1、成果简介 基于江苏徐州氢能动力产业园“零碳示范产业园区”建设的“江苏氢能零碳动力产业园氢电深度耦合创新工程”示范项目，其中光伏装机容量5MW，氢储能（包括电解槽2MW，燃料电池0.5MW）2.5MW，锂电池储能1MW/2MWh。针对氢电深度耦合零碳微网系统（以下简称“零碳微网系统”）中设备性能、控制技术以及考虑多能耦合的微网调度技术进行了深入研究，实现氢电耦合关键技术突破和经济运行。具体研究成果如下： 1.高效、长寿命、低成本的电解槽研发 研发出单体1MW碱性电解槽，额定工况下电解直流电耗≤4.3kWh/Nm3H2，电流密度≥0.4A/cm2；质子交换膜电解槽制氢装备单体制氢功率1MW，电流密度≥1.0A/cm2，运行寿命≥40000h。 2.氢电融合多能变换关键设备控制策略 提出零碳微网系统中电解槽和燃料电池性能衰退导致不一致性下的设备控制策略，提高设备使用寿命和系统整体性能，突破兆瓦级质子交换膜电解槽运行及控制技术难点，以及膜电极和极板数量堆叠后一致性和密封问题。 3.氢电深度耦合零碳微网系统优化控制策略 考虑零碳微网系统中电能、氢能和热能等多能并存、多源互补和源网荷协同作用，研究了零碳微网系统中各设备的多能转换特性和转化机理，提出了计及多能协同及源-荷互动的、以微网经济性和稳定性综合最优的多目标能量管理策略，实现了兆瓦级以上氢电融合枢纽站的高效运行和快速响应，响应时间40ms，突破了枢纽站主动响应时间为百毫秒级的局限。 2、主要创新点 （1）高性能电解槽设备优化研发 本项目采用从电解槽内部流场角度考虑，优化电解槽布局，减少电解液流动死区，降低电解水制氢设备能耗。通过对隔膜进行共混改性和表面改性，有效提升隔膜的机械强度，改善隔膜与电解液相容性，解决大电流密度下隔膜强度和能耗问题，获得高性能电解槽。 （2）基于“源-荷”在线预测的零碳微网系统多目标优化控制技术 本项目考虑清洁能源发电及多能负荷需求，采用综合LSTM多时间尺度预测方法构建具有在线学习能力的集成式“源-荷”预测模型，对微网系统中“电-氢-热”多能开展预测研究；以系统电能质量及经济性为综合目标，考虑包括清洁能源、多类型储能装置、燃料电池电源等装置以及多能负荷的系统级“源-荷”协调控制能量管理方法，通过制定合适的运行模式及控制策略既实现秒级至年度时间尺度并/离网稳定运行，在离网运行情况下，针对燃料电池系统提出基于关联参数的补偿下垂曲线系数的下垂控制方法以维持直流母线电压稳定。 （3）混合电解槽阵列功率匹配优化及PEMFC“电堆级”功率自适应分配策略 本项目从设备及控制理论出发，采用混合电解槽阵列制氢模式，以模糊理论和轮值模式实现不一致电解槽的功率分配，在最大化系统经济性的同时，提升制氢性能，延长制氢系统使用寿命。其次，考虑PEMFC电堆之间整体性能和使用寿命不一致所带来的木桶效应，结合多堆一致性原理，利用高次函数的多项式求极值方法计算最大效率点功率，然后根据功率分配方法控制每个PEMFC输出各自的参考功率，实现各个电堆间功率出力的合理分配。