光热与光伏发电综合对比

光伏发电和光热发电是太阳能发电的2种典型形式。光伏开发成本相对较低,但为保证系统安全稳定运行,须配置一定比例储能和分布式调相机,造成发电成本提升,而光热自带储热和出力友好性,因此目前对于光伏与光热的发展技术路线仍存在较大争议。文中以青海海西地区为例,基于同一时空太阳能辐照资源和出力特性,比较光伏+储能与光热的电力保障能力;然后从电网安全稳定支撑能力角度对光伏+储能+调相机与光热进行比较;最后基于光热和光伏成本下降趋势预测进行二者的经济性对比。研究结果表明,若将光热和光伏放到技术对等层面,则光热由于同时具备储热和常规发电机功能,能够为系统提供短路容量、无功补偿和转动惯量支撑,在成本下降后经济性与光伏+储能+调相机基本相当,甚至更优。

高比例新能源系统中各类电网侧储能设施调峰效益对比

储能电站的效益评估是储能大规模发展的关键。对高比例新能源系统电网侧储能的效益进行了全面评估,通过全时段8760 h生产仿真模拟,在保持系统供电可靠性不变的约束下,计算了抽水蓄能、压缩空气、电化学储能等储能电站的容量效益、电量效益,考虑了各类储能电站的运行策略。仿真模拟过程中,以周为节点,计算全年8760 h的系统运行状态,考虑了储能电站的运行效率、机组启停、跨日调节等因素,避免了典型日生产模拟无法模拟储能跨日调节导致的储能容量和电量效益评估失真的问题。最后,以中国西北地区实际高比例新能源系统为研究对象,分析了各种储能对减少火电装机、降低新能源弃电率的作用,研究结果可为中国高比例新能源系统电网侧储能电站的建设提供参考。

特约主编寄语

能源保障和电力安全事关国计民生,是须臾不可忽视的“国之大者”。在气候变化和能源转型背景下,台风、暴雨、暴雪等极端自然灾害频发,新能源电力固有的随机性、间歇性给电力平衡带来的挑战愈发突出,构建弹性电力系统、提升极端事件应对能力的任务已十分迫切,也得到了党和国家领导人的高度重视。

考虑电-气-交通耦合的城市综合能源系统规划

交通是重要的能源消费部门。随着电动汽车、天然气汽车等清洁能源车辆的快速发展,交通系统与电力系统、天然气系统等能源供给网络的耦合逐步增强。面向日渐融合的能源网和交通网,该文考虑电动汽车、天然气汽车与城市综合能源系统的耦合,提出并建立城市综合能源系统优化规划模型,协调充电站、加气站等能源设施与城市电网、天然气管网的扩建。首先基于交通流量和路网结构,对电动汽车、天然气汽车的能量补给需求进行了分析与建模,并建立了能量补给设施的建设约束。其次,以全系统投资和运行费用最低为目标,考虑电网、天然气网运行约束,构建了优化规划模型,设计了相应的求解算法。最后,以西安市交通网为基础构造算例验证了模型和方法的有效性。结果表明,统筹考虑交通系统和能源系统特性,进行协调规划是必要的,并且能够在显著降低城市综合能源系统规划成本的同时提高运行效率;忽略协同作用会导致电力和天然气网络的线路拥堵。

面向输电网弹性提升的灵活控制装置配置规划

为提升电力系统弹性,确保主网应对小概率-高影响事件的能力,基于鲁棒优化理论提出主网灵活控制装置配置的规划框架,充分考虑远动开关配置下的最优线路开断(optimal transmission switch,OTS)、线路强化加固装置以及储能设施之间的最优协同作用,最大限度降低投资运行成本的同时减少由潜在极端事件造成的经济损失。首先,基于持续负荷曲线构建考虑典型日线路中断与新能源出力波动的两阶段鲁棒规划模型;然后,采用修改后的嵌套列和约束生成算法(nested column-and-constraints generation,NCCG)对模型进行求解,使用相关加速策略提升模型求解效率;最后,通过IEEE-24节点系统进行仿真分析,验证异质灵活控制装置之间的规划协同作用以及模型的有效性。

多能源系统分析规划初探

传统的能源系统分析规划研究局限于电、气、热(冷)等单一能源形式系统的内部。多能源系统的统筹协调有利于促进可再生能源吸纳,提高能源利用效率。文中首先介绍了多能源系统的结构,分析了电、气、热(冷)等子系统的特征,探讨了协同效益,进而阐述了能源流分析计算方法。基于此,对多能源系统的优化运行与优化规划问题进行了分析、讨论。最后,总结了多能源系统分析与规划的关键问题,以期为相关研究提供参考。

考虑风电的电力联营市场日前出清模型

大规模风电并网对电力市场的运行提出了诸多挑战。文中分析了风电不确定性对日前市场的影响,提出了一种考虑风电的电力联营市场的日前出清模型。相比于传统出清模型而言,所提出的模型借鉴"事后电价"思想,根据概率性风电功率预测的结果生成多场景模型,模拟描述风电的随机性,考虑实际运行中电价不确定性所造成的风险;同时,考虑了发电计划的调节需求和火电机组的调节能力,兼顾系统运行的经济性和安全性。IEEE-RTS 1979算例分析表明,采用所提出的模型进行风电出清能够保障负荷供应,降低系统生产成本。

主动配电系统与主网的有功协调

针对现有主动配电系统优化运行研究局限于主动配电网内部而忽略了其与主网间联系的问题,提出了一种主动配电网与主网的有功协调方法。基于奔德斯分解将协调调度问题转化为分层优化问题,在上层实施发电调度优化主网运行,在下层调度分布式能源优化主动配电系统运行。通过上下层协调迭代,考虑主动配电系统运行策略对主网运行的影响,实现主动配电系统和主网间的有功协调。改编的IEEE-RTS算例表明:主动配电系统的运行策略会对主网运行产生显著影响,甚至导致主网运行计划无解,在研究和运行中需要考虑二者的协调;限制馈线功率波动的策略能保证主网运行计划有解,但经济性较差;所提的有功协调方法可行、有效,能显著提升全系统的经济性与安全性,可将算例系统的生产成本由638 326.62美元降至626 011.45美元。

含大规模清洁能源电力系统的多时间尺度生产模拟

随着大规模清洁能源的并网,其波动性和随机性给电力系统带来的挑战日益凸显。为兼顾清洁能源的季节不均和短时波动,该文提出一种电力系统多时间尺度生产模拟方法,由中长期模拟和短期运行模拟两部分组成。前者主要解决清洁能源的季节分布问题,考虑风、光与水电的互补,制定常规机组检修计划和水电电量分配方案;后者以此为基础,考虑预测误差等新能源出力的随机特性,在确定系统运行计划的同时,给出新能源电力的可消纳区间,量化评估系统的新能源消纳能力。基于我国西北某省规划数据的算例分析证实,所提出的框架和方法准确有效,能全面反映并处理新能源出力的季节和短时分布特性,通过不同时间尺度多能互补可进一步优化系统中长期和短期的运行方式。

发电成本最小化的电动汽车分布式充放电控制

分布式充放电控制在降低问题求解难度、保护用户隐私方面具有集中式控制无法比拟的优势。给出了分布式充放电控制一般流程。针对现有方法仅能平抑负荷波动的局限性,提出了一种基于拉格朗日松弛法的分布式充放电控制方法,实现电动汽车与发电机组的协调运行,降低发电成本。该方法以对偶因子作为调度信号,通过对偶因子的更新逐渐逼近集中控制最优解。IEEE-RTS1979算例分析证实,该方法降低发电成本的效益更为显著,对大规模电动汽车群适应性更强;能够解决目标函数非凸、约束耦合的发电成本最小化问题,适用范围更广。

光热发电机组聚合模型及其在电力系统运行模拟中的应用

光热发电不仅提供了一种大规模利用太阳能的方式,还具备良好的调峰能力,能为构建可再生能源主导的电力系统提供有力支撑。由于组成结构和运行特性的特殊性,光热机组在建模中面临着所需变量多、约束复杂的问题。考虑到其单机容量较小,大规模光热并网后将显著提升运行模拟问题的规模和复杂度,增大模型求解难度,给电力系统运行模拟和优化规划带来挑战。针对上述问题,提出一种光热聚合建模方法,将多台机组聚合成一台等效机组,从而减小问题规模、加速模型求解。基于改编IEEE-RTS79的算例分析表明该方法正确、有效,不仅加速效果显著,而且计算误差较小。所提出的方法能为含大规模光热电力系统运行模拟及规划研究提供有力的分析工具。

考虑多能源电力特性的电力系统中长期生产模拟

中长期模拟是电力系统生产模拟的重要组成部分,是处理与应对清洁能源电力季节特性的重要途径。针对现有研究的不足,该文考虑新能源发电、火电、水电、抽水蓄能等多种发电形式,提出电力系统中长期运行模拟方法,以实现中长期时间尺度下的多能互补。文章以持续负荷曲线建模为基础,考虑各类型发电机组检修要求和运行约束、新能源和水能等一次能源特征以及系统的新能源消纳能力,建立中长期运行模型,并采用混合整数规划方法求解。基于改编IEEE-RTS系统算例分析表明,该文所提出模型和方法正确有效,能充分反映、应对多能源电力特性,实现中长期运行方式的优化。

超高流动性改性镁渣基充填材料的性能

针对超远距离输送过程中,特殊管路布置等充填技术中堵管、爆管风险大,管道磨损严重等问题,采用改性镁渣(MMS)和粉煤灰(FA)在不同配比下制备超高流动性新型膏体充填材料(UH-MFPB),探究其早期强度、流动性以及流变特性,并建立流动性和流变参数的相关关系.研究结果表明:(1)UH-MFPB样品的单轴抗压强度随FA含量增加呈先增大后减小的趋势.当FA质量分数为20%时,样品的抗压强度最大,养护28 d可达到6.759 MPa,后期强度持续增加;(2)新鲜UH-MFPB料浆的坍落度为25.6~29.2 cm,扩展度为61~93.1 cm,具有很好的流动性;(3)新鲜UH-MFPB料浆的流变特性符合Herschel-Bulkley模型,流变参数(屈服应力、塑性黏度和触变性)随FA含量的增大而减小,且FA质量分数达到20%时,料浆出现剪切增稠的现象;(4)新鲜UH-MFPB料浆的流动性和流变参数满足二次多项式关系,呈现出负相关性.

电动汽车充电负荷与调度控制策略综述

电动汽车的普及已成为一种趋势,将会对电力系统运行产生深刻影响。电动汽车充电控制将成为系统运行控制的重要手段,不仅能够限制充电负荷的不利影响,而且能够实现负荷削峰填谷,促进可再生能源吸纳,发挥负荷调度的作用。该文介绍了近年来充电负荷、充电控制领域内的研究成果,涉及充电负荷仿真分析模型、充电控制效益、充电控制策略研究等方面;同时指出了尚未解决的问题和可能的研究方向。

电力系统随机分析方法研究综述

在"碳中和"及"碳达峰"的背景下,高比例可再生能源电力系统将成为未来电力系统发展的一个重要趋势,同时外界极端环境日趋多变多发,电力系统随机因素日益增加,将对系统的经济、安全、稳定运行产生重大影响,需要根据随机因素的不同特征研究分析其对系统的影响以及应对的措施。从随机变量以及描述方程的角度,将电力系统随机问题分为随机稳态问题、随机动态问题、随机事件问题3类。面向这3类随机问题,分别介绍其问题描述,归纳其分析方法。针对电力系统随机稳态问题,从随机特征分析及随机决策问题2个角度综述和探讨了含随机性的电力系统稳态分析方法;针对电力系统随机动态问题,从振荡、安全和稳定3个方面综述和探讨了随机性对系统动态的影响;针对电力系统随机事件问题,从概率分析和马尔可夫分析2个方面综述其分析方法。最后,对新能源的概率预测、强随机性下的系统规划运行、低惯性下的抗干扰能力、随机动力学、极端气候对新能源的影响进行了研究展望。

双边分段竞价的电力市场

电能竞价机制对电力市场中各主体的公平交易和供需互动都起到关键性作用。文中提出了基于电力联营体模式,包含供需双方的双边分段电力市场竞价机制,并对其交易原理和各方效益进行了分析。文中将分段竞价理论扩展到了需求侧,在更好地反映电力生产和消费特性的基础上还体现了购电主体的价格意愿和用电方式的选择,从而更好地保障购电者的权益,而且使可平移负荷在市场中能更充分地发挥其灵活用电的优势,促进削峰填谷。双边分段竞价机制对大用户、惯性负荷等诸多负荷以及未来的用电模式、电力系统整体效益、全社会效益将会带来利益。

面向低碳的海上风电系统优化规划研究

为响应"低碳"经济,海上风电作为一种优质可再生能源,在当前的环境压力和未来的能源危机情况下将得到大力发展。文中对海上风电系统的结构及其优化规划方法进行了归纳。首先,介绍了海上风电场选址、集电系统结构、输电系统并网方式;然后对其可靠性评估方法进行了详细讨论。在此基础上阐述了海上风电系统优化规划的模型与算法。最后,对海上风电优化规划的研究方向提出了建议。

电网与交通网耦合的设施规划与运行优化研究综述及展望

新能源汽车保有量迅速增长,其能源补给需求对电网规划和运行的影响已不容忽视。同时,随着风电和光伏发电装机占比的持续提升,电网也亟须利用电动汽车补能需求的灵活性来平抑新能源发电出力和负荷功率的波动。促进电网与交通网的耦合能够提升社会效益,实现多方共赢。文中首先对电网与交通网两网耦合的关键基础设施及主要利益相关方进行分析。其次,论述当前和无人驾驶条件下两网耦合的基本模式与目标。接着,着重对考虑两网耦合的设施规划和运行调控问题的研究现状进行归纳和总结。最后,对两网耦合的规划和运行优化相关方向需进一步研究的问题进行分析和展望。

绿茶-火龙果复合饮料制取工艺研究

为优化绿茶-火龙果饮料的制取工艺,以绿茶、火龙果为主要原料,辅以一定的柠檬酸和蔗糖,配制出风味独特营养丰富的火龙果-绿茶饮料。设计单因素试验以确定正交试验各因素筛选水平范围,结合正交试验分析结果和感官综合评分,探讨火龙果绿茶饮料的生产工艺和操作要点。结果表明:绿茶与火龙果汁复合饮料的料比为2:1,脱脂奶添加量为9%,柠檬酸添加量为0.20%,蔗糖添加量为4%;在此生产工艺条件下,所得产品呈翠绿色、口感佳、稳定性良好,蛋白质含量为9.34 mg/m L,Vc含量为438μg/m L,总糖含量为2.5%,茶多酚含量为11.5%,无超标重金属、无菌类污染,可在实际生产中加以应用。

助力能源革命的多频率电力系统

电压和频率是交流系统的基本参数。多电压电力系统充分发挥了不同电压等级的优势,但频率参数的效益却一直未得到重视。随着能源革命的推进,电源、负荷频率特性和频率需求发生巨大变化,迫切需要新型输电技术支撑大规模清洁能源并网与广域消纳：多频率电网在适应未来源、荷、网特征方面展现出巨大潜力。电力电子技术的发展为构建多频率电网创造了条件,而多频率电网作为电力电子化系统的高级形态,为消纳极高比例可再生能源提供了全新理念与框架,有望全面提升系统运行水平,为能源生产、消费以及交流革命提供助力。