氢能综合能源系统设计及应用规划平台

“双碳”目标下，氢能的开发利用成为应对全球气候变化、保障国家能源安全、实现低碳转型的重要途径之一，预计到 2060 年氢能在我国能源消费结构中占比超过 10%。受能源政策、市场以及相关氢能利用技术的驱动，氢能为综合能源系统中难以实现电气化的行业和应用提供了更多可行和适用的选择，本项目旨在通过氢能综合能源系统设计及应用规划平台，为政府机构、能源集团和综合能源服务商等客户提供应用场景分析、氢能系统设计、综合能源系统规划以及涵盖经济性、可靠性、能效及清洁性能的系统全方位量化评估等服务。

项目内容主要涵盖氢能相关工艺流程及系统设计、氢能综合能源系统，前者针对包括碱性电解槽（ALK）、质子交换膜电解槽（PEM）、固体氧化物电解槽（SOC）等核心部件及电厂辅助系统（BOP）在内的氢能本体系统优化设计，后者侧重于集成氢能子系统的多场景系统全流程选型、定容以及运行策略优化。

创新点

1、基于多时间多周期多目标优化和混合整数优化等技术手段，考虑风光等可再生能源间歇性和瞬时波动性、多时间周期“能量——质量”平衡等约束，兼顾系统设计与运行策略双层影响对氢能综合能源系统进行优化设计。

2、基于提出的多能流系统统一建模理论方法对系统内部多异质物质和能源进行建模，通过分段线性化和变量替代等策略成功构建混合整数线性规划模型，考虑设备和系统的非线性变工况特性对系统规划的影响。

3、突破不同流程工艺与能源系统单独规划或简单叠加的技术现状，基于统一建模理论提出多能源系统整体建模与运行控制方法。

4、提出考虑多重不确定因素的全局敏感性分析及鲁棒优化方法，突破了传统局部敏感性分析方法仅能考虑单一不确定因素，难以在多因素耦合变化环境下设计可靠供能系统的瓶颈。

该项成果主要应用于氢能领域及综合能源系统领域。应用场景主要包括：

（1）园区级冷热电气氢联供微能源网；

（2）“沙戈荒”等新能源大基地电氢/燃料联产系统；

（3）“深远海”离网/并网型新能源开发场景；

（4）交通载运装备动力系统等能源交通应用场景；

（5）清洁“电热氢/燃料”联产支撑的钢铁冶金等工业应用场景。

从综合能源服务角度来看，目前我国综合能源服务市场正处于发展初期，有着巨大的市场潜力，相关资料显示，2018 年综合能源服务市场规模达到了 4.77 万亿元，2021年估计市场规模将接近 7 万亿。综合能源系统建设如火如荼，助力实现 2030“碳达峰”和 2060“碳中和”目标大有可为。

从氢能利用来看，国家发展改革委、国家能源局联合印发《氢能产业发展中长期规划（2021—2035 年）》提出，到 2025 年，中国氢能产业基本掌握核心技术，和制造工艺，燃料电池车辆保有量约 5 万辆，部署建设一批加氢站，可再生能源制氢量达到 10万～20 万吨/年，实现二氧化碳减排 100 万～200 万吨/年。根据中国氢能联盟数据，2019年全国氢能产值达到 3000 亿元，结合近几年新增项目情况，初步统计测算 2021 年全国氢能产值规模超过 3100 亿元。根据中国氢能联盟资料，预计到 2050 年，中国氢能产业产值规模有望达到 12 万亿元，将成为引领经济发展的新增长极。根据市场估计，未来氢能规划估计每年至少 10 亿的市场。

通过氢能系统规划平台，旨在为政府机构、能源集团和综合能源服务商等客户提供场景分析、系统设计、综合能源系统规划以及涵盖经济性、可靠性、能效及清洁性能的系统全方位量化评估等服务。

氢能规划估计每年至少 10 亿的市场，公司稳定经营后预计占有 5%市场份额，营业额可达到 5000 万元，按照 40%计算利润为 2000 万，届时开始进入到下一发展阶段即氢能综合能源服务市场。