经济运输是制约氢能产业发展的瓶颈性问题，利用相对完善的已有天然气管道设施，掺入一定比例的氢气进行传输，是解决该问题的有效办法。本文建立考虑储氢单元的天然气管网运行的混合整数线性规划模型，以最小化系统运行成本和最大化系统碳减排量为目标函数，考虑储氢单元、P2H制氢量和天然气管网运行约束，采用了ε约束法对多目标规划问题求解，确定了不同减排目标下电转氢气装置和储氢罐在天然气管网中的配置策略，验证所提模型能有效兼顾系统运行的低碳性和经济性。同时取不同的碳排放系数，会得到低碳性与经济性不同侧重的最优结果。

图1、图2分析了不同场景下管道氢浓度变化。在碳排放系数取0.1时，管道氢浓度比最小，随着碳排量目标不断增大，管道氢浓度比可达管道掺氢极限，即5%，符合管道氢浓度比的变化规律。在同一的碳排放目标下，场景2管道氢气浓度比始终大于场景1，这是因为场景2中考虑了储氢单元。在天然气需求量较少、发电成本较低时，电转氢气装备制取大量的氢气，一部分直接注入天然气管道输送，满足设定的碳排放目标要求，超出注入极限的额外氢气则注入储氢单元储存；在天然气需求量大、发电成本高时，从储氢单元采出注入天然气管道。

图3展示了管道氢气浓度与发电成本关系，发电成本与管网中氢浓度之间存在着反比关系。发电成本较高时，电解氢气装置将会灵活调度，减少制氢量，节约系统运行成本，从储氢单元采出氢气注入天然气管道，满足碳排量要求。这一过程可以使电解氢气装置在发电成本较低时尽可能多的生产氢气，在发电成本较高时节约电解装置的运行成本，同时还可以更大程度的减少用户的碳排放量。

图4分析了不同排放系数下的碳减排量。通过减压站的掺氢天然气被输送到终端用户，从而减少了天然气的碳排放量。不同碳排放目标下，场景2的碳减排量始终大于场景1。这是因为安装储氢装置可以制取更多的氢气注入管道，氢浓度比例更大，从而碳减排量更高。在碳排放系数w=1时，场景1的碳减排量为707.1吨，场景2碳减排放量为997.6吨，这表明安装储氢单元能够实现约300吨的减排量。碳减排量与系统运行成本是两个不同的量纲，不再同一维度，通过碳排放系数将两个目标函数联系起来，实现多目标问题的单目标化。

李帅帅

周轩

梁光川