统的运行模拟尽可能符合实际情况；通过序贯蒙特卡洛模拟框架将上述抽 样场景和调度模型结合，当达到收敛条件时，计算系统的各经济性评估指标， 实现对工业园区电氢互补低碳能源系统的经济性评估，能够有效地解决工业园 区电氢互补低碳能源系统的经济性评估问题。
进一步的，设备参数、负荷参数、经济参数等相关信息的获取，可以为电 氢互补能源系统的经济性评估提供数据支撑。
进一步的，以最小化调度周期内的运行成本为目标函数，可以考量投资方 案的运行经济性，并为之后的经济性评估提供支持。
进一步的，氢能子系统运行约束，电力子系统运行约束和热力子系统运行 约束的设置可以为电氢互补能源系统提供运行边界。
进一步的，步骤S2中的氢能子系统的约束可以规定氢能设备的运行范围， 避免超出设备容量；电力子系统的约束可以保证电力设备的运行在容量范围内 并且保持符合实际情况的状态(例如电池不能同时处于充电和放电状态)，以及 确保功率平衡；热力子系统的约束可以使得储热罐的储量在容量范围内变化， 并满足供需平衡。
进一步的，经济性指标包括等年值成本ACS，年运行收益指标REV，净现 值NPV，内部收益率IRR和投资回收期PBP可以从不同角度，全方位、多层次 地分析投资方案的经济可行性。
进一步的，等年值成本ACS可以衡量系统的经济效益；年运行收益指标REV 可以比较不同规划方案的优劣；净现值NPV，内部收益率IRR可以衡量投资方 案的经济可行性，NPV和IRR越大，投资经济性越好；投资回收期PBP可以衡 量投资的回收速度。
综上所述，本发明可以准确评估投资方案的经济可行性，为评估工业园区 电氢互补低碳能源系统的规划方案的经济可行性提供技术支撑。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明一种工业园区电氢互补低碳能源系统的典型结构示意图；
图2为本发明流程示意图；
图3为本发明采用的序贯蒙特卡洛评估框架示意图；
图4为本发明一实施例提供的计算机设备的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部 的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳 动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、 整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、 整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例 的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用 的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该” 意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/ 或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包 括这些组合，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单 独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种 “或”的关系。
应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描 述预设范围等，但这些预设范围不应限于这些术语。这些术语仅用来将预设范 围彼此区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一预设范围也 可以被称为第二预设范围，类似地，第二预设范围也可以被称为第一预设范围。
取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时” 或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短 语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定 时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈 述的条件或事件)”。
在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是 按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了 某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关 系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领 域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/ 层。
请参阅图1，本发明提供了一种工业园区电氢互补低碳能源系统，由氢气 纯化装置、储氢罐、燃料电池、储热罐、电池储能系统和自备燃煤电站构成。 其中，燃料电池、电池储能系统和自备燃煤电站通过同一母线连接，连接工业 园区内的用电负荷，并经升压变压器与外部电网产生功率交互；氢气纯化装置 以工业副产氢为输入，输出口连接储氢罐的输入口；储氢罐的输出口连接燃料 电池的输入口；燃料电池的一输出口连接储热罐的输入口；自备燃煤电站的一 输出口连接储热罐的输入口；储热罐的输出口连接工业园区的热负荷。
工业园区电氢互补低碳能源系统的具体结构特征如下：
自备燃煤电站由锅炉、汽轮机、发电机和其他辅助涉笔组成，能够将煤炭 的化学能转化为电能，该过程产生的余热则存储在储热罐中；
电池储能系统由电池组、电池管理系统、功率变换系统、汇集线路和其他 辅助设备组成，用于电能的存储、转换和释放；
氢气提纯装置用于将工业副产氢中氢气与其他杂质分离，纯化后的氢气通 入储氢罐中存储；
储氢罐是存储气态氢的压力容器，采用高压存储的方式存储氢气，包括必 要的安全附件及压力检测、显示仪器等，能够在常温下进行快速的氢气充放， 供应氢气于加氢机；
燃料电池是由正负电极、电解质隔膜和集电器组成，能够通过电化学反应 将氢气的化学能转化为电能，该过程中产生的余热则通过集热管回收存储与储 热罐中。
储热罐是存储热量的容器，常用水或熔融盐作为储热材料。
本发明所述的规划方案仅包括氢气纯化装置、储氢罐和燃料电池的容量。 这是因为实际中工业园区本身已经拥有自备燃煤电站、电池储能系统和储热罐 等设备，故本发明不再考虑这一部分投资成本。
请参阅图2，本发明一种工业园区电氢互补低碳能源系统经济性评估方法， 通过中长期运行模拟来评估规划方案的经济可行性，包括以下步骤：
S1、获取工业园区电氢互补低碳能源系统的规划方案、运行场景模拟和经 济性评估所需的相关信息；
具体包括：
(1)设备参数，例如氢气纯化装备、储氢罐、燃料电池的购置费用、年运 维费用、运行寿命、运行参数等，自备燃煤电站、电池储能系统和储热罐的运 行参数等；
(2)负荷参数，例如工业园区的历史电负荷、热负荷、副产氢的产量等；
(3)经济参数，例如折现率。
S2、以运行成本最小为目标，建立工业园区电氢互补低碳能源系统的运行 调度优化模型；
1)目标函数
工业园区电氢互补低碳能源系统运行调度模型的目标是调度周期内的运行 成本最小。
目标函数表示如下：
第一部分表示园区从电网购电的成本，第二部分表示园区自备燃煤电站发 电的成本，第三部分表示园区燃料电池发电可以获得的碳收益，第四部分表示 切除电负荷的成本，第五部分表示切除热负荷的成本。
其中，
表示调度时段的集合；Δt表示一个时间段；Cgrid表示从外部电网 购电的成本系数；Ctp表示自备燃煤电站发电的成本系数；
表示碳交易的价 格系数；λe表示切除电负荷的成本系数；λh表示切除热负荷的成本系数；
表 示时段t园区从电网获取的功率；Pt tp表示时段t自备燃煤电站发出的功率；Pt fc表示时段t燃料电池发出的功率；Pt ls表示时段t切除的电负荷；
表示时段t 切除的热负荷。
2)运行约束
工业园区电氢互补低碳能源系统运行需要满足一系列条件：
(1)氢能子系统
其中，
表示时段t燃料电池消耗的氢气质量；Pt fc表示时段t燃料电池的 发电功率；ηH2P表示氢气质量与电功率之间的转换系数；
表示时段t提取的 氢气质量；
表示时段t工业园区产生的副产氢的质量；ηphr表示副产氢的提 纯效率；LOHt表示时段t储氢罐的储氢量；γ表示储氢罐氢气的耗散率；LOHmin /LOHmax表示储氢罐储氢水平的最小值/最大值。式(3)表示每个时段获取的提 纯氢气的上限为将该时段的副产氢全部提纯。式(4)表示储氢罐的储氢量随时 间的变化，其储量由每个时段泄露的氢气质量、提纯氢气的质量和燃料电池消 耗的氢气质量共同决定；式(5)表示储氢量的上下限。
(2)电力子系统
其中，SOCt表示电池储能系统在时段t的蓄电状态；γb表示电池储能系统 的自放电率；ηch/ηdis表示电池储能系统的充电效率/放电效率；Pt ch/Pt dis表示电 池储能系统在时段t的充电功率/放电功率；SOCmin/SOCmax表示电池储能系统蓄 电的最小值/最大值；Pfc,max表示燃料电池发电功率的最大值；Pch,max/Pdis,max表 示充电功率/放电功率的最大值；
为0-1变量；表示电池储能系统在时段 t的充电/放电状态，若是1，则表示充电/放电；Pt tp表示自备燃煤电站在时段t 的发电功率；
表示园区在时段t有功/无功负荷大小；
表示静态无功 发电机在时段t发出的功率；α表示有功和无功切负荷之间的比例系数。式(6) 表示电池储能系统的蓄电量随时间的变化，其蓄电量由泄露的电量、充电行为和放电行为共同决定；式(8)表示电池储能系统的上下限约束；式(11)表示 充电状态和放电状态是互斥的，如果电池是充电状态那么放电功率必然就是0， 反之亦然；式(12)和(13)为工业园区的有功/无功功率平衡约束。
(3)热力子系统
其中，
表示燃料电池在时段t的发热功率，ηfc表示燃料电池的发热效率， 
表示自备燃煤电站在时段t的发热功率，ηtp表示自备燃煤电站的热电比， SOHt表示储热罐在时段t的储热量，ηhwt表示储热罐的热损失系数，
表示储 热罐在时段t输出或输入的热量，若大于0则表示输入热量，若小于0则表示 输出热量，
表示园区在时段t热负荷，Ptp ,max/Ptp,min表示自备燃煤电站发电 的上下限；ΔPtp表示自备燃煤电站的爬坡速率。式(15)表示的储热罐的储热 量随时间的变化，与储氢罐类似；式(16)表示园区的热量平衡约束；式(19) 表示自备燃煤电站的功率变化要收到机组爬坡速率的限制。
S3、在序贯蒙特卡洛模拟框架下，对系统经济性进行评估。
请参阅图3，首先给定规划方案，初始化运行模拟参数；然后通过拉丁超 立方抽样方法对园区的电负荷、热负荷和副产氢产量进行随机抽样模拟；接着 通过运行调度优化模型对各时段的园区运行状态进行计算，并统计相关经济性 指标，各经济性评估指标如表1所示。
表1系统经济性评估指标
各经济性评估指标的详细计算公式如下：
(1)等年值成本
工业园区电氢互补低碳综合能源系统的成本主要包括三个部分：设备规划 投资成本、系统运行成本和系统维修成本。这里采用等年值成本来衡量系统的 经济效益。等年值成本的计算公式如下：
ACS＝CRF·Ccap+Copt+Crep
其中，ACS表示系统等年值成本；Ccap表示规划方案的初始投资成本；CRF 表示资金回收系数；Copt表示系统的运行成本，包括外部电网的购电成本和失负 荷惩罚成本；Crep为系统的维修成本。
CRF的计算公式为：
其中，T表示氢能设备的寿命周期，单位为年；R表示折现率。
(2)年运行收益
为了便于比较不同规划方案之间的经济效益，引入年运行收益(REV)指标。 其计算公式为：
REV＝ψe+ψC
其中，ψe表示电收益，ψC表示碳收益。值得说明的是，本发明中的电收益 指的是由于燃料电池发电而节省的购电成本。
(3)净现值
在项目计算期内，按行业基准折现率或其他设定的折现率计算的各年净现 金流量现值的代数和。净现值法就是按净现值大小来评价方案优劣的一种方法。 净现值大于零则方案可行，且净现值越大，方案越优，投资效益越好。其计算 公式为：
其中，CIt是第t年的现金流入，COt是第t年的现金流出，R表示折现率。
(4)内部收益率
内部收益率是一项投资渴望达到的报酬率，该指标越大越好。一般情形下， 内部收益率大于或者等于基准收益率时，该项目是可行的。其计算方法为使净 现值NPV＝0的R就是内部收益率，记为IRR。
(5)投资回收期
投资回收期就是使累计的经济效益等于最初的投资费用所需的时间，可分 为静态投资回收期和动态投资回收期。静态投资回收期是在不考虑资金时间价 值的条件下，以项目的净收益回收其全部投资所需要的时间。动态投资回收期 是把投资项目各年的净现金流量按基准收益率折成现值之后，再来推算投资回 收期，这就是它与静态投资回收期的根本区别。
投资者一般都十分关心投资的回收速度，为了减少投资风险，都希望越早 收回投资越好。动态投资回收期是一个常用的经济评价指标。动态投资回收期 弥补了静态投资回收期没有考虑资金的时间价值这一缺点，使其更符合实际情 况。
本发明采用动态投资回收期，计算公式为：
其中，PBP表示投资回收期，n表示累计净现金流量现值出现正值的年数， NCn表示第n年累计净现金流量现值。
拟在某工业园区投资建设电氢互补能源系统，获取电氢互补能源系统经济 性评估所需的相关信息，表2展示了氢能设备的主要经济参数，表3展示了各 设备的技术参数以及其余所需参数。
表2氢能设备的主要经济参数
表3设备技术参数
本发明再一个实施例中，提供一种工业园区电氢互补低碳能源系统经济性 评估系统，该系统能够用于实现上述工业园区电氢互补低碳能源系统经济性评 估方法，具体的，该工业园区电氢互补低碳能源系统经济性评估系统包括信息 采集模块、调度优化模块以及评估模块。
其中，信息采集模块，获取工业园区电氢互补低碳能源系统的运行场景模 拟信息和经济性评估信息；
调度优化模块，根据信息模块获取的工业园区电氢互补低碳能源系统运行 场景模拟信息和经济性评估信息，以调度周期内的运行成本最小为目标，建立 工业园区电氢互补低碳能源系统的运行调度优化模型；
评估模块，在序贯蒙特卡洛模拟框架下，给定规划方案，初始化运行模拟 参数；然后通过拉丁超立方抽样方法对园区的电负荷、热负荷和副产氢产量进 行随机抽样模拟；运行调度优化模块建立的运行调度优化模型对各时段的园区 运行状态进行计算，统计经济性指标，对工业园区电氢互补低碳能源系统的经 济性进行评估。
本发明再一个实施例中，提供了一种终端设备，该终端设备包括处理器以 及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令， 所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央 处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号 处理器(Digital SignalProcessor、DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array， FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件 等，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具 体适于加载并执行一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能；本 发明实施例所述的处理器可以用于工业园区电氢互补低碳能源系统经济性评估 方法的操作，包括：
获取工业园区电氢互补低碳能源系统的运行场景模拟信息和经济性评估信 息；根据获取的工业园区电氢互补低碳能源系统运行场景模拟信息和经济性评 估信息，以调度周期内的运行成本最小为目标，建立工业园区电氢互补低碳能 源系统的运行调度优化模型；在序贯蒙特卡洛模拟框架下，给定规划方案，初 始化运行模拟参数；然后通过拉丁超立方抽样方法对园区的电负荷、热负荷和 副产氢产量进行随机抽样模拟；运行建立的运行调度优化模型对各时段的园区 运行状态进行计算，统计经济性指标，对工业园区电氢互补低碳能源系统的经 济性进行评估。
本发明再一个实施例中，本发明还提供了一种存储介质，具体为计算机可 读存储介质(Memory)，所述计算机可读存储介质是终端设备中的记忆设备， 用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括 终端设备中的内置存储介质，当然也可以包括终端设备所支持的扩展存储介质。 计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且， 在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令， 这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。需要说明的是， 此处的计算机可读存储介质可以是高速RAM存储器，也可以是非不稳定的存 储器(Non-Volatile Memory)，例如至少一个磁盘存储器。
可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令， 以实现上述实施例中有关工业园区电氢互补低碳能源系统经济性评估方法的相 应步骤；计算机可读存储介质中的一条或一条以上指令由处理器加载并执行如 下步骤：
获取工业园区电氢互补低碳能源系统的运行场景模拟信息和经济性评估信 息；根据获取的工业园区电氢互补低碳能源系统运行场景模拟信息和经济性评 估信息，以调度周期内的运行成本最小为目标，建立工业园区电氢互补低碳能 源系统的运行调度优化模型；在序贯蒙特卡洛模拟框架下，给定规划方案，初 始化运行模拟参数；然后通过拉丁超立方抽样方法对园区的电负荷、热负荷和 副产氢产量进行随机抽样模拟；运行建立的运行调度优化模型对各时段的园区 运行状态进行计算，统计经济性指标，对工业园区电氢互补低碳能源系统的经 济性进行评估。
图4是本发明一实施例提供的计算机设备的示意图。如图4所示，该实施 例的计算机设备60包括：处理器61、存储器62以及存储在存储器62中并可 在处理器61上运行的计算机程序63，该计算机程序63被处理器61执行时实 现实施例中的心率测量方法，为避免重复，此处不一一赘述。或者，该计算机 程序63被处理器61执行时实现实施例中心率测量装置中各模型/单元的功能， 为避免重复，此处不一一赘述。
计算机设备60可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计 算设备。计算机设备60可包括，但不仅限于，处理器61、存储器62。本领域 技术人员可以理解，图4仅仅是计算机设备60的示例，并不构成对计算机设备 60的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同 的部件，例如计算机设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器61可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可 以是其它通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集 成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列 (Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其它可编程逻辑器件、分立门或者 晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器 也可以是任何常规的处理器等。
存储器62可以是计算机设备60的内部存储单元，例如计算机设备60的硬 盘或内存。存储器62也可以是计算机设备60的外部存储设备，例如计算机设 备60上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字 (Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。
进一步地，存储器62还可以既包括计算机设备60的内部存储单元也包括 外部存储设备。存储器62用于存储计算机程序以及计算机设备所需的其它程序 和数据。存储器62还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
综上所述，本发明一种工业园区电氢互补低碳能源系统经济性评估方法及 系统，基于序贯蒙特卡洛模拟框架，以运行成本最小为目标的工业园区电氢互 补低碳能源系统运行调度模型；基于系统运行关键参数的历史数据，采用拉丁 超立方抽样方法生成多组运行场景，使系统的运行模拟尽可能符合实际情况； 通过序贯蒙特卡洛模拟框架将上述抽样场景和调度模型结合，当达到收敛条件 时，计算系统的各经济性评估指标，实现对工业园区电氢互补低碳能源系统的 经济性评估，能够有效地解决工业园区电氢互补低碳能源系统的经济性评估问 题。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计 算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结 合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包 含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、 CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品 的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/ 或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或 方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式 处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机 或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流 程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备 以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的 指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流 程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使 得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理， 从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程 或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围， 凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入 本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (10)
1.电氢互补能源系统经济性评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取工业园区电氢互补低碳能源系统的运行场景模拟信息和经济性评估信息；
S2、根据步骤S1获取的工业园区电氢互补低碳能源系统运行场景模拟信息和经济性评估信息，以调度周期内的运行成本最小为目标，建立工业园区电氢互补低碳能源系统的运行调度优化模型；
S3、在序贯蒙特卡洛模拟框架下，初始化运行模拟参数；通过拉丁超立方抽样方法对工业园区的电负荷、热负荷和副产氢产量进行随机抽样模拟；运行步骤S2建立的运行调度优化模型对各时段的园区运行状态进行计算，统计经济性指标，对工业园区电氢互补低碳能源系统的经济性进行评估。
2.根据权利要求1所述的电氢互补能源系统经济性评估方法，其特征在于，步骤S1中，运行场景模拟信息和经济性评估信息具体为：
设备参数，包括氢气纯化装备、储氢罐、燃料电池的购置费用、年运维费用、运行寿命、运行参数等，自备燃煤电站、电池储能系统和储热罐的运行参数；负荷参数，包括工业园区的历史电负荷、热负荷、副产氢的产量；经济参数，包括折现率。
3.根据权利要求1所述的电氢互补能源系统经济性评估方法，其特征在于，步骤S2中，运行调度优化模型的目标函数如下：
其中，
表示调度时段的集合；Δt表示一个时间段；Cgrid表示从外部电网购电的成本系数；Ctp表示自备燃煤电站发电的成本系数；
表示碳交易的价格系数；λe表示切除电负荷的成本系数；λh表示切除热负荷的成本系数；Pt grid表示时段t园区从电网获取的功率；Pt tp表示时段t自备燃煤电站发出的功率；Pt fc表示时段t燃料电池发出的功率；Pt ls表示时段t切除的电负荷；
表示时段t切除的热负荷。
4.根据权利要求1所述的电氢互补能源系统经济性评估方法，其特征在于，步骤S2中，运行调度优化模型的运行约束包括：
氢能子系统，包括每个时段获取的提纯氢气的上限为将该时段的副产氢全部提纯，储氢罐的储氢量随时间的变化和储氢量的上下限；
电力子系统，包括电池储能系统的蓄电量随时间的变化，电池储能系统的上下限约束，充电状态和放电状态以及工业园区的有功/无功功率平衡约束；
热力子系统，包括储热罐的储热量随时间的变化，园区的热量平衡约束和自备燃煤电站的功率变化要收到机组爬坡速率的限制。
5.根据权利要求4所述的电氢互补能源系统经济性评估方法，其特征在于，氢能子系统的约束具体为：
其中，
表示时段t燃料电池消耗的氢气质量；Pt fc表示时段t燃料电池的发电功率；ηH2P表示氢气质量与电功率之间的转换系数；
表示时段t提取的氢气质量；
表示时段t工业园区产生的副产氢的质量；ηphr表示副产氢的提纯效率；LOHt表示时段t储氢罐的储氢量；γ表示储氢罐氢气的耗散率；LOHmin/LOHmax表示储氢罐储氢水平的最小值/最大值；
电力子系统的约束具体为：
其中，SOCt表示电池储能系统在时段t的蓄电状态；γb表示电池储能系统的自放电率；ηch/ηdis表示电池储能系统的充电效率/放电效率；Pt ch/Pt dis表示电池储能系统在时段t的充电功率/放电功率；SOCmin/SOCmax表示电池储能系统蓄电的最小值/最大值；Pfc,max表示燃料电池发电功率的最大值；Pch,max/Pdis,max表示充电功率/放电功率的最大值；
为0-1变量；表示电池储能系统在时段t的充电/放电状态，若是1，则表示充电/放电；Pt tp表示自备燃煤电站在时段t的发电功率；
表示园区在时段t有功/无功负荷大小；
表示静态无功发电机在时段t发出的功率；α表示有功和无功切负荷之间的比例系数；
热力子系统的约束具体为：
其中，
表示燃料电池在时段t的发热功率，ηfc表示燃料电池的发热效率，
表示自备燃煤电站在时段t的发热功率，ηtp表示自备燃煤电站的热电比，SOHt表示储热罐在时段t的储热量，ηhwt表示储热罐的热损失系数，
表示储热罐在时段t输出或输入的热量，若大于0则表示输入热量，若小于0则表示输出热量，
表示园区在时段t热负荷，Ptp,max/Ptp,min表示自备燃煤电站发电的上下限；ΔPtp表示自备燃煤电站的爬坡速率。
6.根据权利要求1所述的电氢互补能源系统经济性评估方法，其特征在于，步骤S3中，经济性指标包括等年值成本ACS，年运行收益指标REV，净现值NPV，内部收益率IRR和投资回收期PBP。
7.根据权利要求6所述的电氢互补能源系统经济性评估方法，其特征在于，等年值成本的计算公式如下：
ACS＝CRF·Ccap+Copt+Crep
其中，ACS表示系统等年值成本；Ccap表示规划方案的初始投资成本；CRF表示资金回收系数；Copt表示系统的运行成本，包括外部电网的购电成本和失负荷惩罚成本；Crep为系统的维修成本；
年运行收益指标REV为：
REV＝ψe+ψC
其中，ψe表示电收益，ψC表示碳收益；
净现值NPV为：
其中，CIt是第t年的现金流入，COt是第t年的现金流出，R表示折现率当净现值NPV＝0时的R为内部收益率IRR；
投资回收期PBP为：
其中，n表示累计净现金流量现值出现正值的年数，NCn表示第n年累计净现金流量现值。
8.一种电氢互补能源系统经济性评估系统，其特征在于，包括：
信息采集模块，获取工业园区电氢互补低碳能源系统的运行场景模拟信息和经济性评估信息；
调度优化模块，根据信息模块获取的工业园区电氢互补低碳能源系统运行场景模拟信息和经济性评估信息，以调度周期内的运行成本最小为目标，建立工业园区电氢互补低碳能源系统的运行调度优化模型；
评估模块，在序贯蒙特卡洛模拟框架下，给定规划方案，初始化运行模拟参数；然后通过拉丁超立方抽样方法对园区的电负荷、热负荷和副产氢产量进行随机抽样模拟；运行调度优化模块建立的运行调度优化模型对各时段的园区运行状态进行计算，统计经济性指标，对工业园区电氢互补低碳能源系统的经济性进行评估。
9.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据权利要求1至7所述的方法中的任一方法。
10.一种计算设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器、存储器及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行根据权利要求1至7所述的方法中的任一方法的指令。
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