一种风氢联合发电系统成本效益评估方法

摘要

本发明的一种风氢联合发电系统成本效益评估方法，其特点是，它包括的步骤有：风氢联合发电系统规模计算、风氢联合发电系统成本计算、风氢联合发电系统利润计算和风氢联合发电系统成本效益计算。利用本发明的方法对风氢联合发电系统成本效益进行评估，充分反应此方法对风氢联合发电系统成本效益评估的有效性；具有合理有效，适应性强，具有较高的实际应用价值等优点。

主权项

一种风氢联合发电系统成本效益评估方法，其特征是，它包括以下步骤：1)风氢联合发电系统规模计算由风电削减量确定电解槽容量，其表达式为P_ELYZR＝f_PK×P_WENOM    (1)其中：P_ELYZR为电解槽的容量，f_PK为风电峰值削减比例，P_WENOM为风电装机容量；实际氢的年生产量受风能质量影响，其表达式为Q_H2Y＝E_WELYZR/E_ELYZR   (2)其中：Q_H2Y为电解槽年度实际氢产量，E_WELYZR为电解槽消纳的风电量，E_ELYZR为电解每单位氢所需电量；由于风电的不稳定性，导致氢生产速率发生变化，难以与氢的需求量同步，因此需要储氢设备，以在氢产量不断变化时仍能满足氢的市场需求，为保证氢的连续供应，存储设备的储氢量为M_STRO＝K_day×Q_H2Y/365    (3)其中：M_STRO为氢存储量，K_day为氢连续供应的天数，Q_H2Y为电解槽年度实际氢产量；2)风氢联合发电系统成本计算(1)直接成本风氢联合发电系统年度固定成本为LAC_WH2C＝∑(C_C×F_CR)+∑(C_CRt×F_CRRt)    (4)其中：LAC_WH2C为风氢联合发电系统的平均年固定成本，C_C为初始固定投资成本，F_CR为初始固定投资成本年值系数，C_CRt为第t年内固定资产维修成本，其中，t＝1，2...，20，F_CRRt为第t年内固定资产维修费用年值系数，其中，t＝1，2...，20；风氢联合发电系统年度可变成本为LAC_WH2R＝O&M+∑(C_R×Q_R)+∑(C_S×Q_S)   (5)其中：LAC_WH2R为风氢联合发电系统的平均年可变成本，O&M为年运行及维修费用，C_R为风氢联合发电系统原材料的单位成本，Q_R为风氢联合发电系统原材料的年用量，C_S为风氢联合发电系统的单位服务成本，Q_S为风氢联合发电系统的年服务量；(2)间接成本风氢联合发电成本除了直接设备的成本以及原材料成本之外，还包括收益损失间接成本，由于将部分可售风电用来制氢，降低了并网所得收益，其表达式为C_Xel＝E_WELYZR×(1‑f_CTL)×(S_WE‑C_WE)   (6)其中：C_Xel为可售风电用来制氢的收益损失，E_WELYZR为电解槽消纳的风电量，f_CTL为弃风电量用来电解制氢的比例，S_WE为风电的市场价格，C_WE为风电的成本价格；(3)年度总成本风氢联合发电系统年度总成本为LAC_WH2＝LAC_WH2C+LAC_WH2R+C_Xel    (7)其中：LAC_WH2为风氢联合发电系统年度总成本，LAC_WH2C为风氢联合发电系统的平均年固定成本，LAC_WH2R为风氢联合发电系统的平均年可变成本，C_Xel为可售风电用来制氢的收益损失；(4)单位成本风氢联合发电系统年度单位氢产量成本为C_WH2＝LAC_WH2/Q_H2Y   (8)其中：C_WH2为风氢联合发电系统年度单位氢产量成本，LAC_WH2为风氢联合发电系统年度总成本，Q_H2Y为电解槽年度实际氢产量；(5)成本降低由于技术的逐年进步，预计风氢联合发电系统的各环节中均会出现成本降低现象，其经验曲线表达式为S_t＝S₀×(X/X_i)^‑E    (9)其中：S_t为t年间商品价格，其中，t＝1，2…，20，S₀为商品初始价格，X为给定年间累积经验，X_i为初始经验积累，E为经验参数；3)风氢联合发电系统利润计算(1)年售氢收入风氢联合发电系统生产的氢进入能源市场，作为燃料进一步转化为电能或热能，通过传统燃料与氢能源间的价格效用之比来确定氢能源的市场价格，其表达式为S_H2＝η_REF/η_H2FC×S_REF   (10)其中：S_H2为氢的市场价格，η_REF为应用转换技术的车辆能耗，η_H2FC为直接氢能源动力车的能耗；S_REF为税前参考燃料价格；氢的市场价格会受氢能源市场需求量及其它制氢原料价格因素的影响，根据所采用的氢能源市场价格，年售氢收入为$R_{H2}={10}^{-6}\times S_{H_2}\times Q_{H2Y}\times {\rho }_H\times {\mathrm{LHV}}_{H_2}---\left(11\right)$其中：R_H2为年度氢销售收入，为氢市场价格，Q_H2Y为电解槽年度实际氢产量，ρ_H为氢气密度，取0.08988kg/m³，为氢低热值，取120×10³kJ/kg；(2)平衡成本降低由于部分风电用来制氢能够使得风电出力平稳，降低其波动的频率及幅度，在风电出力峰值时起到缓冲作用，有效降低风能渗透率，因此，风氢联合发电系统有益于电网的平衡管理，减少的平衡成本为R_BL＝2×f_ERR×E_WETOT×(C_bl‑C_blX)+2×f_ERR×E_WELYZR×C_blX    (12)其中：R_BL为年度降低的平衡成本，f_ERR为风电预测误差百分比，E_WETOT为年风电生产总量，C_bl为未安装风氢系统每度风电所需平衡支出，C_blX为安装风氢系统后每度风电所需平衡支出，E_WELYZR为电解槽消纳的风电量；(3)环境效益风电电解水制氢的整个过程都不会产生温室气体，因此，氢气具有显著的环境效益，由于对二氧化碳的排放征收税款，则利用相关转换技术，计算风氢联合发电的环境收益，其表达式为$R_{EMA}=\Sigma ({\mathrm{EM}}_{SECTOR}\times Q_{H2SECTOR})\times C_{{\mathrm{CO}}_2}---\left(13\right)$其中：R_EMA为由风氢联合发电带来的年度环境效益，EM_SECTOR为消耗每单位氢减轻二氧化碳排放量，Q_H2SECTOR为氢的消耗量，为碳排放税；4)风氢联合发电系统成本效益计算根据前述各项成本收益项目，风氢联合发电系统年度成本效益表达式为CB_WH2＝(R_H2+R_BL+R_EMA)‑LAC_WH2    (14)其中：CB_WH2为风氢联合发电系统年度成本效益，R_H2为年度氢销售收入，R_BL为年度降低的平衡成本，R_EMA为由风氢联合发电带来的年度环境效益，LAC_WH2为风氢联合发电系统年度总成本。