Page 56 - 《中国电力》2026年第3期
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2026 年 第 59 卷
机的产电、产热效率； σ gas 为天然气的低位热值；
K 1 P 1
K 2 (P 2 −P 1 ) σ h2 为氢气的热值； R GT,t 为 t时刻掺氢燃气轮机掺
K 3 (P EL,t −P 2 )
H EL,c,t /(m 3 ·h −1 ) K 1 P 1 氢比例； R hmax 为掺氢燃气轮机最大掺氢比例，研
究表明，掺氢比在
以下时，燃气轮机可以正常
23%
K 2 (P 2 −P 1 )
工作 [38] ； E GT,t 为 t时刻掺氢燃气轮机碳排放； k gas
为单位体积天然气所产生的碳排放； G GT,t 为 t时
K 1 P 1
O P 1 P 2 P 3 刻掺氢燃气轮机使用的天然气的体积。
P EL,t /MW 1.5 掺氢燃气锅炉建模
图 3 电解槽功率与产氢量的关系 掺氢燃气锅炉是 IES 核心的热供应设备，引
Fig. 3 Relationship between electrolyzer power and
入掺氢技术，可以实现氢能向热能的高效转化，
hydrogen production
掺氢燃气锅炉建模为
氢 气 生 产 后 存 储 在 储 氢 罐 中 ， 供 给 HBGT、
P GB,t = η GB Q GB,t
HBGB 使用，满足关系式为
Q GB,t = H GB,t σ h2 +G GB,t σ gas
H EL,s,t = H EL,s,t−1 + H EL,c,t−1 − H GT,t−1 − H GB,t−1 R GB,t = H GB,t /(G GB,t + H GB,t ) （17）
H min ≤H EL,s,t ≤H max R GB,t ≤R GBmax
（13）
E GB,t = G GB,t k gas
式中： H EL,s,t 为 t时刻储氢罐储存的氢气体积； H GT,t
式中： P GB,t 为 t时刻掺氢燃气锅炉输出的热功率；
为 t时刻燃气轮机消耗的氢气； H GB,t 为 t时刻掺氢
η GB 为掺氢燃气锅炉热效率； Q GB,t 为 t时刻掺氢燃
燃气锅炉消耗的氢气； H min 为系统最小储氢量；
气锅炉中天然气燃烧产生的热量； G GB,t 为 t时刻
H max 为系统最大储氢量。
掺氢燃气锅炉使用的天然气量； H GB,t 为 t时刻掺
根据阿伏伽德罗定律，有
氢燃气锅炉使用的氢气量； R GB,t 为 t时刻掺氢燃气
P2H
2H 2 O −−−→ 2H 2 +O 2 （14） 锅炉的掺氢率； R GBmax 为掺氢燃气锅炉的最大掺
可知电解反应产生的氧气体积为氢气体积的 氢率，取 0.23 [38] ； E GB,t 为 t时刻掺氢燃气锅炉产生
1/2，即 的碳排放。
O EL,t = H EL,c,t /2 （15）
2 综合能源系统参与的市场调节机制
1.4 掺氢燃气轮机建模
掺氢燃气轮机是本文电、氢、热转换耦合的
2.1 碳交易建模
关 键 设 备 。 将 氢 气 直 接 通 入 燃 气 轮 机 中 进 行 燃
为了降低碳排放，中国政府制定了碳排放交
烧，可以减少能源转化环节，提高热效率，降低
易的相关政策，通过市场对碳排放行为进行调节，
燃气轮机的碳排放 [36-37] 。燃气轮机通过掺氢进行
鼓励 IES 的低碳运行 [39] 。碳交易市场交易的商品
发电和热电联产，可以实现氢能向电能、热能的
为碳配额，过程如图 4 所示，当 IES 的碳排放高
转化，提高能源灵活性与耦合度。掺氢燃气轮机
建模为
卖 买
P GTe,t = η GT,e Q GT,t
P GTh,t = η GT,h Q GT,t
Q GT,t = H GT,t σ h2 +G GT,t σ gas
（16） 碳配额 碳排放
R GT,t = H GT,t /(G GT,t + H GT,t ) 碳排放 碳配额
R GT,t ≤R hmax
E GT,t = G GT,t k gas
碳交易市场
式中： P GTe,t 为 t时刻掺氢燃气轮机电功率； P GTh,t IES A IES B
为 t时刻掺氢燃气轮机热功率； Q GT,t 为 t时刻燃料 图 4 碳交易目标
燃烧产生的热量； η GT,e 、 η GT,h 分别为掺氢燃气轮 Fig. 4 Targets of carbon trading
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