面向碳中和情景的中国跨区域电氢协同优化配置研究

为实现碳中和目标,构建高比例清洁能源电力系统势在必行。绿氢可为难以直接用电的终端用能领域提供零碳解决方案,成为可再生能源和部分终端用能之间的纽带,实现间接电能替代。如何在高比例清洁能源系统中对电能与氢能进行优化配置,是未来电力、绿氢发展中需要面对的重要问题。通过构建的电氢协同系统模型(GTSEP),量化评估电氢耦合的系统性价值,分析输电、输氢之间的关系,以全系统综合用能成本最低为目标,实现全国范围内大规模、跨区域电力与氢能生产、储存和运输的协调优化。将全国划分为七个区域,预计2060年绿氢需求量为7500×10^(4)t,全社会用电量需求将达到17×10^(12)kW·h,根据满足绿氢需求的不同方式,共设置4种模式进行对比分析。结果表明,采用电氢协同模式,各区域内利用可再生能源发电就地制氢并利用的总量为4000×10^(4)t,跨区输氢总量3500×10^(4)t,约占总需求的46%左右,其中直接管道输氢780×10^(4)t,输电代输氢1.1×10^(12)k W·h,绿氢平准化成本为9.32元/kg。电氢协同的零碳能源系统可以充分发挥氢易于大规模存储的优点和电能易于传输的特点。

基于双馈风机转子侧变流器的次同步谐振抑制方法

从双馈风机产生次同步谐振的机理出发,当双馈风机转速变化时,其电磁转矩变化量可以分为转子转矩变化量和定子转矩变化量两部分。基于双馈风机转子侧变流器,提出一种新的抑制次同步谐振的附加阻尼控制策略。通过在转子侧变流器控制策略中引入附加控制,产生一个与转速反相的附加转矩,为系统提出正阻尼。然后,利用PSCAD/EMTDC对所提出的附加阻尼控制策略进行仿真验证。结果表明,通过对转子侧变流器进行附加阻尼控制后,可以有效抑制次同步谐振的发生。

不同位置子群风电场主导因素变化对次同步谐振特性影响程度比较

为了说明不同位置的子群风电场变化同样的参数范围对整个大型风电场的次同步特性的影响程度不同。以华北地区某大型风电场双馈风机串补系统为研究背景,采用3台风机来等效实际中处于不同位置的3个子风电场群,建立了整个系统的线性化模型,利用参与因子确定了系统中的次同步谐振模态。着重比较了各子风电场群中转速、输出功率、风机台数以及线路参数等主导因素变化对整个系统次同步谐振特性的影响。结果表明:离汇流母线电气距越近的子风电场,变化同样的参数范围,对系统的稳定性影响越大。子风电场群中投入的风机数量对于次同步谐振特性的影响与风机的转速有关,呈非线性关系。各个子风电场群与汇流变电站之间的输电线路阻抗增大时,系统的稳定性增强,系统的谐振频率增大。

以金融为线索对发展经济学的回顾与反思

本文以金融为主线 ,通过对发展经济学发展的简要回顾 ,考察了发展经济学各个发展阶段的主要理论及其对金融问题的认识。本文提出 ,在发展经济学的第一阶段 ,无论是理论上还是实践上对金融问题的认识都相当肤浅 ;在第二阶段 ,金融开始成为核心性的问题 ,并主要表现在实践上的发展 ;而到了第三阶段 ,理论和实践上都是“金融至关重要”了。文章最后提出了应该以金融资源论为基础的金融可持续发展理论作为发展经济学的新方向 ,并给出了如下几点结论 :既充分重视市场的作用也要充分发挥政府适度干预的作用 ;要充分重视政策性金融对经济发展的促进作用 ;适度的政府干预是有益的 ;

支撑双碳目标的新型储能发展潜力及路径研究

构建新型电力系统对于实现“碳达峰、碳中和”目标至关重要。系统灵活调节能力已成为构建新型电力系统的关键因素。新型储能具有多种优势,且技术经济性正在快速进步,必将成为提升系统灵活调节能力的重要支撑。未来支撑实现双碳目标的新型电力系统需要多少新型储能、什么样的新型储能以及如何发展新型储能是需要重点研究的课题。将中国电力系统转型路径、灵活性资源协同规划、储能技术发展及中国电力系统的特征相结合,以转型路径情景为基础边界,充分考虑煤电发展过程存在的不确定,提出3种新型储能研究方案;采用基于时序生产模拟的电力系统源网荷储扩展优化模型,充分刻画七大区域电网的电源、负荷及电网互联等系统特性,全面考虑系统灵活性资源的技术经济特性,量化分析全国七大区域电网对各类型储能的需求潜力;从碳达峰、快速减排、碳中和3个阶段,针对新型储能的发展任务、技术经济水平及发展规模等维度提出新型储能的发展路径,为中国新型储能发展规划和产业持续发展提供决策参考。

中国二氧化碳捕集利用和封存技术经济性与规模预测

针对双碳目标背景下中国二氧化碳捕集、利用和封存(CCUS)产业发展潜力和规模预测的全局性量化研究相对缺乏的问题,预测和梳理了CCUS技术不同环节的未来技术经济成本,以及在化石能源延续场景下不同行业碳捕集需求。基于中国CO_(2)利用、封存潜力及其空间分布构建2060年中国不同地区成本-规模计算模型,预测CCUS技术的全流程经济成本及其对应规模潜力。研究结果表明,中国宜采用就地和异地相结合的封存调度方式,以及就地利用的方式,满足化石能源延续场景下27×10^(8)t/a的CO_(2)减排需求。其中,采用利用方式减排CO_(2)约5×10^(8)t,全流程成本约为-1400~200元/t;采用地质封存方式减排CO_(2)约22×10^(8)t,全流程成本约为200~450元/t。基于模型计算结果,提出了重点发展基于电制原材料(P2X)技术的化工利用产业、构建CCUS产业集群、探索多方共赢合作模式的建议,形成连接减排需求密集地区和封存靶区的全国主干输送管道推荐方案,计算得到基于CCUS技术的火电减排成本约为0.16元/(kW·h)。

集团电力用户缴费的创新与实践

国网北京市电力公司客户服务中心针对北京地区现有电费缴费种类和系统功能进行分析,研究省级集中的集团户缴费最佳方案,实现全面的电子化收费方式,在满足集团客户统一缴纳电费和开具电费发票等各类缴费需求的同时,减轻了地级供电单位的电费服务压力,缩短资金在途时长,加快电费归集速度,取得公司及客户利益双赢的成效。

利用ETF类基金进行股指期货套利的方法研究

文章研究了利用ETF类基金进行股指期货套利的一种方法。首先选择基于A股市场投资组合的ETF类基金模拟股指期货标的指数沪深300指数,在确定ETF基金组合的基础上使用GARCH(1,1)拟合模拟沪深300指数的收益率;其次,基于中国金融期货交易所的沪深300指数期货仿真交易合约进行套利分析,分别讨论了ETF的一级市场套利和二级市场套利;最后,定义了套利收益率并选择广义极值分布对其进行拟合,给出了相关分布参数的估计值。

不同燃料路径氢燃料电池汽车全生命周期环境影响评价

氢燃料电池汽车续航里程长、能量转换效率高,其燃料可通过可再生能源电解水制取。氢燃料电池汽车的推广应用将促进电力系统消纳不稳定的可再生能源电力。已有文献缺乏对氢燃料生产、储运等不同路径的环境影响全生命周期综合分析。考虑中国当前主要的制氢、输氢和发电技术,根据不同技术组合设计17条氢燃料路径,通过GREET软件对这些路径的生命周期环境影响进行核算。研究表明:路径3(可再生能源发电制氢+液氢槽车输氢)和路径16(可再生能源发电+输电+现场制氢)的环境影响最小,低于纯电动车路径(混合发电+锂离子电动车)和汽油内燃机车路径的环境影响。未来需要进一步降低可再生能源发电制氢的成本,提升这些路径的经济性,从而推动燃料电池汽车低环境影响路径的应用。

电力系统关键技术进步与低碳转型的协同优化

技术的进步对于电力系统低碳转型具有重要的支撑作用,同时,技术的发展也应以实现系统低碳转型为目标,特别是在长期时间尺度上,二者相互影响更加显著。中国提出在2060年前实现全社会碳中和目标,电力系统将逐渐实现低碳甚至零碳排放。清洁能源发电、特高压输电、储能等关键技术的发展水平,成为电力系统转型是否经济可行的重要因素。电力系统关键技术也要以实现碳中和为目标加快发展。为量化评估电力系统关键技术进步与低碳转型经济可行性的耦合与匹配关系,提出了二者协同优化的框架和方法。将技术成熟度和经济性与电力系统扩展规划模型相结合,并以中国2060年远期电力规划为案例,研究不同技术发展场景下电力系统清洁低碳转型的经济可行性,分析了不同技术对全系统综合单位电量成本下降的贡献。

考虑多因素的主动解列断面搜索方法

以解列后系统稳定性为目标选取最优的解列断面是主动解列的核心问题,但随着新能源、直流输电的快速发展,目前普遍将其抽象为单目标优化过程的研究方法,难以满足当前大电网对解列后子系统频率及电压支撑能力的要求。为此提出了考虑多因素的主动解列断面搜索方法。首先,基于单目标优化过程得到具有最小潮流冲击的初始解列断面;其次,在初始解的邻域搜索空间中获取具有相近潮流冲击的可行解集;最后,考虑风电渗透率或直流多馈入短路比确定最终的解列断面。所提策略能有效提高解列后孤岛的稳定运行能力、有利于后续控制和恢复,其有效性通过新英格兰10机39节点系统得到了仿真验证。

皱纹铝套变形对挤包绝缘直流电缆电场分布的影响

为研究高压直流电缆皱纹铝套受力变形对电缆绝缘结构造成的损伤,以及在运行过程中对电气性能的影响,针对500 kV直流电缆开展绝缘线芯热膨胀测试和皱纹铝套压扁试验,确定皱纹铝套变形在绝缘线芯表面造成的缺陷情况。建立有限元模型,分析绝缘场强分布随温差变化情况,以及皱纹铝套变形导致绝缘线芯表面缺陷后的场强分布情况。仿真结果表明:电缆在负载过程中绝缘场强随着绝缘温差的变化而变化,此外绝缘表面存在缺陷会进一步导致场强畸变,且畸变程度与外加电压和绝缘温差有关。

高比例清洁能源并网的跨国互联电力系统多时间尺度储能容量优化规划

高比例清洁能源并网对电力系统的灵活调节能力提出了更高要求。储能是构成系统灵活调节能力的关键要素,系统对储能的需求与系统的灵活性稀缺程度紧密相关,而单纯依靠储能来提供系统所需灵活性将造成电力系统投资成本极大增加、设备利用率降低等问题。储能与互联电网、清洁能源布局协同规划并发挥彼此间的互补效益是提升未来清洁电力系统安全经济性的重要途径。该文从技术经济性的角度出发,考虑多种灵活性资源协同参与的跨国互联电力系统优化规划与运行。首先基于已有研究对各类灵活性资源建模,将年度8760h全景时序运行模拟纳入优化模型,然后提出了面向高比例清洁能源电力系统、考虑多种灵活性资源参与的规划模型并基于东北亚跨国互联电网进行实证分析,量化评估了电网互联、清洁能源布局对储能优化配置的影响,给出了基于不同灵活性资源规划模型的2035—2050年东北亚地区规划结果。算例表明,通过电网互联与多区域风电、光伏清洁能源协同规划可有效减少各区域内储能装机、降低系统的度电成本。算例还进行了储能装机容量、系统度电成本与线路互联容量间的灵敏度分析。

提高XLPE高压直流海缆经济性的研究展望

结合我国高压直流海缆工程直流海缆选型、电压等级和输送容量的关系,以单位输送容量所需直流海缆原材料投入作为典型经济性指标,发现随着单回路直流海缆电压等级和载流量升高,直流海缆经济性呈上升趋势。通过对比不同路线提高电压等级和载流量后直流海缆耗材的变化,可知分别通过提高直流海缆绝缘电气水平和导体最高允许运行温度的方式实现电压等级和载流量提升对提高直流海缆经济性更为有效。此外选取导体最高运行温度为70℃的±525 kV直流海缆为典型规格,利用有限元仿真分析外加电压提高至972 kV和导体运行温度提高至90℃后直流海缆绝缘场强分布的变化,结果表明电压等级和导体运行温度的提高均会造成绝缘场强翻转后靠近绝缘屏蔽处的场强进一步升高,且二者存在协同作用,在此基础上,设定绝缘屏蔽与绝缘界面存在向绝缘内尺寸为0.125 mm的半圆形突起,有限元仿真结果表明该点的场强对比无突起情况增大了35.8%。

支撑电力系统清洁转型的储能需求量化模型与案例分析

目前,储能需求的研究多集中于特定应用场景中电化学电池等持续放电时间较短的储能装置的配置,缺乏对系统整体性储能需求规划的方法及经济性影响的研究。针对短时和长期2种不同类型储能的特点,建立了以系统综合成本最低为优化目标的量化分析模型和方法,从总量、结构和成本3个维度量化分析系统级储能需求,将储能规划嵌入电源规划的混合整数优化问题中统一求解。以欧洲、全球和中国为算例,分析支撑能源清洁转型电力系统所需的储能种类、储能装机容量和可接受的储能成本。结果表明,仅依靠以锂离子电池为代表的短时储能无法满足未来高比例可再生能源场景的全部系统要求,长期储能将在2035年后的深度清洁转型中逐步发挥重要作用。

基于电池储能的MMC-HVDC系统的建模与仿真

由于交直流混联电网中的交流系统和直流系统之间存在有功功率耦合,因此基于模块化多电平换流器(MMC)的高压直流输电(HVDC)系统无法完全隔离故障时交直流侧之间的相互影响。文中提出将基于电池储能系统(BESS)的MMC应用于HVDC系统以实现交直流侧功率解耦控制的方法。首先分析了基于BESS的MMCHVDC系统的基本结构和工作原理。然后,基于数值积分和嵌套的快速仿真方法,推导了基于BESS的子模块和基于BESS的MMC换流器的戴维南等效电路。最后,搭建了±400 kV的两端MMC-HVDC系统对所提建模方法和系统的解耦效果进行了验证。结果表明,基于BESS的MMC-HVDC系统交流侧有功功率和直流侧功率可以彼此解耦,在交流或直流故障期间可以保持功率的正常输送。

有源型柔性直流输电技术在全球能源互联网背景下的应用研究

全球能源互联网是实现新能源资源在全球范围内合理配置和高效利用的重要发展方向。基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流输电技术凭借其可以为无源电网提供支撑和控制灵活的特点,正逐渐成为构建全球能源互联网的重要技术手段之一。对柔性直流输电技术在全球能源互联网背景下的应用进行了深入研究。首先梳理了柔性直流输电在全球能源互联网中的3种典型应用场景。接着利用PSCAD/EMTDC仿真研究了传统柔性直流在典型应用场景下的故障特性,分析了其应用于全球能源互联网时的不足。针对这些不足,提出了一种具有解耦运行能力的基于锂电池储能装置的有源型柔性直流输电技术,对其拓扑结构和控制策略进行了介绍。最后在PSCAD中仿真验证了所提出的有源型MMC在全球能源互联网应用场景下隔离交流系统故障对直流侧系统的功率冲击的能力。

能源电力清洁化转型中的储能关键技术探讨

储能在确保能源生产与消费平衡的同时,可以进一步提升整个能源系统的经济性水平。只有储能技术性能不断提高、成本不断下降,才能推动能源系统清洁转型不断深入。首先阐述了能源清洁转型中储能的定位与形式演变,其次梳理了储能技术及应用现状,主要包括技术和经济指标、各种应用场景、不同应用场景下的技术适用度及容量配置、应用规模等;再次提出了能源清洁转型对储能技术类型及储能技术和经济指标的未来需求,即储能技术的未来发展总目标;最后从储能本体、系统集成、应用规划、运行控制、评价与标准5个维度提出储能关键技术的分项目标及相应的技术路线,形成能源清洁转型下的储能关键技术发展路线,以期为储能相关从业者开展政策制定、战略研究、项目开发、技术创新提供参考和借鉴。

双碳目标下我国新型电力系统的构建与演变研究

构建新型电力系统,对于实现碳达峰、碳中和目标至关重要,而对新型电力系统构建路径及其演变的探索则是重中之重。该文从我国电力系统的互联格局出发,聚焦构建新型电力系统面临的供应安全、平衡调节、供电成本等系统性问题和挑战,采用计及多种灵活性约束和基于时序模拟的广域电力系统源-网-储协同规划方法,以系统总成本最低为目标,兼顾源-网-储可规划容量、新能源发电量占比及源-网-储各种设备时序运行特性等条件约束,结合已有研究规划,系统性分析了2025、2030、2050及2060年中国7大区域互联电力系统风电、光伏新能源和新型储能装机容量,并在此基础上,分析了不同水平年全国互联系统新能源装机及占比、新能源发电量及占比、不同时间尺度储能装机及占比、新能源利用率、供电成本、同步机出力占比和碳排放等技术经济指标,并总结了其发展演变趋势,为构建新型电力系统提供技术和决策参考,有力支撑了我国实现2030年前碳达峰、2060年前碳中和的战略目标。

支撑碳中和目标的电力系统源-网-储灵活性资源优化规划

2020年9月,中国提出将努力争取2060年前实现碳中和。大力发展风电、光伏高比例并网的新能源电力系统,是实现碳中和目标的重要途径。由于新能源发电具有波动性和随机性,因此需要提升系统灵活性以保障高比例新能源电力系统的安全、可靠和经济运行。以实现2060年碳中和目标为边界,采用内嵌全年8 760 h全景时序生产模拟的电力规划模型与方法,考虑各类灵活性资源约束,从不同时间和空间尺度统筹优化新能源电源、储能及电网互联容量,为实现碳中和目标提供可行方案。在此基础上,开展系统弃电率、新能源电源装机、储能配置及电网互联容量灵敏度分析,进一步论证模型方法的有效性,并量化分析高比例新能源电力系统源-网-储协同规划的效益。