为实现“3060”的双碳目标,火电机组的主体发电地位逐渐被削弱,构建以新能源为主的新型电力系统成为未来的主流趋势。新能源高比例接入对电力系统的运行带来不确定性,新能源消纳和系统可靠运行的矛盾凸显。为了提高火电机组深度调峰极限,挖掘其提升新能源消纳能力的潜力,考虑氢能灵活存储、清洁低碳等优点,本文构建了基于氢能的风-火耦合系统,优化设计其电、热耦合结构和容量配置方案,利用综合评估方法探究氢能与风-火耦合系统的集成应用效果。首先,构建了基于氢能的风-火耦合系统总体结构。阐述了系统内各组成部分的原理及数学模型,包括风-火联合发电系统、电解槽、储氢罐和燃料电池等;通过夹点法对耦合系统内换热网络进行优化设计,结果表明了火电机组与高温燃料电池热耦合的可行性和合理性,增加了火电机组的调峰上限,提高了燃料电池的响应灵活性。系统结构优化为氢能耦合新型电力系统的构建提供了设计思路。其次,提出了基于氢能的风-火耦合系统容量优化配置模型。综合考虑投资、运行、碳排放和弃风惩罚成本,建立了以经济性最优为目标函数的容量优化配置模型;通过Yalmip平台建立优化配置模型并调用Gurobi求解器求解;以某地区拟建的风-火耦合系统为基础数据,探究不同容量配置方式和不同运行策略下的配置方案,并对比分析了碳价和设备价格对容量配置结果的影响。算例结果表明,在以火定风、氢策略下,风火容量配置比达26%;在以风、火定氢方式下,随着风火容量比的增大,火电机组灵活性调节作用增加,对氢能设备的需求逐渐增大;氢能设备容量配置受氢能价格影响较大,风电机组容量配置结果更易受碳价影响。容量优化配置在结构优化的基础上,为不同场景的系统运行提供了配置思路。最后,提出了基于氢能的风-火耦合系统综合评价模型。建立多层次、多角度的综合评价指标体系,基于容量配置方案,利用层次分析法-熵权法结合的组合评价方法,对不同技术路径下的风-火耦合系统展开综合评价。算例结果表明,氢能支撑的高比例新能源系统,相比于电池储能和无储能支撑的系统在能源利用、环保性和可靠性方面均有较大优势,风电占比指标分别提高了6.09%、8.28%,调峰容量分别增加了7.83%和10.17%,但总体经济性较差。系统综合评价有利于直观得到氢能系统的优缺点,为后续耦合系统发展方向提供有力支撑。