计及生物质制氢与温室二氧化碳负荷的农业园区综合能源系统低碳经济调度

王秋杰; 余乐; 谭洪; 李振兴; 翁汉琍; 闫飞

doi:10.16081/j.epae.202512009

欢迎来到能源电力期刊网！

English Version 期刊登录

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

计及生物质制氢与温室二氧化碳负荷的农业园区综合能源系统低碳经济调度

多能协同综合能源系统 | 更新时间：2026-04-30

- 计及生物质制氢与温室二氧化碳负荷的农业园区综合能源系统低碳经济调度
- Low-carbon economic dispatching of integrated energy system in agricultural park considering biomass hydrogen production and greenhouse carbon dioxide load
- 电力自动化设备 2026年46卷第5期页码：53-60
- 作者机构：
  
  1.三峡大学电气与新能源学院，湖北宜昌 443002
  2.三峡大学新能源微电网湖北省协同创新中心，湖北宜昌 443002
  3.长江勘测规划设计研究有限责任公司，湖北武汉 430010
- 作者简介：
  
  王秋杰（1988 —），男，副教授，博士，主要研究方向为综合能源系统优化运行与规划、弹性配电网等（E-mail：wangqiujie@ ctgu.edu.cn）；
  余乐（2000 —），男，硕士研究生，主要研究方向为乡村综合能源系统优化调度（E-mail：yule0820@foxmail.com）；
  谭洪（1991 —），男，博士，通信作者，主要研究方向为综合能源系统优化运行与规划、电力市场等（E-mail：tanhong@ ctgu.edu.cn）。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(52307109);湖北省自然科学基金创新发展联合基金资助项目(2024AFD362)
- DOI：10.16081/j.epae.202512009
  中图分类号： TM73;TQ116.2
- 收稿：2025-03-11，
  
  修回：2025-09-26，
  
  网络首发：2025-12-17，
  
  纸质出版：2026-05-10
- 稿件说明：
移动端阅览
王秋杰,余乐,谭洪等.计及生物质制氢与温室二氧化碳负荷的农业园区综合能源系统低碳经济调度[J].电力自动化设备,2026,46(05):53-60.

Wang Qiujie,Yu Le,Tan Hong,et al.Low-carbon economic dispatching of integrated energy system in agricultural park considering biomass hydrogen production and greenhouse carbon dioxide load[J].Electric Power Automation Equipment,2026,46(05):53-60.
王秋杰,余乐,谭洪等.计及生物质制氢与温室二氧化碳负荷的农业园区综合能源系统低碳经济调度[J].电力自动化设备,2026,46(05):53-60. DOI： 10.16081/j.epae.202512009.

Wang Qiujie,Yu Le,Tan Hong,et al.Low-carbon economic dispatching of integrated energy system in agricultural park considering biomass hydrogen production and greenhouse carbon dioxide load[J].Electric Power Automation Equipment,2026,46(05):53-60. DOI： 10.16081/j.epae.202512009.

摘要

针对农业园区面临的新能源消纳难题以及较高碳排放等问题，提出一种计及生物质制氢与温室二氧化碳负荷的综合能源系统低碳经济调度方法。依据生物质电解槽的电化学制氢特性，建立生物质电解制氢的数学模型，实现对生物质能的充分利用，同时分析温室内部的二氧化碳动态平衡机理，建立温室二氧化碳负荷模型，最大化挖掘农业园区碳减排潜力；以系统运行总成本最低为目标，构建计及生物质制氢与温室二氧化碳负荷的农业园区综合能源系统低碳经济调度模型；为应对新能源出力和外部环境因素（如温度、太阳辐射）的不确定性，基于Kullback-Leibler散度，建立农业园区综合能源系统的分布鲁棒优化运行模型并求解。通过设置多个运行场景并进行对比分析，验证了所提调度方法在提升风电消纳能力和碳减排效果方面的有效性，可为农业园区能源结构调整提供理论支持。

Abstract

Aiming at the problems of renewable energy consumption and relatively high carbon emissions faced by agricultural parks，a low-carbon economic dispatching method for integrated energy system incorporating biomass hydrogen production and greenhouse carbon dioxide load is proposed. According to the electrochemical characteristics of biomass electrolytic cell，the mathematical model of biomass electrolytic hydrogen production is established to realize the full utilization of biomass energy. At the same time，the dynamic balance mechanism of carbon dioxide inside the greenhouse is analyzed，and the greenhouse carbon dioxide load model is established to maximize the carbon emission reduction potential of agricultural parks. Aiming at the lowest total operating cost of the system，a low-carbon economic dispatching model of the integrated energy system in agricultural park considering biomass hydrogen production and greenhouse carbon dioxide load is constructed. In order to deal with the uncertainty of new energy output and external environmental factors，such as temperature and solar radiation，based on the Kullback-Leibler divergence，a distributionally robust optimization operation model of integrated energy system in agricultural parks is proposed and solved. By setting several operation scenarios and conducting comparative analysis，the effectiveness of the proposed dispatching method in improving the wind power consumption capacity and carbon emission reduction effect is verified，which can provide theoretical support for the energy structure adjustment of agricultural parks.

关键词

Keywords

references

梁睿，袁乐童，黄宏旭，等 . 变温影响下乡村生物质能发电系统跨周期滚动优化运行方法［J］. 中国电机工程学报， 2025 ， 45 （ 8 ）： 3067 - 3078 .

Liang Rui ， Yuan Letong ， Huang Hongxu ， et al . Multi-hydraulic retention time rolling optimal operation method for rural biomass power generation system under uncertain temperature ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2025 ， 45 （ 8 ）： 3067 - 3078 .

白章，刘启斌，李洪强，等 . 基于生物质-太阳能气化的多联产系统模拟及分析［J］. 中国电机工程学报， 2015 ， 35 （ 1 ）： 112 - 118 .

Bai Zhang ， Liu Qibin ， Li Hongqiang ， et al . Performance simulation and analysis of a polygeneration system with solar-biomass gasification ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2015 ， 35 （ 1 ）： 112 - 118 .

郭旭升，娄素华，张金平，等 . 电力市场环境下生物质气化耦合燃煤机组与风电场联合自调度优化策略［J］. 中国电机工程学报， 2024 ， 44 （ 16 ）： 6334 - 6346 .

Guo Xusheng ， Lou Suhua ， Zhang Jinping ， et al . Joint self-sche-duling optimization strategy of biomass gasification coupled coal-fired thermal power unit and wind farm under power market environment ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2024 ， 44 （ 16 ）： 6334 - 6346 .

付学谦，周亚中，孙宏斌，等 . 园区农业能源互联网在线安全分析：评述与展望［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 17 ）： 5401 - 5411 .

Fu Xueqian ， Zhou Yazhong ， Sun Hongbin ， et al . Online security analysis of a park-level agricultural energy Internet：review and prospect ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 17 ）： 5401 - 5411 .

Anand C ， Chandraja B ， Nithiya P ， et al . Green hydrogen for a sustainable future：a review of production methods，innovations，and applications ［J］. International Journal of Hydrogen Energy ， 2025 ， 111 ： 319 - 341 .

和萍，刘鑫，宫智杰，等 . 高比例可再生能源电力系统源荷储联合调峰分层优化运行［J］. 电力系统保护与控制， 2024 ， 52 （ 18 ）： 112 - 122 .

He Ping ， Liu Xin ， Gong Zhijie ， et al . Hierarchical optimization operation model for joint peak-load regulation of source-load-storage in a high proportion of renewable energy power system ［J］. Power System Protection and Control ， 2024 ， 52 （ 18 ）： 112 - 122 .

陈霆威，曾君，张轩，等 . 面向规模化分布式可再生能源并网的群网协同互动优化方法［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 15 ）： 73 - 83 .

Chen Tingwei ， Zeng Jun ， Zhang Xuan ， et al . Cluster-grid coope-rative interaction optimization method for large-scale distribu-ted renewable energy integration ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 15 ）： 73 - 83 .

Liu K ， Liu T X ， Fang Y ， et al . A hybrid solar-biomass hydro-gen production system using chemical looping with negative carbon emissions and comprehensive performance evaluation ［J］. Energy Conversion and Management ， 2024 ， 322 ： 119161 .

朱梦姝，方家琨，艾小猛，等 . 面向平稳氢气需求的综合制氢系统鲁棒优化配置方法［J］. 电力自动化设备， 2023 ， 43 （ 12 ）： 62 - 69 .

Zhu Mengshu ， Fang Jiakun ， Ai Xiaomeng ， et al . Robust optimal configuration method of integrated hydrogen production system for stable hydrogen demand ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2023 ， 43 （ 12 ）： 62 - 69 .

李佳轶，周伟，陈帅，等 . 生物质辅助电解水制氢及协同制备高值化学品研究进展［J］. 工程热物理学报， 2022 ， 43 （ 6 ）： 1429 - 1443 .

Li Jiayi ， Zhou Wei ， Chen Shuai ， et al . Progress in biomass-assisted water electrolysis for hydrogen and high-value chemicals production ［J］. Journal of Engineering Thermophysics ， 2022 ， 43 （ 6 ）： 1429 - 1443 .

Zhang K ， Zhou B ， Chung C Y ， et al . A coordinated multi-energy trading framework for strategic hydrogen provider in electricity and hydrogen markets ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2023 ， 14 （ 2 ）： 1403 - 1417 .

Xing T ， Dehghanian P ， Yang D C . Optimal scheduling strategies for agricultural park integrated energy systems：an extensive review and prospects ［J］. Renewable and Sustainable Energy Reviews ， 2025 ， 221 ： 115931 .

姜德威，高红均，贺帅佳，等 . 考虑生物质能和农业柔性负荷的农业产业园区综合能源系统规划方法［J］. 电网技术， 2024 ， 48 （ 5 ）： 1836 - 1845 .

Jiang Dewei ， Gao Hongjun ， He Shuaijia ， et al . Integrated energy system planning for agricultural industrial parks considering biomass energy and agricultural flexible load ［J］. Power System Technology ， 2024 ， 48 （ 5 ）： 1836 - 1845 .

Tan H ， Li Z X ， Wang Q J ， et al . A novel forecast scenario-based robust energy management method for integrated rural energy systems with greenhouses ［J］. Applied Energy ， 2023 ， 330 ： 120343 .

Fu X Q ， Wei Z H ， Sun H B ， et al . Agri-energy-environment synergy-based distributed energy planning in rural areas ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2024 ， 15 （ 4 ）： 3722 - 3738 .

Fu X Q ， Bai J H ， Sun H B ， et al . Optimizing agro-energy-environment synergy in agricultural microgrids through carbon accounting ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2024 ， 15 （ 5 ）： 4819 - 4834 .

田雨，许仪勋，徐永乐，等 . 考虑电氢耦合及双层不确定性的园区综合能源系统优化运行［J］. 电力自动化设备， 2025 ， 45 （ 10 ）： 177 - 185 .

Tian Yu ， Xu Yixun ， Xu Yongle ， et al . Optimal operation of park integrated energy system considering electro-hydrogen coupling and dual-layer uncertainty ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2025 ， 45 （ 10 ）： 177 - 185 .

程杉，卢渊涛，王灿 . 考虑P2G-CCS-HFC协调运行的园区综合能源系统分布鲁棒优化调度［J］. 电力系统保护与控制， 2025 ， 53 （ 10 ）： 87 - 101 .

Cheng Shan ， Lu Yuantao ， Wang Can . Distributed robust optimal scheduling for a regional integrated energy system consi-dering coordinated operation of P2G-CCS-HFC ［J］. Power System Protection and Control ， 2025 ， 53 （ 10 ）： 87 - 101 .

郑丁园，崔双喜，樊小朝，等 . 计及风电不确定性的综合能源系统多目标分布鲁棒优化调度［J］. 智慧电力， 2024 ， 52 （ 8 ）： 1 - 8，18 .

Zheng Dingyuan ， Cui Shuangxi ， Fan Xiaochao ， et al . Multi-objective distributionally robust optimization scheduling for integrated energy system considering wind power uncertainty ［J］. Smart Power ， 2024 ， 52 （ 8 ）： 1 - 8，18 .

姜飞，肖昌麟，易子木，等 . 含光伏与生物质能的生态农业综合能源系统多能协同及低碳运行策略［J］. 中国电机工程学报， 2024 ， 44 （ 4 ）： 1352 - 1363 .

Jiang Fei ， Xiao Changlin ， Yi Zimu ， et al . Multi-energy cooperation and low-carbon operation strategy of eco-agricultural integrated energy system containing photovoltaic and biomass energy ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2024 ， 44 （ 4 ）： 1352 - 1363 .

滕云，孙鹏，张明理，等 . 基于农村新型产业结构的“能源-环境-经济”鲁棒优化模型［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 2 ）： 614 - 630 .

Teng Yun ， Sun Peng ， Zhang Mingli ， et al . Robust optimization model of “energy-environment-economy” based on the new rural industrial structure ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 2 ）： 614 - 630 .

Liu W ， Liu C M ， Gogoi P ， et al . Overview of biomass conver-sion to electricity and hydrogen and recent developments in low-temperature electrochemical approaches ［J］. Engineering ， 2020 ， 6 （ 12 ）： 1351 - 1363 .

Li M Z ， Wang T ， Zhao M Y ， et al . Research on hydrogen production and degradation of corn straw by circular electroly-sis with polyoxometalate（POM） catalyst ［J］. International Jour-nal of Hydrogen Energy ， 2022 ， 47 （ 34 ）： 15357 - 15369 .

Wang L N ， Li X ， Xu M J ， et al . Study on optimization model control method of light and temperature coordination of green-house crops with benefit priority ［J］. Computers and Electro-nics in Agriculture ， 2023 ， 210 ： 107892 .

Hu Z ， Hong L J . Kullback-Leibler divergence constrained dis-tributionally robust optimization ［EB／OL］. （ 2012-11-23 ）［ 2025-12-12 ］. https：∥optimization-online.org／？p=12225 https://optimization-online.org/?p=12225 .

王开艳，梁岩，贾嵘，等 . 不确定环境下基于纳什谈判的含掺氢燃气综合能源多微网两阶段优化调度［J］. 电网技术， 2023 ， 47 （ 8 ）： 3141 - 3152 .

Wang Kaiyan ， Liang Yan ， Jia Rong ， et al . Two-stage optimal scheduling of Nash negotiation-based integrated energy multi-microgrids with hydrogen-doped gas under uncertain environment ［J］. Power System Technology ， 2023 ， 47 （ 8 ）： 3141 - 3152 .

刘妍，胡志坚，陈锦鹏，等 . 含碳捕集电厂与氢能多元利用的综合能源系统低碳经济调度［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 1 ）： 31 - 40 .

Liu Yan ， Hu Zhijian ， Chen Jinpeng ， et al . Low-carbon economic dispatch of integrated energy system considering carbon capture power plant and multi-utilization of hydrogen energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 1 ）： 31 - 40 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

考虑源-荷不确定性的低碳海油平台综合能源系统优化调度

考虑碳-能定价机制的综合能源系统季节性低碳经济优化调度

考虑精细化P2H建模与多点掺氢的气电氢综合能源系统优化运行方法

考虑动态能源集线器的综合能源系统分布鲁棒低碳经济调度