★北京和利時工業軟件有限公司張冰

★中能建氫能源有限公司蔡雨辰

★北京和利時工業軟件有限公司劉棟，趙鍇

★杭州和利時自動化有限公司高國光

關鍵詞：一體化調度；能源管理；智能群控；全流程仿真；綠色認證

1　引言

“十四五”以來，國家陸續出臺各項可再生能源制氫相關政策，引導和推動氫能產業全方位發展。多地探索可再生能源制氫相關管理政策，積極推動電解水制綠氫并合成綠氨、燃煤機組摻燒綠氨發電等技術落地，推進“風光儲+氫”“源網荷儲+氫”等新能源制氫示范建設。隨著氫能行業一系列利好政策的發布，新能源制氫及氫基能源發展也逐漸得到重視，全國多個可再生能源制氫及氫基能源項目陸續獲批。然而，由于水電解制氫裝置對電力的穩定性要求較高，與風光發電的波動性之間存在矛盾，一旦以新能源為主要電力供應渠道，頻繁且難以預測的電力波動將對設備的運行壽命和氫氣純度質量造成較大影響，同時對下游合成工段的穩定運行也提出了更加嚴峻的挑戰。受制于技術成熟度，目前國內尚無成熟商業運行的風光氫儲氨醇新能源制氫及氫基能源項目落地。

和利時基于風光儲一體化的電氫氨耦合智能調控解決方案，通過建立新能源與化工生產的紐帶，實現了兩者的實時耦合。這是風光儲氫氨醇一體化項目的核心，可有效解決當前電解水制氫技術及氨醇等合成技術與新能源供應渠道的適配性問題。

2　方案背景

風光發電合成氨作為新型儲能方式，能夠有效緩解風光發電的棄風、棄光問題，提高了當地風光發電的利用率，為可再生能源的發展提供了新的途徑和解決方案。以某氫氨醇一體化項目為例，和利時提供了基于風光儲一體化的電氫氨耦合智能調控解決方案。作為全球最大的綠色氫氨醇基地項目，該項目規劃年產60萬噸綠氨，建設內容主要包括水電解制氫、空分制氮裝置、氨合成裝置等，一期按照年產20萬噸綠氨配套建設640MW風電、50MW光伏及相應的變電站、儲能等設施。

本項目建設采用多項全球領先技術，在超輕度并網、多穩態柔性合成氨、二氧化碳加氫制綠色甲醇技術、零碳排放集中供熱技術等方面均實現了世界范圍內的專有技術突破，做到了“荷隨源動”，實現了新能源發電90%以上就地消納。其創新點不僅在于大規模、調峰式化工系統適配新能源的波動特性，還在于其兼具化學儲能和清潔生產雙重特色。本項目通過建設風電、光伏，以綠色、零碳的電力專線直供氫氨化工產業園生產，為新能源波動特性下的穩定運行提供了解決方案，打造了綠色能源和零碳產業體系結構和生產模式，實現了新能源電力與化工深度融合發展。本項目的成功投運不僅推進了當地可再生能源制氫規模化供應基地和多元化綠色氫基化工示范基地的建設，還為構建清潔低碳安全高效的能源體系提供了標準示范，具有重大的經濟效益和環境效益。

3　解決方案

3.1　風光儲氫氨醇一體化調度

本方案通過對風光發電全流程數據進行在線采集和智能分析，形成了產能實時監測、風光功率預測分析和用能異常預警等應用，并搭建了氫氣成本模型。本方案基于能源系統中電力、氫氣、氨和水的供需關系，建立了風光發電、氫、氨和水資源的數學仿真模型，構建了“電氫氨”一體化調度模型，制定了風光發電、下網電、儲能、制氫、儲氫、制氨、售氨的總體與分段調度計劃，提供了生產計劃、調度方案、電力調度、制氫調度、滾動優化、計劃跟蹤等功能。該調度模型將風光預測與化工裝置分別作為模型兩側的邊界，邊界之間的購電決策、儲能系統調度、電解槽調度，以及儲罐調度將作為模型的決策變量進行全流程一體化調度滾動時域優化。將調度目標下達至各子系統，可實現經濟性最優或其他最優目標。

圖1 風光儲氫氨醇一體化調度方案架構

例如，在風光發電高峰期，可以將多余的電力用于制氫，將制成的氫氣進行存儲以備風光發電低谷期使用。同時，還可以將氫氣用于合成氨、合成甲醇等過程，實現能源的轉化和儲存。這樣不僅可以提高能源的利用效率，還可以降低能源的儲存和運輸成本，實現了風光發電、儲能、制氫、制氨等環節的智能協同優化。

圖2 風光儲氫氨醇一體化調度流程

該系統突破性解決了新能源波動電力場景下大規模波動性綠電制綠氫綠氨、多穩態柔性合成氨、各種工況下系統實時優化和穩定運行、各工況下實時核算經濟性最優等諸多難題。該系統性能滿足《調度側風電或光伏功率預測系統技術要求》GB/T 40607-2021要求，可以實現未來4小時（間隔15分鐘）、8小時（間隔15分鐘）的超短期調度優化策略，制氫調度處理指令下達的頻率達到了15min，顯著提升了能源利用效率。

圖3 電力及用氫調度優化協同

3.2　源網荷側的智慧能源管理

該系統基于源網負儲全流程數據采集功能，根據風光發電預測數據、上下網電量約束、制氫設備狀態、儲氫、儲氨、合成氨、合成甲醇等變負荷需求等，依靠大數據及數據驅動，建立了機理和數學模型，將風光電站實時發電量、風光氣象預測系統、預測發電量及下游用氫量等因素作為輸入變量，將最優實時用電功率和電解槽運行槽數及負荷率作為輸出變量，向新能源電站AGC下發自發自用發電指令，建立了“源荷互動”響應機制，實現了電源側、負荷側、電網側的動態平衡，確保了系統在電源側、負荷側快速波動的情況下穩定運行，從而實現了全自動實時優化的智慧生產。

3.3　電解槽集群的智能群控

該系統構建了制氫調度系統與電解槽投運策略映射關系，通過采集實時數據和監測風光發電功率，并根據電解槽的運行特性和約束條件限制，開發了自動診斷和自動分配電解槽集群的功能，形成了電解槽投用槽數、穩態槽數、波動槽數的最優配置方案，結合對應的分離、純化系統的協調控制，自動實現了電解槽的功率分配，實時優化了開槽數量，實現了其與風光發電功率的精準匹配。該系統具備自感知、自診斷、自學習、自尋優、自適應極端天氣變化及用氫變化，支持一鍵啟停和全自動無人操作。

3.4　電氫氨耦合仿真驗證

基于嚴格機理模型，模擬仿真系統構建了多相、多組分、多物理場的綠電氫氨一體化項目全流程仿真。該系統將目前市場上使用不同平臺進行仿真的電力、化工兩部分有機結合，為理解系統在不同工況下的行為提供了新視角，特別是在處理可再生能源的間歇性方面，它為動態調度和優化提供了科學依據。仿真系統的物理模型包含數萬個非線性程度強、耦合程度高的方程。由于存在高頻波動的綠電，以及低頻波動的化工裝置，因此系統的時間尺度跨度較大、剛性極強，真正解決了電力新能源間歇性與化工裝置低頻波動之間的耦合難題。

3.5　綠色認證體系

系統建立了綠氨生產流程碳足跡追蹤系統，實現了綠氨原料、生產等全壽命周期的碳排放管理方式，編制滿足中國、歐洲、美國等不同國家不同標準的綠色認證算法。采用定量與定性評價相結合、產品與組織評價相結合的方法，基于大規模可再生能源制氫基的能源智能調控系統，采集氫、氨生產過程中的相關測量數據及調度排產數據，為綠氫、綠氨產品排產提供了理論指導，為產品綠色認證提供了數據基礎。

圖4 風光儲氫氨醇一體化調度策略

4　技術突破

4.1　全時間尺度智能調度排產

針對風光儲氫氨醇一體化的復雜耦合場景，本項目構建了“風光儲氫氨醇”多能流一體化智能調度排產體系。該體系通過多維度預測技術融合與分層動態優化模型，建立了多時間尺度風光發電預測框架與協同優化機制，支持分鐘級-小時級-超長期多尺度協同預測模型，并通過多尺度預測結果的動態加權融合與反饋迭代機制，實現了預測誤差逐層修正，形成了“短周期精準響應-長周期全局優化”的協同模式，搭建了覆蓋分鐘級、中長期與超長期的階梯式調度策略庫，為系統調度提供了高精度輸入，實現了風光波動功率的秒級平滑，有效降低了棄電率，提升了綜合能效。

4.2　大規模電解槽集群自適應控制技術

系統開發了多臺電解槽集群控制的分階段自適應控制技術，在快速啟動階段通過降低已達額定功率的電解槽至設定功率，利用節省下來的功率啟動下一臺電解槽，從而使得電解槽具備了主動快速穿過最低運行功率下限區的能力。系統在均衡功率分配階段通過均分功率運行和全周期狀態動態管理，實現了系統效率最高和電解槽之間運行時間的均衡。

4.3　電氫氨全流程一體化仿真技術

系統結合電氫氨全流程的一體化仿真技術，實時根據制氫調度和電解槽群控模塊的需求，按需自動調動，并在短期內完成了方案模擬和結果反饋。其采用可拓展性設計，提供了仿真模塊的手動運行接口，滿足了項目生產策略的模擬需求和系統操作人員的培訓需求。其在模擬流程、數學模型、求解等方面做了全方位的技術開發，將新能源與化工模塊的充分隱式耦合。

4.4　模塊化、標準化程序設計

系統通過“模塊化架構+策略庫生態+標準化接口”三位一體，克服了綠氫領域設備異構性強、系統擴展難、建設成本高的行業痛點，采用全棧模塊化架構設計，構建了可復制的技術基座，并通過功能解耦與標準化封裝，將復雜控制系統拆解為能源管理、電解槽集群控制、一體化調度、仿真驗證四大獨立模塊，使項目工程開發及部署成本降低、跨區域復制效率提升，為推廣提供了高兼容性、低門檻的技術基座。

5　結論與展望

在全球能源轉型向縱深推進、氫能及氫基能源產業加速崛起的關鍵階段，和利時基于風光儲一體化的電氫氨耦合智能調控解決方案，不僅破解了新能源波動性與化工生產穩定性之間的核心矛盾，更以多項關鍵技術突破樹立了行業標桿，有效填補了國內風光氫儲氨醇商業化應用的技術空白。本方案構建的“預測-調度-控制-仿真-驗證”全鏈條能力，不僅為國家可再生能源制氫規模化生產、多元化綠色氫基化工項目建設提供了標桿范例，更切實為國家優化能源結構、推進“雙碳”戰略落地提供了堅實的技術支撐。

作者簡介：

張　冰（1983-），男，陜西西安人，現就職于北京和利時工業軟件有限公司，主要從事流程行業仿真培訓系統的工程管理、技術開發、工程實施、技術支持方面的工作。

蔡雨辰（1992-），男，北京人，工程師，現就職于中能建氫能源有限公司，主要從事氫基化工市場開發、柔性控制系統技術研究、方案開發方面的工作。

劉　棟（1977-），男，河北張家口人，高級工程師，碩士，現就職于北京和利時工業軟件有限公司，主要從事工業自動化、信息化以及智能化相關產品及工程應用的實施管理、新技術應用推廣、工業軟件市場營銷開拓，以及相關設計、工程、營銷、服務管理方面的工作。

趙　鍇（1987-），男，陜西西安人，高級工程師，碩士，現就職于北京和利時工業軟件有限公司，主要從事流程行業仿真系統的市場開拓、產品規劃、工程交付及業務管理方面的工作。

高國光（1968-），男，陜西西安人，高級工程師，現就職于杭州和利時自動化有限公司，主要從事綠氫行業的市場開拓、解決方案開發方面的工作。

參考文獻：

[1]王辰,湯奕,鄭晨一.基于動態優化周期的風光氫儲耦合系統改進能量管理策略[J].電力系統自動化,2025,49(2):142-145+147-153.

[2]袁鐵江,譚捷,萬志.考慮下游氫負荷波動的新能源制氫系統協調控制策略[J].電力系統自動化,2023,47(6):150-157.

[3]樂生銅,張亞超,陳朝旭.考慮能量分配的電-氫-氨耦合系統多主體混合時間尺度優化調度[J].電網技術,2025,49(8):3188-3198.

摘自《自動化博覽》2025年10月刊