2025年 第47卷 第10期    刊出日期：2025-10-25

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电化学储能

绿电制氢产业关键技术现状及展望

庄富豪, 吴军, 朱瑞金, 吴红梅, 田润, 薛雨润

2025, 47(10):  1-9.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2025.10.001

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氢能是一种绿色、清洁的二次能源，已成为能源互联的重要媒介，是实现中国“双碳”目标的重要载体。然而中国氢能技术的研发和产业的应用尚处于起步阶段，氢能的制备、储存、运输和应用等全产业链的各个环节存在大量技术难题需要解决。绿电制氢利用中国丰富的风电、光伏等可再生能源优势，在源-网-荷之间实现电力与氢能的耦合，促进电网稳定运行，支撑可再生能源大规模发展。从制氢、储氢、运氢和应用等各个环节研究了绿电制氢关键技术的发展现状与趋势，得出绿氢具有广泛的应用场景，风电光伏等可再生能源余电制氢将是未来主流的制氢方式。结合氢能产业发展提出了典型的应用场景和发展建议，为绿电制氢产业发展提供参考思路。

氨基固体氧化物燃料电池的研究进展与机遇

明传旺, 赵宇豪, 吕友军, 李一航

2025, 47(10):  10-25.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2025.10.002

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作为一种氢能载体和零碳燃料，氨在清洁能源发电领域的应用前景广阔。探讨了以氨为燃料的固体氧化物燃料电池（DA-SOFCs）的应用现状及发展方向。DA-SOFCs可分为氧离子传导型（O-SOFCs）和质子传导型（H-SOFCs），阐述了两者的工作原理、电解质和电极材料的选择、阳极的分解过程，并总结了电解质、电极材料、操作温度等因素对电池性能的影响。比较了不同类型DA-SOFCs使用NH₃燃料的性能差异与原因：O-SOFCs在高温条件下能高效完成氨的裂解与电化学反应协同，但高温对材料的制约限制了其发展；H-SOFCs展现出高效的性能优势，但仍面临电解质材料稳定性差、阳极抗氮化能力弱、低温氨裂解效率低等挑战。

基于磷酸燃料电池的三联供系统经济性测算及价格成本分析

陈袁, 郭潇涵, 王廷鉴, 徐佩芸, 陈鹏, 王迪, 邓良胜

2025, 47(10):  26-33.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2025.10.003

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针对以天然气为燃料、以合同能源管理为运营模式的高温磷酸燃料电池三联供系统经济性问题，基于瞬时系统模拟程序（Trnsys）对南方某三甲医院进行容量优化配置和经济性分析。研究表明，在充分挖掘冷、热、电需求后，年发电小时数达6 000，系统自耗电率约为5%，净发电效率为40.9%，能源综合利用率达75%，目前进口设备价格约1.2 万元/kW，系统总投资约为6 900万元，项目投资回收期为18.73年，需大力补贴才能实现示范落地。系统日常处于较高负荷率，如遇停电，系统能够在不间断电源提供的过渡时间内迅速爬升负荷，作为重要负荷的保障电源，为医院节省柴油发电机房投资约250万元。结合其他类型燃料电池国产化进程，若磷酸燃料电池造价降至0.6 万元/kW，项目全投资收益率将达5%以上，在低息贷款条件下，此类项目将成为经济性良好的清洁、高效分布式供能新形式。

基于NSGA-Ⅱ的含氢多能源系统经济与低碳协同优化调度

邱文婷, 董家乐, 吴笛, 苏文静, 宗毅

2025, 47(10):  34-44.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2025.10.004

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为应对电-热-氢多能源系统（MES）中电制氢设备运行安全问题以及运行调度难以兼顾经济性和低碳性的问题，提出一种结合电解槽非线性动态模型和非支配遗传算法Ⅱ（NSGA-Ⅱ）的优化调度策略，以实现MES的多目标优化。为确保电制氢过程在安全温度范围内，构建了一个考虑堆温对电解效率非线性影响的碱性电解槽动态模型；为利用MES中各类能源的强耦合关系和负荷的可调度性，引入综合需求响应机制和碳交易机制以提高系统的经济性和低碳运行能力；融合电解槽的复杂非线性模型，提出了基于NSGA-Ⅱ的多目标优化算法，并使用优劣解距离法综合评价出最优解，以实现对MES的优化调度。通过不同算例的仿真试验，对MES的日总运行成本和碳排放量进行比较分析。结果表明，结合了NSGA-Ⅱ的多目标优化方法可显著降低系统的日总运行成本和碳排放总量，相较于单一优化系统经济成本，系统的日总成本和碳排放分别减少33.5%和57.7%，验证了所提策略在提升电-热-氢MES经济性与低碳性方面的有效性。

新能源与储能系统优化

基于二次EMD分解的风电场混合储能系统配置优化

张凯, 王金袖, 杨雪峰, 王强, 肖盛忠, 李鹏, 孙成武

2025, 47(10):  45-51.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2025.10.005

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“双碳”目标下，以风力发电为主的新型电力系统成为我国能源发展的新方向。风力发电具有波动性、间歇性，并网时会影响电网安全可靠运行。混合储能系统（HESS）可以有效解决风电波动性问题，但如何优化配置和任务分配是关键。建立了锂电池-超级电容器HESS，系统工作时部分低频分量直接并网，剩余部分为混合储能工作任务，超级电容器消纳高频分量，锂电池消纳中频分量。通过经验模态分解（EMD）获得风电功率直接并网量和混合储能任务量，对混合储能任务量进行二次EMD分解并重构，获得超级电容器和锂电池的工作任务，降低了HESS容量配置难度，提高了风电消纳能力。与传统方案相比，所提方案投资维护成本减少约5.3%，系统极端情况下的运行稳定性更强。

计及钢铁企业参与的含风电电力系统协同调度策略

高建生, 汪马翔, 邢鹏生, 肖柱

2025, 47(10):  52-59.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2025.10.006

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针对当前含风电电力系统中大规模新能源难以消纳及钢铁企业缺乏参与调度积极性的问题，提出计及钢铁企业参与的含风电系统协同调度策略。分析钢铁企业参与风电消纳的模式，基于电弧炉的调度特性对其进行建模；采用数据驱动方法进行大规模场景生成，分析电弧炉与风电出力的不确定性叠加影响，确定电力系统应对不确定性波动所需的备用容量；基于生成的场景集，提出计及风电出力变化与源荷波动的钢铁企业自适应电价机制，激励其参与需求响应；建立兼顾多方利益的优化调度模型并采用人工蜂群算法求解；通过算例对所提策略进行仿真验证。结果表明，所提方法可以在保证钢铁企业调度积极性的同时提高系统的经济性与风电消纳。

基于甲醇合成与燃气轮机联合循环的联产系统优化分析

黄梓琪, 吴志聪, 徐钢, 葛士宇, 陈衡

2025, 47(10):  60-68.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2025.10.007

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提出一种新型系统，对甲醇合成系统进行全流程优化。该系统将甲醇合成系统的驰放气用作燃气轮机联合循环（GTCC）的原料气体，且GTCC能够有效利用甲醇合成塔所产生的热量，从而提升整个系统能量的利用效率及发电能力。采用Aspen Plus软件构建新系统模型，与甲醇合成系统进行对比，并对两个系统进行热力学及敏感性分析。热力学分析表明：甲醇合成集成GTCC优化系统与传统系统相比能效提升3.53%，㶲效率提升3.66%。敏感性分析结果显示：操作条件设定压力为3~8 MPa、合成温度为200~300 ℃、分流比为0.95~ 0.99，H₂/CO₂摩尔比为2.5~3.5时，将合成温度设定为250 ℃，H₂/CO₂摩尔比设定为3，提高压力、增大分流比均对甲醇产量的提升有积极作用。

储能协同策略

工业-民用耦合能源系统不确定运行条件适应能力研究

黄子硕, 窦真兰, 陈佳盈

2025, 47(10):  69-76.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2025.10.008

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综合利用工业余热及能源副产物为周边建筑供能，是能源梯级综合利用的重要手段。但工业生产计划和建筑用能相对独立，分别由不同的因素主导，在常规源荷不确定性之外又引入了新的不确定因素，系统设计决策的边界条件更为复杂。以上海某工业园区工业-民用耦合能源系统为例，设定了逐年气象、入住率及能源价格等典型不确定运行条件，选取4种典型的系统配置方案，量化综合供能系统对不确定运行条件的适应性。计算结果表明，配置总装机容量10%∼20%的燃料电池冷热电联供设备，可以明显提升系统的适应能力，多变场景下运行时的经济性优于全电热泵系统。

家庭用户燃料电池热电联供系统能量管理策略及配置优化

刘铠诚, 王松岑, 何桂雄, 贾晓强, 李佳昕, 王进, 续宏

2025, 47(10):  77-87.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2025.10.009

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氢能是清洁零碳、可长期存储、灵活高效的二次能源。基于燃料电池的氢-电相互转化是氢能助力能源电力行业低碳转型的重要应用思路。针对家庭用户用能场景，建立包含燃料电池、电解池、蓄电池、储氢罐、储热水箱等模块的氢燃料电池热电联供系统多单元数学模型，分析典型地区用电、用热负荷需求，提出家庭用户典型日负荷曲线。分别针对峰谷电利用和清洁能源消纳两种典型场景提出系统能量管理策略，并通过多参数联合调试获得各场景下系统初步参数配置方案。采用粒子群优化算法，以经济性为目标函数，开展系统配置优化研究。优化后峰谷电利用和清洁能源消纳场景下系统年均成本分别下降了7.14%和6.15%。