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

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

1 風(fēng)光制氫工藝 技術(shù)極為嚴(yán)謹(jǐn)

近年來(lái)，內(nèi)蒙、新疆、青海批復(fù)了超200多個(gè)風(fēng)光制氫項(xiàng)目，越來(lái)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(lái)看絕大多數(shù)為離網(wǎng)或少部分容量并網(wǎng)的項(xiàng)目，預(yù)計(jì)未來(lái)會(huì)有更多的風(fēng)光制氫項(xiàng)目落地。

盡管風(fēng)光制氫市場(chǎng)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(shí)際落地還有許多亟需攻克的問(wèn)題。

在工藝技術(shù)方面，風(fēng)光發(fā)電的波動(dòng)性會(huì)導(dǎo)致制氫系統(tǒng)的功率輸入波動(dòng)幅度很大，在較大的功率波動(dòng)范圍內(nèi)，制氫設(shè)備難以耐受波動(dòng)性從而使用壽命下降，波動(dòng)導(dǎo)致的制氫功率過(guò)小也會(huì)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(xiàng)目的成本往往與新能源的波動(dòng)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(yùn)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(dòng)的不可預(yù)測(cè)性會(huì)導(dǎo)致制氫設(shè)備利用率較低，產(chǎn)出收益也難達(dá)預(yù)期。

因此，高精度的臨近預(yù)測(cè)配合長(zhǎng)時(shí)間尺度的功率預(yù)測(cè)，通過(guò)結(jié)合發(fā)電、化工過(guò)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(lái)多種風(fēng)光制氫項(xiàng)目的迫切需求。

基于此，國(guó)能日新推出了全新的風(fēng)光制氫功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)服務(wù)于整個(gè)新能源制氫項(xiàng)目，分別從技術(shù)架構(gòu)與硬件架構(gòu)實(shí)現(xiàn)風(fēng)光制氫合成氨工業(yè)全流程最優(yōu)化過(guò)程控制策略，助力國(guó)內(nèi)風(fēng)光制氫項(xiàng)目成本把控與盈利條件的改善。

2 風(fēng)光制氫功率預(yù)測(cè) 助力成本最優(yōu)解

目前，國(guó)能日新最新的風(fēng)光制氫功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)解決方案已經(jīng)用于新疆、青海等多個(gè)風(fēng)光制氫示范項(xiàng)目，所有項(xiàng)目均實(shí)現(xiàn)以15分鐘級(jí)的超短期預(yù)測(cè)精度進(jìn)而調(diào)節(jié)制氫負(fù)荷，個(gè)別項(xiàng)目更是以1分鐘級(jí)臨近預(yù)測(cè)根據(jù)項(xiàng)目負(fù)荷控制目標(biāo)制定需求。

在項(xiàng)目中，為了為實(shí)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(guò)程全流程最優(yōu)調(diào)控方案，從5個(gè)技術(shù)方向進(jìn)行了優(yōu)化以達(dá)到階段性目的，進(jìn)而最終服務(wù)于整體場(chǎng)站。

一方面，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)光臨近預(yù)測(cè)（0~30分鐘）、超短期預(yù)測(cè)（0~4小時(shí)）、短期預(yù)測(cè)（72小時(shí)）和中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)（240小時(shí)到30天）的功率預(yù)測(cè)；另一方面，對(duì)新能源現(xiàn)貨電力交易電價(jià)進(jìn)行預(yù)測(cè)，每天預(yù)測(cè)未來(lái)1~7天電價(jià)或更長(zhǎng)時(shí)間（30天）。通過(guò)對(duì)上述數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)，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(shí)段和交易價(jià)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(shí)現(xiàn)了對(duì)新能源長(zhǎng)周期8760h發(fā)電能力預(yù)測(cè)，提供了未來(lái)一年逐小時(shí)級(jí)的發(fā)電功率和發(fā)電量預(yù)測(cè)結(jié)果，用于指導(dǎo)規(guī)劃長(zhǎng)周期的運(yùn)行策略和年度長(zhǎng)協(xié)的制定等。此外，還實(shí)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(píng)估，通過(guò)數(shù)據(jù)評(píng)估可以為項(xiàng)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(jì)劃。

最后，結(jié)合上述多項(xiàng)技術(shù)研究和數(shù)據(jù)結(jié)果，考慮多種邊界條件，進(jìn)而形成一個(gè)整體的風(fēng)光制氫合成氨能源化工過(guò)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(diǎn)的最優(yōu)運(yùn)維方案。

硬件方面則采用云平臺(tái)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(cè)系統(tǒng)方案，而云平臺(tái)則集合了預(yù)測(cè)、交易以及遠(yuǎn)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(chǔ)、算法及結(jié)果優(yōu)化、web發(fā)布等功能。云平臺(tái)模式下，用戶通過(guò)登錄云平臺(tái)賬號(hào)查詢各項(xiàng)預(yù)測(cè)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(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃》的印發(fā)，發(fā)展綠氫是達(dá)到全球“雙碳”目標(biāo)的重要途徑已成為共識(shí)。根據(jù)國(guó)際能源署數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計(jì)2030年全球氫能領(lǐng)域投資總額將達(dá)5000億美元。

盡管市場(chǎng)規(guī)模龐大，但從政策趨勢(shì)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(guò)20%、下網(wǎng)電量不超過(guò)10%，這無(wú)疑對(duì)風(fēng)光制氫系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求更加嚴(yán)苛，對(duì)應(yīng)的功率預(yù)測(cè)解決方案也將進(jìn)入新一輪的技術(shù)升級(jí)。