海上风电-水下压缩空气储能-氢能多能微电网容量优化配置研究

本文推荐：该研究创新性地构建了集成海上风电(offshore wind)、水下压缩空气储能(UWCAES)和制氢系统的多能微电网，提出基于NSGA-II算法的容量优化方法。结果表明：相较于单一储能系统，该配置使CO2排放降低56.7%（3.24×108 kg），电网购电量减少45.1%，成本下降41.82%，为可再生能源消纳与碳中和目标实现提供了新范式。

　　

Highlight

本研究提出集成海上风电、水下压缩空气储能(UWCAES)和制氢系统的多能微电网，通过能量管理策略优化系统性能，旨在最小化投资成本与碳排放。采用非支配排序遗传算法(NSGA-II)解决系统容量配置问题，并与单一储能系统对比分析。结果显示：海上风电-UWCAES-氢能微电网系统将CO₂排放从7.48×10⁸ kg降至3.24×10⁸ kg，24小时电网购电量从397MW降至218MW，采购成本降低41.82%。

Model

如图1所示，该多能微电网系统包含海上风电、UWCAES和制氢设施。海上风电作为主要能源输入，在负荷高峰时段，风电过剩功率将按序分配给UWCAES存储、制氢和电网馈电；在低谷时段，系统通过UWCAES放电、电网购电和调节制氢功率来平衡供需缺口。

Operating strategy

基于风电输出与负荷需求的关系，系统运行策略分为三种模式：(1)风电过剩且超过UWCAES最大功率时，UWCAES以最大充电功率运行，剩余能量分配给制氢和电网；(2)风电过剩但未超过UWCAES容量时，优先存储剩余能量；(3)风电不足时，按需调用储能和外部购电。

Conclusion

通过LHS和K-means聚类进行场景分析，结合NSGA-II算法优化得出：(1)引入制氢系统后，CO₂减排效果显著；(2)负荷比增加时，风机数量和UWCAES容量同步提升；(3)UWCAES最大储气量降低会导致制氢功率减少而电网供电增加。该系统为海上可再生能源高效利用提供了创新解决方案。