自2019年氫能首次寫入政府工作報告以來，風(fēng)光電解水制氫模式迎來較大的發(fā)展機遇，“十四五”期間，內(nèi)蒙、山西、寧夏、新疆等多個省份均落地了一批風(fēng)光制氫項目，根據(jù)中國能源報相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，截止到2023年底，全國有332個綠氫項目處于規(guī)劃、在建、建成狀態(tài)。

然而，風(fēng)光制氫項目有別于傳統(tǒng)風(fēng)、光電站，其在生產(chǎn)過程中的部分化工屬性，對整套系統(tǒng)的工藝、安全、穩(wěn)定、成本都有更嚴苛的條件，因此，對出力的波動性預(yù)測要求也更為精準。這也導(dǎo)致風(fēng)光制氫項目整體場站對功率預(yù)測、調(diào)控的需求完全區(qū)別于傳統(tǒng)風(fēng)光場站功率預(yù)測系統(tǒng)。

1 風(fēng)光制氫工藝 技術(shù)極為嚴謹

近年來，內(nèi)蒙、新疆、青海批復(fù)了超200多個風(fēng)光制氫項目，越來越多的省市將風(fēng)光制氫納入規(guī)劃當(dāng)中，自備消納已漸漸成為獲取風(fēng)光資源的核心之一。從類型來看絕大多數(shù)為離網(wǎng)或少部分容量并網(wǎng)的項目，預(yù)計未來會有更多的風(fēng)光制氫項目落地。

盡管風(fēng)光制氫市場前景廣闊且規(guī)模龐大，但受限于工藝、技術(shù)、成本、收益率等各方面的影響，實際落地還有許多亟需攻克的問題。

在工藝技術(shù)方面，風(fēng)光發(fā)電的波動性會導(dǎo)致制氫系統(tǒng)的功率輸入波動幅度很大，在較大的功率波動范圍內(nèi)，制氫設(shè)備難以耐受波動性從而使用壽命下降，波動導(dǎo)致的制氫功率過小也會降低制取的氫氣純度，造成安全隱患。

在成本、收益方面，風(fēng)光制氫項目的成本往往與新能源的波動性息息相關(guān)。綠電制氫系統(tǒng)需要穩(wěn)定、持續(xù)的電源以保證其安全高效運行，兩者如何匹配和耦合，是其關(guān)鍵性技術(shù)。例如，如果按照新能源功率配置制氫設(shè)備，雖然保障了新能源利用率，但增加了系統(tǒng)投資成本，出力波動的不可預(yù)測性會導(dǎo)致制氫設(shè)備利用率較低，產(chǎn)出收益也難達預(yù)期。

因此，高精度的臨近預(yù)測配合長時間尺度的功率預(yù)測，通過結(jié)合發(fā)電、化工過程約束條件以及風(fēng)光電站并網(wǎng)參與電力交易形成最優(yōu)生產(chǎn)調(diào)控策略，用于指導(dǎo)全流程的服務(wù)系統(tǒng)，是現(xiàn)在和未來多種風(fēng)光制氫項目的迫切需求。

基于此，國能日新推出了全新的風(fēng)光制氫功率預(yù)測系統(tǒng)服務(wù)于整個新能源制氫項目，分別從技術(shù)架構(gòu)與硬件架構(gòu)實現(xiàn)風(fēng)光制氫合成氨工業(yè)全流程最優(yōu)化過程控制策略，助力國內(nèi)風(fēng)光制氫項目成本把控與盈利條件的改善。

2 風(fēng)光制氫功率預(yù)測 助力成本最優(yōu)解

目前，國能日新最新的風(fēng)光制氫功率預(yù)測系統(tǒng)解決方案已經(jīng)用于新疆、青海等多個風(fēng)光制氫示范項目，所有項目均實現(xiàn)以15分鐘級的超短期預(yù)測精度進而調(diào)節(jié)制氫負荷，個別項目更是以1分鐘級臨近預(yù)測根據(jù)項目負荷控制目標制定需求。

在項目中，為了為實現(xiàn)風(fēng)光電站從并網(wǎng)售電到發(fā)電制氫消納，再到合成氨的化工過程全流程最優(yōu)調(diào)控方案，從5個技術(shù)方向進行了優(yōu)化以達到階段性目的，進而最終服務(wù)于整體場站。

一方面，實現(xiàn)了風(fēng)光臨近預(yù)測（0~30分鐘）、超短期預(yù)測（0~4小時）、短期預(yù)測（72小時）和中長期預(yù)測（240小時到30天）的功率預(yù)測；另一方面，對新能源現(xiàn)貨電力交易電價進行預(yù)測，每天預(yù)測未來1~7天電價或更長時間（30天）。通過對上述數(shù)據(jù)的預(yù)測，可以為風(fēng)光電站并網(wǎng)參與電力交易提供最佳的交易時段和交易價格，也作為本地消納分配方案的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。

其次，實現(xiàn)了對新能源長周期8760h發(fā)電能力預(yù)測，提供了未來一年逐小時級的發(fā)電功率和發(fā)電量預(yù)測結(jié)果，用于指導(dǎo)規(guī)劃長周期的運行策略和年度長協(xié)的制定等。此外，還實現(xiàn)了風(fēng)光上網(wǎng)（交易）功率曲線及本地制氫消納優(yōu)化的技術(shù)評估，通過數(shù)據(jù)評估可以為項目提供合理的分配上網(wǎng)交易電量和本地消納制氫電量，用于指導(dǎo)風(fēng)光功率日常調(diào)控計劃。

最后，結(jié)合上述多項技術(shù)研究和數(shù)據(jù)結(jié)果，考慮多種邊界條件，進而形成一個整體的風(fēng)光制氫合成氨能源化工過程優(yōu)化控制策略算法，用于指導(dǎo)風(fēng)光制氫合成氨能源化工全流程多節(jié)點的最優(yōu)運維方案。

硬件方面則采用云平臺加本地部署模式，本地部署系統(tǒng)仿照了新能源功率預(yù)測系統(tǒng)方案，而云平臺則集合了預(yù)測、交易以及遠程算法等，傳輸?shù)桨踩^(qū)的支持系統(tǒng)服務(wù)器后，完成多源數(shù)據(jù)采集、存儲、算法及結(jié)果優(yōu)化、web發(fā)布等功能。云平臺模式下，用戶通過登錄云平臺賬號查詢各項預(yù)測結(jié)果和優(yōu)化建議等信息，方便和快捷，提高管理效率。

隨著國家發(fā)改委、國家能源局《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃》的印發(fā)，發(fā)展綠氫是達到全球“雙碳”目標的重要途徑已成為共識。根據(jù)國際能源署數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計2030年全球氫能領(lǐng)域投資總額將達5000億美元。

盡管市場規(guī)模龐大，但從政策趨勢看，離網(wǎng)制氫或半離網(wǎng)制氫正在成為普遍性要求，例如內(nèi)蒙要求上網(wǎng)電量不超過20%、下網(wǎng)電量不超過10%，這無疑對風(fēng)光制氫系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求更加嚴苛，對應(yīng)的功率預(yù)測解決方案也將進入新一輪的技術(shù)升級。