Low-carbon Optimal Operation of Heterogeneous Energy Flow System Considering Hydrogen Energy Flow and Generalized Energy Storage

MA Chenglian; LI Hao; WEI Gang; LAN Bing; ZHAO Yu; SUN Li

doi:10.12204/j.issn.1000-7229.2025.11.008

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Low-carbon Optimal Operation of Heterogeneous Energy Flow System Considering Hydrogen Energy Flow and Generalized Energy Storage

Dispatch & Operation | 更新时间：2025-10-29

- Low-carbon Optimal Operation of Heterogeneous Energy Flow System Considering Hydrogen Energy Flow and Generalized Energy Storage
- Electric Power Construction Vol. 46, Issue 11, Pages: 83-98(2025)
- 作者机构：
  
  1.现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室（东北电力大学），吉林省吉林市 132012
  2.中国能源建设集团甘肃省电力设计院有限公司，兰州市 730050
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52477178)
- DOI：10.12204/j.issn.1000-7229.2025.11.008
  CLC： TM732
- Received：24 March 2025，
  
  Revised：2025-04-30，
  
  Published：01 November 2025
- 稿件说明：
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马成廉,李浩,魏刚等.考虑氢能流与广义储能的异质能流系统低碳优化运行[J].电力建设,2025,46(11):83-98.

MA Chenglian,LI Hao,WEI Gang,et al.Low-carbon Optimal Operation of Heterogeneous Energy Flow System Considering Hydrogen Energy Flow and Generalized Energy Storage[J].Electric Power Construction,2025,46(11):83-98.
马成廉,李浩,魏刚等.考虑氢能流与广义储能的异质能流系统低碳优化运行[J].电力建设,2025,46(11):83-98. DOI： 10.12204/j.issn.1000-7229.2025.11.008.

MA Chenglian,LI Hao,WEI Gang,et al.Low-carbon Optimal Operation of Heterogeneous Energy Flow System Considering Hydrogen Energy Flow and Generalized Energy Storage[J].Electric Power Construction,2025,46(11):83-98. DOI： 10.12204/j.issn.1000-7229.2025.11.008.

摘要

目的

高比例可再生能源大规模并网会导致异质能流系统供需失衡。针对可再生能源消纳问题，研究氢能流与广义储能参与的异质能流系统（heterogeneous energy flow system，HEFS）低碳协同调控方式。

方法

首先，考虑氢能流参与的多能流交互和广义储能的灵活调控特性，构建综合成本、风光消纳率、碳排放量等指标评价优化运行综合效益；其次，基于系统碳排放信息，构建基于能流交互的碳流拓扑模型，利用碳流信息辅助评估多目标优化结果；最后，以东北某实际区域系统进行仿真，研究源-荷-储协同互动特性，分析氢能流及广义储能参与对系统综合效益的优化效果。

结果

仿真结果表明，氢能流与广义储能的参与有效提升异质能流系统对可再生能源的消纳裕度，验证了所提方法的有效性与可行性。

结论

通过电-热-氢能流灵活交互，实现了能量的充分利用，增强了系统的动态调节能力，有效促进低碳能源渗透；考虑广义储能后，进一步促进低碳能源消纳，同时实现削峰填谷，推动异质能流系统向高效、清洁、低碳转型；通过对典型时段碳流分析，表明氢能流与广义储能的参与有效缓解了系统供需压力，利于异质能流系统低碳运行。所提策略为异质能流系统消纳可再生能源提供了新的思路和方法，具备良好的工程前景。

Abstract

Objective

The large-scale integration of high-proportion renewable energy often results in imbalances between supply and demand in heterogeneous energy flow systems （HEFS）. To address the challenges associated with renewable energy consumption， this study investigates a low-carbon coordinated control strategy for HEFS incorporating hydrogen energy flow and generalized energy storage.

Methods

First， considering the multi-energy flow interactions involving hydrogen energy and the flexible regulation capabilities of generalized energy storage， a set of evaluation indicators， including comprehensive cost， renewable energy （wind and solar） consumption rate， and carbon emissions， was established to assess the overall benefits of optimal system operation. Second， a carbon flow topology model was developed based on energy flow interactions and system carbon emission data. This model was used to incorporate carbon flow information into the evaluation process， supporting the analysis of multi-objective optimization results. Finally， a practical regional energy system in Northeast China was simulated to examine the collaborative interaction dynamics among energy sources and load storages， as well as to evaluate the optimization effects of hydrogen energy flow and generalized energy storage on the system’s overall performance.

Results

Simulation results demonstrate that the integration of hydrogen energy flow and generalized energy storage significantly improves the renewable energy consumption capacity of the heterogeneous energy flow system. These findings validate the effectiveness and practical feasibility of the proposed method.

Conclusions

By enabling the flexible interaction between electricity， heat， and hydrogen energy flows， the proposed approach facilitates the comprehensive utilization of energy resources， enhances the system’s dynamic regulation capability， and effectively promotes the penetration of low-carbon energy. The incorporation of generalized energy storage further supports low-carbon energy consumption by enabling peak shaving and valley filling， thereby advancing the transition of heterogeneous energy flow systems toward efficiency， cleanliness， and low-carbon operation. Carbon flow analysis during representative periods reveals that the combined application of hydrogen energy flow and generalized energy storage effectively mitigates supply–demand imbalances， contributing to the realization of low-carbon system operations. The coordinated control strategy proposed in this study provides novel insights and practical methodologies for improving renewable energy integration in heterogeneous energy flow systems and holds strong potential for real-world engineering applications.

关键词

Keywords

references

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