通过氢实现部门耦合以降低能源系统脱碳成本
最优化与控制
2021-08-31 v1 系统与控制
综合经济学
系统与控制
经济学
摘要
在未来以可变可再生能源（VRE）为主的电网中，将氢（H）用于长时储能日益受到关注。将 H 作为电网级储能建模（常称“电-气-电（P2G2P）”）忽略了所部署 H 生产与储能资产亦可用于供给其他难以直接电气化的终端使用部门脱碳时所带来的成本分摊与减排收益。本文中，我们开发了一个通用建模框架，用于跨电力与交通部门以及电力与 H 供应链协同优化能源基础设施投资与运行，同时考虑能源供需的时空变化。将该部门耦合框架应用于美国东北部的一系列技术成本与碳价情景，我们发现电-氢（P2G）相对于 P2G2P 路径具有更大价值。P2G 提供灵活的需求响应，而 P2G2P 路径的额外成本与效率损失使其对电网平衡而言吸引力较低。部门耦合效应显著：在 96% 脱碳情景下，VRE 发电量提升 12-55%（容量增加且弃电减少），总系统成本（或平准化能源成本）降低 6-14%。部门耦合带来的成本节约与减排均随其他终端使用的 H 需求而增加，在 H 需求增至四倍时，96% 脱碳情景下的收益超过两倍。此外，我们发现碳捕集与封存部署在 H 部门更具成本效益，因其成本更低且利用率更高。这些发现凸显了在规划能源系统脱碳路径时使用含多种能源载体的综合多部门能源系统框架的重要性。
引用
@article{arxiv.2103.03442,
title = {Sector coupling via hydrogen to lower the cost of energy system decarbonization},
author = {Guannan He and Dharik S. Mallapragada and Abhishek Bose and Clara F. Heuberger and Emre Gençer},
journal= {arXiv preprint arXiv:2103.03442},
year = {2021}
}
备注
19 pages, 7 figures