﻿ Power to Gas经济模型分析 Economical Model Analysis of Power to Gas

Journal of Low Carbon Economy
Vol.05 No.04(2016), Article ID:18859,6 pages
10.12677/JLCE.2016.54006

Economical Model Analysis of Power to Gas

Xuejun Yang1, Fang Xu2

1Research Institute of Xinjiang Clean Energy Technology, Hami Xinjiang

2Xinjiang Goldwind Tianyi Experimental Wind Farm, Urumqi Xinjiang

Received: Oct. 14th, 2016; accepted: Oct. 31st, 2016; published: Nov. 3rd, 2016

ABSTRACT

The initial investment in equipment and land for renewable power such as wind power and significance of addressing wind curtailment and improving renewable penetration rate is obvious. This article gives a general introduction to the technical route of Power to Gas and the present progress in China and abroad. The energy storage model of integrating curtailed wind energy with hydrogen production is established based on real time data throughout a whole year in a wind farm and in this model two operation scenarios are assumed. From the model, several conclusions of addressing heavy wind curtailment are withdrawn and economical availability is analyzed. As well, this article points out the potential problems of this route in real hydrogen production system. At the end, the related industry context of “Power to Gas” is talked.

Keywords:Wind Power Hydrogen Production, Wind Curtailment, Economic Model

Power to Gas经济模型分析

1新疆洁净能源技术研究院，新疆 哈密

2新疆金风天翼试验风电场，新疆 乌鲁木齐

1. 引言

2015年“三北”地区风电弃风限电问题进一步加剧，弃风电量达到339亿千瓦时；全国风电平均年利用小时数下降到1728小时，比2014年下降165小时 [1] 。

2. 经济模型假设和分析

2.1. 经济模型假设

1) 电解槽在波动运行中的效率μ不变，μ = 5 m3H2/kWh，与风场功率的随动时间延迟为0，其制氢量与其功率波动为线性关系，波动区间为25%~100%，即：制氢系统的最小运行功率是其额定功率的25%，对于连续波动运行模式，当风场的出力小于制氢系统的最小运行功率时，则由电网提供电力并满足制氢系统处于最小功率状态，对于非连续波动运行模式，当风场的出力小于制氢系统的最小运行功率时，则停止制氢系统的运行；

2) 10MW电解槽价格为4600元/kW;

3) 所使用的电网电力价格为0.52元/kWh；

4) 风场除了基本检修以外，其运行正常，不存在意外停机；

5) 本模型的原始数据为该风场的原始10分钟平均数据，选取风速、风机功率、限电功率等参数，每个参数全年中一共有52560个点，因此能够代表该地区的风资源以及发电情况，所有的计算都按照1)中的假设模式进行，风场数据的计算结果直接反映在表1表2中。风场的数据处理公式和计算过程比较简单，未有复杂的数学处理过程，因此本文并未给出详细的计算过程。

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

2.2. 模型分析

1) 不同氢气价格；

2) 考虑氧气和不考虑氧气的收益；

3) 连续运行(见表1)和不连续运行(见表2)模式，也即是电解槽是否使用电网电力的两种模式。

1) 氢气价格的影响，10 MW条件下，氢气价格大幅提高，无论电解槽系统是否连续运行模式，其经济性都明显提高；

2) 无论电解槽系统是否连续运行模式，氧气作为另外一个副产品氧气，对于提高经济型有促进作用，

Table 1. Electrolyser continuous senario with power output between 25% and 100%

3) 使用电网电力参与电解槽制氢，可以使得整个系统的弃风利用比例提高，显而易见这是由于风电输出功率的波动性和不连续性引起的；

4) 当氢气价格较低时，不连续运行模式的经济性要优于连续运行模式下经济性，这是由于氢气价格过低带来的整体效益不足以抵消使用电网电力带来的成本；

5) 当氢气价格较高时，电解槽系统增加电网电力的使用占比，可以提高经济性，本文发现临界点在于2.3元/Nm3

3. 结论和问题分析

Table 2. Electrolyser uncontinuous senario with power output between 25% and 100%

4. 行业关联性

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