一种氢能制备与掺混输送一体化系统经济敏感性分析方法

本发明涉及制氢与天然气掺混输送系统的经济敏感性分析，尤其涉及一种氢能制备与掺混输送一体化系统经济敏感性分析方法。

背景技术：

1、随着时间的推移，世界能源的消耗情况呈现出由总量增长向集约化、高效化转型的趋势，多元化、清洁化、低碳化成为世界能源发展的方向。氢能具有来源多样、零排放、用途广等特点，其作为燃料和生产原料，未来在电力、热能、工业以及交通等多个领域均展现出广阔的应用前景。此外，由于风力、光伏发电存在的间歇性、波动性和随机性等问题，以及电网建设和消纳机制尚存的滞后性，导致“弃风弃光”现象频发。而氢储能可以弥补其他储能形式的不足，将大量的弃风、弃光转化成氢进行储能。

2、氢能的发展依赖于制、输、储、用等多环节的技术支撑，而制氢、储氢设施发展动力不足和高昂的纯氢管网建设费用导致氢能的普及利用依然存在困难。考虑向天然气管网中掺入适当比例的氢气，以混氢天然气(hydrogen enriched compressed natural gas,hcng)的形式实现氢能利用，有望打破这一困境。

3、天然气管网基础设施对掺氢天然气的适应能力及其不确定性，以及掺氢后输运的经济效益验证，构成了天然气掺氢技术推广应用过程中的核心考量要素。但目前对于氢能制备与掺混输送一体化系统研究还不太全面，更多是仅针对掺氢天然气系统进行可行性和技术经济性角度进行评估，很少从制氢源头——碱性电解水制氢厂站出发，考虑氢能制备与掺混输送一体化系统的经济性。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是提供一种氢能制备与掺混输送一体化系统经济敏感性分析方法，从制氢源头出发实现更加全面的经济性分析以及各参数经济敏感性分析，以分析改善系统经济性的关键变量。

2、技术方案：一种氢能制备与掺混输送一体化系统经济敏感性分析方法，所述氢能制备与掺混输送一体化系统包括制氢系统和掺混输送系统，包括步骤如下：

3、s1，对制氢系统和掺混输送系统进行建模，并明确制氢系统和掺混输送系统的成本计算边界、总成本构成；

4、s2，基于aspen plus软件中apea工具箱对氢能制备与掺混输送一体化系统进行经济分析，明确现金流入和现金流出部分，绘制现金流分解图；分析电价、水价、电解槽成本和原材料价格对一体化系统掺氢天然气平准化成本的影响，开展单变量的敏感性分析；并基于基础、良好、理想三种不同技术水平，进一步考虑不同技术水平带来的成本变化对一体化系统经济指标的影响，以分析影响系统经济性的关键经济参数。

5、进一步，制氢系统总成本主要包括：总资本成本和总运营成本；所述总资本成本包括碱性电解水制氢系统和掺混输送系统的总资本成本；所述总运营成本包括碱性电解水制氢系统和掺混输送系统的运营成本；

6、掺混输送系统的总资本成本主要由管道线路工程和沿线站场工程的资本成本构成；其中，管道线路工程的资本成本包括：材料成本、人工成本、杂项成本和土地成本；同样，站场工程的资本成本包括：材料成本、人工成本、杂项成本和土地成本。

7、进一步，将管道材料成本拆解为管道主材料成本和管道其他材料成本，则管道线路工程的总资本投资和管道主材料成本的计算公式如下：

8、tcip＝cpmm+cpom+cpla+cpmi+crow+cpin

9、

10、式中：tcip为管道线路工程的总资本投资，cpmm为管道主材料成本，cpom为管道其他材料成本，cpla为管道人工成本，cpmi为管道杂项成本，crow为管道土地成本，cpin为管道间接成本,ppm为管材价格，ρpm为钢材密度，d为管道外径，d为管道内径，l为管道实际长度；

11、站场工程的总资本投资计算公式如下：

12、tcis＝csmm+csom+csla+csmi+csld+csin

13、式中，tcis为站场工程的总资本投资，csmm为站场主材料成本，csom为站场其他材料成本，csla为站场人工成本，csmi为站场杂项成本，csld为站场土地成本，csin为站场间接成本；

14、掺混输送系统的总资本成本包括管道线路工程和沿线站场的资本成本，计算公式如下：

15、tcic＝tcip+tcis

16、式中，tcic为掺混输送系统的总资本成本，tcip为管道线路工程的总资本成本，tcis为沿线站场的总资本成本。

17、进一步，步骤s2中，净现值fnpv作为评估投资方案经济效益的核心指标，其表达式为：

18、

19、式中：ci为现金流入；co为现金流出；(ci-co)t为第t年的净现金流量；n为经济寿命年限；i0为设定的折现率；

20、将所需的固定投入和运维投入折算至每千克hcng，得出hcng的平准化成本lcom，具体计算公式如下：

21、

22、式中：lcom为hcng的平准化成本；tci为一体化系统总资本成本，包括制氢系统总资本成本和掺混输送系统总资本成本；rv为项目运营期后残值，取一体化系统总运营成本的2％；toc为项目年度运营费用，包括电费、水费、原材料费用；tn为项目年度税收；yn为年度掺氢天然气流量。

23、通过绘制现金流分解图，明确系统现金流入和现金流出部分，分析各成本占比，对氢能制备与掺混输送一体化系统进行经济性分析，得出影响成本的主要经济参数；

24、基于基础、良好、理想三种不同技术水平，对氢能制备与掺混输送一体化系统进行经济敏感性分析，以分析工厂盈利的技术和经济情况。

25、本发明与现有技术相比，其显著效果如下：

26、1、本发明面向氢能制备与掺混输送一体化系统，考虑技术经济性，首先对制氢系统和掺混输送系统进行建模，并明确两系统的成本计算边界和总成本构成；而后以掺氢天然气平准化成本最低为目标，对电价、水价、电解槽成本和原材料价格等进行优化设计，最后得出影响一体化系统设计的关键变量；

27、2、通过绘制现金流分解图，以每年的掺氢天然气销售额作为现金流入部分，每年的一体化系统运营成本为现金流出部分；由现金流分解图可以得出影响成本的关键经济参数，针对性提高一体化系统的经济性；

28、3、基于基础、良好、理想三种不同技术水平，进一步考虑不同技术水平的差异带来的成本变化对一体化系统经济性的影响，来分析工厂盈利的技术和经济情况。

技术特征：

1.一种氢能制备与掺混输送一体化系统经济敏感性分析方法，所述氢能制备与掺混输送一体化系统包括制氢系统和掺混输送系统，其特征在于，包括步骤如下：

2.根据权利要求1所述氢能制备与掺混输送一体化系统经济敏感性分析方法，其特征在于，

3.根据权利要求2所述氢能制备与掺混输送一体化系统经济敏感性分析方法，其特征在于，将管道材料成本拆解为管道主材料成本和管道其他材料成本，则管道线路工程的总资本投资和管道主材料成本的计算公式如下：

4.根据权利要求1所述氢能制备与掺混输送一体化系统经济敏感性分析方法，其特征在于，步骤s2中，净现值fnpv作为评估投资方案经济效益的核心指标，其表达式为：

技术总结本发明公开了一种氢能制备与掺混输送一体化系统经济敏感性分析方法，氢能制备与掺混输送一体化系统包括制氢系统和掺混输送系统，分析方法包括：对制氢系统和掺混输送系统进行建模，并明确两系统的成本计算边界和总成本构成；以掺氢天然气平准化成本最低为目标，对电价、水价、电解槽成本和原材料价格进行优化设计，并基于三种不同技术水平，进一步考虑不同技术水平带来的成本变化对一体化系统经济性指标的影响，以分析影响系统经济性的关键经济参数。本发明从制氢源头出发对掺氢天然气长距离输送进行全面的经济性分析以及各参数经济敏感性分析，以分析改善系统经济性的关键变量。技术研发人员：孙立,渠秀媛,余潜跃,苏志刚,郑彤,王铭宇受保护的技术使用者：东南大学技术研发日：技术公布日：2024/8/27