在2025年，随着全球对清洁能源需求的不断增长，制氢行业迎来了新的发展机遇。氢能作为一种高效、清洁的能源载体，其重要性日益凸显。特别是在“双碳”战略背景下，低碳、零碳制氢技术的发展成为实现绿色氢能经济的关键。本文通过对光热-生物质联合制氢厂(STBIHPP)的双层优化运行模型的研究，探讨了在市场环境下如何提高制氢厂的运行效率和经济效益，同时促进可再生能源的综合利用。

  一、制氢厂运行框架的构建

  《2025-2030年中国制氢行业市场分析及发展前景预测报告》为提高光热发电(CSP)系统的发电能力和促进生物质能及氢能等可再生能源的发展，提出了光热-生物质联合制氢厂(STBIHPP)的运行框架。该框架结合了槽式CSP系统和生物质气化发电制氢技术，通过能源互补特性，实现了高效的制氢和发电过程。STBIHPP的主要组成部分包括气化炉、PSA装置、储氢罐、燃气轮机(GT)、换热器、生物质辅助制氢电解槽和光热发电系统。其中，光热发电系统采用槽式熔盐技术，能够有效利用太阳能转化为热能进行发电，同时GT产生的余热可提高光热发电系统的发电能力，并为电解槽提供热能消耗。

  二、制氢厂的双层优化运行模型

  制氢行业环境分析提到在市场环境下，STBIHPP的运行策略需要综合考虑电力市场和氢能市场的特点。为此，构建了一个双层优化运行模型，上层目标是最大化STBIHPP的利润，下层目标是最大化社会福利。通过Karush-Kuhn-Tucker(KKT)条件，将双层模型转化为单层模型，并进一步使用分段McCormick近似等方法将其转化为混合整数二阶锥规划(MISOCP)模型，以便于求解。

  (一)上层模型：STBIHPP竞价模型

  上层模型的目标是最大化STBIHPP的利润，其目标函数考虑了电力和氢能的销售收入以及运行成本。运行成本包括生物质收购成本、发电补贴成本、热盐罐和储氢罐的充放能成本、电解槽和PSA装置的运行成本等。通过优化电力和氢能的输出，STBIHPP能够在两个市场中获得最大化的利润。

  (二)下层模型：市场出清模型

  下层模型包括电力市场和氢能市场的出清模型。电力市场出清模型采用直流潮流模型，考虑了发电机的出力约束、线路传输容量约束和爬坡约束。氢能市场出清模型则基于Weymouth方程，描述了氢气流量与节点气压的关系，并考虑了氢能供应商的出力约束、管道流量约束和节点气压约束。

  三、制氢厂的运行策略分析

  通过仿真分析，验证了所提模型的有效性。在不同市场环境下，STBIHPP的运行策略表现出显著的适应性和灵活性。例如，在电力市场中，STBIHPP能够根据电价和负荷变化调整发电量;在氢能市场中，STBIHPP能够根据氢价和氢负荷变化调整制氢量。此外，生物质辅助制氢技术的应用有效降低了电解槽的能耗，提高了制氢效率。通过合理利用余热，STBIHPP在冬季的收益提高了约27%，在夏季的收益提高了约7.3%。

  四、制氢厂的适用性分析

  为了进一步验证模型的适用性，采用改进的IEEE-118节点电网和14节点氢网进行大规模系统测试。结果表明，STBIHPP在大规模系统中同样能够实现高效的运行和显著的经济效益。这表明所提出的双层优化运行模型具有良好的扩展性和适应性，能够为不同规模的制氢厂提供有效的运行策略。

  五、总结

  本文通过对光热-生物质联合制氢厂(STBIHPP)的双层优化运行模型的研究，提出了一种在市场环境下提高制氢厂运行效率和经济效益的新方法。通过构建运行框架和双层优化模型，STBIHPP能够有效利用可再生能源进行制氢和发电，并在电力市场和氢能市场中实现灵活的运行策略。仿真结果表明，该模型能够显著提高STBIHPP的能源利用率和经济效益，特别是在余热利用方面表现出色。未来，随着技术的进一步发展和市场的逐步成熟，STBIHPP有望在制氢行业中发挥更重要的作用，为实现绿色氢能经济做出更大贡献。