考虑碳惩罚的电化学储能消纳风光与调峰研究

为实现“双碳”目标,以新能源为主的电力系统需合理消纳新能源并保证用户用电负荷稳定可控。为考察电化学储能消纳风光与调峰的能力,结合碳排放权交易提出了弃风弃光碳惩罚成本与峰谷差碳惩罚成本,并建立了各项成本最小的多目标协同优化模型。基于比利时电力运营商发布的数据,设置不同功率的电化学储能装置进行系统仿真,仿真结果表明,系统配置800 MW电化学储能装置后,系统弃风率下降4.35%,弃光率下降17.76%,峰谷差缩小至19.25%,能以最低成本4361万元合理地消纳风光以减少碳排放。

基于改进ZSG-DEA的中国省级风光电力消纳配额分配

科学合理的风光电力消纳配额分配是中国可再生能源配额制成功实施的关键。本文旨在提出一种兼顾公平和效率的风光电力消纳配额分配方案,以期促进风光发电产业发展和区域经济均衡发展。首先,测算中国在2025年非化石能源占比约束下的风光电力消纳总量;其次,构建基于改进零和数据包络分析(Zero Sum Gain Data Envelopment Analysis,ZSG-DEA)的风光电力配额分配模型,实现省级风光电力消纳配额的分配;最后,采用基尼系数评估分配方案的公平性。研究结果表明,(1)中国2025年需要消纳风光电力16473−16759亿千瓦时,才能完成非化石能源占比20%的目标;(2)在兼顾公平和效率的分配原则下,东南沿海地区需要消纳更多的风光电力;(3)分配实现DEA有效,且基尼系数为0.2312,达到比较公平的水平。本研究为中国政策制定者科学合理设置非水可再生能源电力消纳责任权重提供参考依据,为成功实施可再生能源配额制提供保障。

风光消纳对梯级水库群运行水位的影响

水风光多能互补系统大多聚焦协同调度和提高新能源消纳研究,却忽略了风光能源消纳对水库水位的潜在影响。构建了考虑短期弃电特征的水风光互补系统中长期优化调度模型。首先,根据实际水风光出力模拟可能的弃电情景,拟合弃电损失函数,将其嵌套在中长期优化调度模型中;其次,模拟接入风光前后的水库调度运行过程;最后,分析风光消纳对梯级水库群年际、年内、月运行水位的影响。以黄河上游龙羊峡至刘家峡梯级水电站水风光互补系统为实例,研究表明:①接入风光后,梯级水库群的年均出力降低约0.5%,可促进风光消纳,保证系统总出力更大,可提高风光上网出力和系统总出力约2.2%;②风光消纳导致梯级水库群的年际和月水位波动增加,龙羊峡和刘家峡水库的年末消落水位和年均水位的波动范围分别增加2.5%、101.6%、0.8%和78.9%,龙羊峡的月水位波动变幅为0,刘家峡月水位下限降低14.7%;③在丰水年,接入风光后梯级水库水位显著下降;平水年,龙羊峡水库水位稍有降低,刘家峡水库的水位表现为汛前春季水位降低,汛后秋季水位升高;枯水年,风光消纳对水库水位几乎没有影响。这些研究结果对于更好地理解风光能源与水库运行之间的复杂关系以及优化水风光互补系统的运行策略具有重要的实际意义。

基于配电网时序电压灵敏度分析的风光消纳能力优化策略

大规模可再生能源接入电力系统使得系统内电源出力的不确定性大大超过负荷需求侧的不确定性。提出一种基于配电网时序电压灵敏度分析的风光消纳能力优化策略,对全天风光接入进行实时的电压灵敏度分析,根据风光出力对电网的影响在确保稳定性的前提下制定最优消纳策略,减少风光波动对电网消纳能力的影响。

蓄热式电采暖参与消纳受阻风光的源荷协调滚动调度

蓄热式电采暖负荷具有时移性和连续可调性,可作为需求侧资源解决乡村地区新能源消纳困难与清洁供暖问题。当前实施的峰谷分时电价,不能根据源荷变化有效引导电采暖运行以消纳受阻风光。因此提出采用场景法描述风光荷的不确定性,根据源荷峰谷时段变化确定分时电价。并且考虑电采暖响应分时电价时出现用电同时率高问题,引入需求价格弹性系数,建立以蓄热式电采暖运行成本和系统负荷峰谷差期望最小的日前日内源荷协调优化模型,滚动调整每时段各灵活资源出力。最后,通过仿真验证模型的有效性。

小样本下风光储耦合系统的新能源消纳能力概率评估方法

针对风光消纳面临的小样本不确定性问题,基于数据驱动混沌多项式展开法,提出小样本下风光储耦合系统的新能源消纳概率评估方法。首先,考虑风光储耦合系统的运行约束,提出以弃电率最小为目标的弃电率评估模型;随后,计及风光出力历史数据缺乏、难以采用传统不确定性优化方法处理问题,提出基于数据驱动混沌多项式展开法的弃电率概率评估算法。利用风光出力的多阶矩构建任意混沌多项式,基于多维高斯积分求解展开项系数;最后,根据展开系数解析计算弃电率的高阶矩信息,并根据最大熵法求解概率分布。仿真结果表明,所提方法相比于蒙特卡洛模拟法计算效率显著提升。

促进酒泉风光电远距离输送和消纳的政策研究

随着环境污染、全球气候变化和能源危机的加剧,世界各国越来越重视发展风光电等可再生新能源,以维持人类社会的可持续发展。酒泉风电基地是世界上在建的第一个千万千瓦级风电基地,开创了新能源开发的新模式,必将引领新能源发展的新趋势。但同时也存在一些前所未有的问题,比如,风电的大规模并网、消纳等,这些问题需要在政策层面去解决。针对这些问题,在分析国内外政策现状的基础上,给出了解决的政策建议。

面向负荷聚合商的风光消纳调度优化模型

为了提高风光等分布式电源的就地消纳率,文章提出了包含微网、负荷聚合商和居民用户的分层调度优化方案。在微网侧,微网调度部门将风光电消纳率最大作为目标函数,确定最优削峰填谷方案;在负荷聚合商侧,聚合商以自身收益最大为目标,参与到负荷削峰填谷量的日前市场投标;在居民用户侧,为了降低聚合商调度对用户的影响,根据柔性负荷响应特性对用户负荷进行分类,然后聚合商以负荷的响应特性作为约束,对负荷进行实时调度。算例仿真分析结果表明,所提出的风光就地消纳方案可以有效提高微网系统对风光电的消纳。

基于改进DNE极限域的含光热发电系统风光电消纳能力的评估方法

针对传统DNE(Do-Not-Exceed)极限域的风电消纳评估模型存在的缺陷,文章提出了一种基于改进DNE极限域的含光热发电系统风光电消纳能力的评估方法。首先,定义了爬坡需求,以计及风光不确定影响下连续时间断面间的系统可靠性,建立了改进DNE风光电消纳极限域模型;然后基于该模型,论述了光热发电对提高风光电消纳能力的可行性。同时,考虑风光联合出力及系统运行风险分布特点,以系统弃电与失负荷条件风险价值最小为目标,对风光电消纳域进行优化;最后,通过算例仿真验证了方法的有效性,并分析了风光预测误差及光热电站储热容量对评估结果的影响。

计及风光消纳的能源互联系统经济优化

基于微网用户愿意参与需求响应以及多微网可进行能源互联的前提下,建立了既可提升风光消纳率又可降低微网运行费用的双层优化模型。首先,建立能源互联系统中所有微网的总日运行费用模型;其次,建立多微网互联系统风光消纳模型,从而构成双层优化模型;然后,利用宽容分层序列法对双层模型进行求解;最后,通过Shapley分配对微网构成的联盟日运行费用进行重新分配,以保障每个微网能够从合作中获得一定的收益。算例结果表明,所提方法可降低各微网的日运行费用,还可有效提高微网对分布式电源的消纳率。

负荷聚合商参与风光消纳调度策略研究

大量分布式电源接入电网导致配电网调度和控制难度大大增加,使电网供需平衡问题越来越严重。为了平抑电网峰谷差,提高风光等分布式电源的就地消纳率,引入另一市场主体负荷聚合商,负荷聚合商提供电网和居民交互的平台,可以充分开发负荷侧的利用价值,为电网提供需求响应资源。以一个经负荷聚合商管辖的居民社区为对象进行调度策略研究,社区中包含风光分布式电源,居民负荷中主要的聚合对象为电动汽车。负荷聚合商将居民用户进行聚合,挖掘其需求响应价值。受居民用户负荷可调度潜力的限制,在最大程度地不影响居民生活的情况下,以负荷聚合商自身收益和风光消纳率最大为目标进行多目标优化。算例仿真结果表明,所提出的风光消纳方案可以有效提高电网对风光电的消纳,缓解电网供需平衡压力。

基于多电源联合系统的大规模风光消纳协调控制策略

为解决大规模风光发电并网稳定性问题,提高电网对风光发电的消纳能力,提出一种基于多类电源联合系统的协调控制策略。该策略首先分析了联合系统各电源出力特性;然后对风光出力进行滤波分析,提取不同频率尺度下的风光出力分量;最后根据风光出力分析结果制定各类补偿电站出力计划,并利用优化算法并行计算,得出各类电站机组出力和联合系统总体输出功率。算例分析表明,该方法能够很好地解决大规模风光并网的功率波动问题,实现联合系统的功率平稳输出,提高风光发电消纳能力。

考虑高比例风光新能源消纳的燃煤-燃气机组联合调度策略

基于信息物理融合理论,从“对象层-融合层-决策层”三个层级出发,建立燃煤-燃气机组联合调度模型,以发电总成本最小和机组平稳出力为目标,在满足电网安全运行的约束下,求解考虑高比例风光新能源消纳的燃煤-燃气机组联合调度策略,在确保高比例风光新能源消纳的基础上实现对各机组灵活的协同控制。

考虑水风光联合发电效益最大的水电站水库优化调度

为了经济合理地充分发挥水电站水库的调节能力,促进风光资源的高效消纳,基于微观经济学生产产品时存在的边际产量递减规律,以水电站水库调节能力为可变要素,将风光资源消纳视为“固定要素”的充分发挥,建立了水风光联合发电效益最大模型,可求解得到促进风光资源经济消纳的水电站水库优化调度方案。算例分析结果表明:在入库流量、负荷需求以及水库运行状态等因素一定的条件下,模型可充分反映水电站水库参与风光出力调节时对风光资源的消纳和水风光联合发电效益的贡献,给出了不同情景下水电站水库参与风光出力调节的优化调度方案,对于在保障电力系统安全的前提下充分发挥水电站水库的调节能力和提升水风光联合发电效益具有一定的参考价值。

计及风光不确定性的风-光-光热联合发电系统中光热电站储热容量优化配置

传统新能源电站之间联合形式单一且未考虑风光出力不确定性,弃风、弃光现象严重。为此,提出了一种考虑风光不确定性的风-光-光热联合系统的光热电站储热容量优化配置策略,利用电转热技术使风光电站和光热电站有效耦合,明确联合系统框架与原理;采用改进拉丁超立方抽样方法抑制风光出力的不确定性。最后,构建基于风光出力典型场景的光热电站储热容量双层优化配置模型,并进行算例求解,结果表明所提方法显著降低了系统总投资与运行成本,提高了清洁能源消纳能力。

风光火储联合供应火电厂厂用电系统优化调度

随着风电和光伏发电量逐年增长,其消纳问题日益凸显。同时,大容量火电机组厂用电负荷也相对较高,造成额外的运行成本。对此,基于多能互补思想,建立了一种风光火储联合供应火电厂厂用电优化调度模型。首先,提出了风光火储联合供应火电厂厂用电的组成结构,将风电、光伏发电优先供应厂用电负荷;其次构建了风光火储联合供应火电厂厂用电优化调度模型,考虑了火电机组不同负荷率下的运行成本和风光储成本,采用层次分析法建立了基于总成本、弃风弃光成本和环境成本的多目标函数,设置相应约束条件;最后,设置不同的场景对比分析联合供应厂用电系统的优化结果,试验结果表明:所提出的联合供应厂用电系统模型可以减少机组运行成本和环境成本,并促进风光消纳。

泛在电力物联网建设下消纳弃风弃光资源的储能系统综述

储能系统可满足泛在电力物联网“源网荷储用”系统各阶段的应用需求,提高能源利用效率,有效解决弃风弃光问题。适用于风光能源消纳的储能技术主要包括抽水蓄能、压缩空气储能、电化学储能、熔融盐蓄热的非补燃压缩空气储能、卡诺电池储能和电解氢联合燃料电池储能等。国内现有的风光消纳储能系统大部分都采用电化学储能方式,主要以各类锂离子电池为主。电化学储能的响应时间为毫秒级,额定功率可达兆瓦级,循环效率最高,可达80%以上,但使用寿命受限。熔融盐储能、卡诺电池储能可有效利用现有或即将退役的火电机组的汽轮机等设施,但循环效率相对于电化学储能较低,一般在30%~40%之间,若与锂电池、热泵等技术相结合,循环效率可提高至60%。结合泛在电力物联网建设,适合于风光资源消纳的典型储能应用模式主要有配套风光能源消纳建设的储能电站、配套火电厂建设的储能系统、虚拟电厂、储能云等。成熟的储能技术、完善的标准规范体系以及有效的扶持政策、创新的商业模式、融资渠道等,是储能在电力系统发输变配用各环节中大规模推广应用的必要条件。

水火风光多能互补系统联合调度问题两层优化建模方法研究

为解决水火风光多能互补发电系统联合优化复杂问题,提出了一种水火风光多能互补系统联合调度问题两层优化建模和求解方法,上层以余荷均方差和期望均值最小为目标函数对水风光清洁能源打捆进行联合优化,下层以成本经济指标最小为目标函数对火电适配余荷进行优化。以江西省典型春秋季、夏季和冬季江西省的电网负荷以及风电、光电的出力过程为研究对象进行实例分析,采用研究团队提出的DPSA-POA和智能算法混合优化方法进行模型求解,验证了本文所提两层优化建模和求解方法的有效性。并发现了风光可弃情境相比风光完全消纳情景虽然在火电出力上有所提高,但在整体运行费用上有所降低。在以春秋季江西省的电网负荷和风电、光电的出力过程为研究对象进行的实例分析结果显示,火电出力总和提升了5.79%,多能互补系统整体运行费用减少了4.97%;在以夏季江西省的电网负荷和风电、光电的出力过程为研究对象进行的实例分析结果显示,火电出力总和提升了0.32%,多能互补系统整体运行费用减少了1.95%;在以冬季江西省的电网负荷和风电、光电的出力过程为研究对象进行的实例分析结果显示,火电出力总和提升了10.70%,多能互补系统整体运行费用减少了6.78%。该方法为求解水火风光多能互补联合优化复杂问题提供了一种新的思路。

基于主从博弈的储能电站协同源荷消纳新能源调控策略

随着我国“双碳”目标的提出,新能源发电量大幅提升,为提高风光消纳率,引入虚拟电厂(VPP)运营商、负荷聚合商(LA)和储能电站(ESS),提出了一种基于主从博弈的储能电站协同源荷消纳新能源调控策略。将独立运行的VPP运营商作为上层领导者,具备需求响应能力的双向产消LA作为下层跟随者,通过上下层间价格和用能策略的博弈,实现新能源消纳和源荷储收益共赢。算例分析表明:源荷储三方在实时电、热价博弈机制下能够实现共赢并有效提高新能源消纳水平;引入ESS平抑了负荷和新能源出力波动,既提高了源侧VPP供能收益,又在保证荷侧用能满意度的前提下降低了LA的用电成本,提高了用户的需求响应能力和系统的风光上网空间。模型采用分布式遗传联合二次规划(GA-QP)算法进行求解,具有良好的收敛速度和效果,同时能够保护博弈各方的数据隐私。

面向风光消纳的并网型绿电铝评价企业优化运行策略

为有效解决高耗能电解铝企业高污染、高排放问题并降低其工业电网内弃风、弃光率,提出一种面向风光消纳的并网型绿电铝评价企业优化运行策略。分析并网型绿电铝评价企业运营模式和基于生产过程的电解铝负荷功率特性,在此基础上综合考虑工业电网电力电量平衡约束、电解铝负荷约束、自备风光火机组约束和外部电网交互约束,以综合用电成本最小为优化目标,构建了并网型绿电铝评价企业优化运行模型;通过引入4组反映电解铝负荷调节特性的0-1辅助变量,能够精确地描述电解铝负荷不能即时调节和频繁调节的特性,实现其调节性能对风光出力不确定性适应能力的解析表达,并将优化模型表达为线性0-1混合整数规划模型。通过算例分析,验证了所提模型方法的有效性,以及并网型绿电铝评价企业在大幅降低企业碳排放成本和提高风光发电利用率方面的优势。