远洋海岛群综合能量供给系统

在国家的整体安全战略中,远洋海岛(群)作为维护国家海防和海洋权益的重要支点和平台,具有特殊的地缘战略意义。可靠的能量供给是远洋海岛(群)发展建设的动脉,而目前已有研究大多针对近海海岛,对远洋海岛缺乏相关理论与方法。因此,首先探究了海岛电网研究的现状,分析了其应用于远洋海岛(群)的限制与缺陷;进而提出了充分利用海岛丰富的可再生能源,实现海岛群整体资源的优化配置与可持续发展的远洋海岛群综合能量供给系统,打破了海岛电网孤立发展的格局,将海岛群作为一个整体通过独创性的储电(换电)船舶进行"互联";然后分析了该系统具有的内涵与特征;提出了构建远洋海岛群综合能量供给系统所需的关键技术,并给出了储电船舶设计与运行分析算例,以期为我国远洋海岛(群)的开发与建设提供参考。

远洋海岛群可再生能源消纳装置定容研究

远洋海岛所在海域风、光、波浪能等可再生能源资源丰富,周边暗礁、沙洲等无人岛礁密布,浅水礁盘宽阔。若能协调开发岛群资源,实现优势互补,将为远洋海岛发展提供强大助力。着眼远洋海岛未来发展需要,引入区分岛屿功能定位、能量联动、多岛联合发展的创新发展模式,可为远洋海岛发展提供多重物资能量支撑。在资源岛支撑负荷中心岛物资能量需求的模式下,对资源岛利用制淡装置和蓄电池储能装置经济消纳可再生能源进行了容量配置研究,并利用寻优算法得出最优容量配置方案。在总成本最小的情况下可实现充分利用资源岛可再生能源且能较好地满足负荷中心岛物资能量需求。

含换电船舶电能输运航路的远洋海岛群混合电能传输网络规划

现有远洋海岛屿电网之间缺乏有效的联络,仅采用海底电缆的互联方式,工程可行性与经济性欠佳。因此,该文提出采用换电船舶(power exchanging watercraft,PEW)电能输运航路代替部分海底电缆的形式,构建远洋海岛群混合电能的传输网络。首先建立PEW航路电能传输模型,分析其能量传输效率与成本;然后结合多场景生成及聚类方法,以网络综合成本最小为目标,并计及极端气象场景下电能网络的额外供电成本,建立含PEW航路混合电能传输网络的规划模型,并采用混沌引力搜索算法优化求解,仿真结果验证了所提方法的可行性与有效性。

面向生态友好型远洋海岛群的储电概念船舶及其供能路径优化策略研究

远洋海岛群可再生能源十分丰富,各岛屿就地开发条件得天独厚,然而受限于地理隔离,负荷中心岛难以直接得到电力供给,而铺设电缆或大规模配置储能价格不菲。该文提出基于储电船舶的远洋海岛群能量调度优化策略。首先针对海岛群差异化资源禀赋的互补特性提出共享储能的概念,通过分时段共享的方式提高设备利用率,降低系统储能设备的整体规模,并建立起时空耦合情况下的能量流、交通流混合模型。在此基础之上,充分考虑日前调度预测误差,以多场景负荷中心岛切负荷均值最小、系统运行成本均值最少为目标,借助统一平台对储电船舶进行时空调度,灵活消纳多形态新能源和进行负荷支撑。仿真结果表明,基于EV的远洋海岛群能量供给系统实现了岛屿间的无缝连接和能量的动态平衡。该文为远洋海岛群的经济、可靠运行提供了一个全新的视角。

基于储电船舶的远洋海岛群多能流优化调度

远洋海岛群可再生能源丰富,就地开发条件得天独厚,然而岛屿间存在天然的地理隔离,导致能量供需结构呈现时空逆向分布的格局。该文提出一种基于储电船舶(electric vessel,EV)的多能流模型,并将其应用于远洋海岛群能量经济调度中。首先,针对海岛群各岛屿差异化资源禀赋和空间隔离的特性,介绍基于EV的岛际能量传输通道的可行性。进而,量化分析单体EV的时空转移特性和微网子系统能量的时空分布规律,建立考虑二者交互作用关系的多能流混合模型。在此基础上,以系统运行总成本为目标,依托系统统一平台对多能流进行经济调度。通过精细化分析模型中大规模非线性、时空高度耦合的约束条件,提出基于两阶段分解的主、子问题迭代的求解方法。仿真结果表明,采用两阶段分解法能够高效、准确求解多能流模型,验证了远洋海岛群能量经济调度的合理性与可行性。

远洋海岛群多态能量流鲁棒调度

远洋海岛群可再生能源十分丰富,为建设高渗透率清洁能源微网提供了可能。然而受限于地理隔离,岛屿间能量难以直接传输。为此,该文提出了基于鲁棒风险的远洋海岛群多态能量流经济调度。首先,针对远洋海岛群源荷时空逆向分布的特性,提出了基于换电船舶(electric vessel,EV)的岛间能量传输构想。在此基础上,量化分析了EV的时空转移特性和储能单元充放电特性,建立了兼具离散与连续特性的多态能量流混合模型。进而,充分考虑日前调度风险,基于信息间距决策理论搭建了远洋海岛群多态能量流鲁棒调度模型,并将原问题分解成不计潮流约束的主问题与潮流可行性检验子问题进行迭代求解。最后,仿真结果验证了所提方法的合理性与可行性。

计及岛群辐射半径与能量波动性的远洋海岛群分割组合多目标优化策略

为了有效提高多海岛集群格局下各海岛资源的合理分配,解决远洋海岛电源布局不合理和供电系统有序分工的优化问题,引入了一种多海岛格局下的海岛集群分割组合策略,将分割组合问题优化为一个同时兼顾能量辐射半径和能量供给平衡度的多目标函数规划模型。在此基础上采用多目标粒子群算法获得相应Pareto最优解集,将所得最佳分割组合方案缩小在可供选择的范围内。仿真结果验证了所提方法的合理性与有效性。

计及能量补给时刻非整的远洋海岛群微网日前调度策略

具有传输延迟特性的能量流参与电网调度时,现有的以小时计的日前调度往往直接对能量包出发/到达时间取整,导致优化结果出现较大误差,而细化日前调度时间单位后再取整,将引起优化变量剧增、求解压力显著增加。为此,该文建立适配日前调度体系的微网优化调度模型,并将其应用到远洋海岛群能量经济调度中。首先,针对基于储电船舶(electric vessel,EV)实现海岛群能量流动的设想,量化分析环境因子场对能量供给–输送–需求的综合影响。进而,考虑到EV岛际转移时间的可变特性,建立兼容差异化延迟时间的岛际能量传输模型。在此基础上,针对岛际能流传输延时的非整问题,提出适配日前调度体系的微网优化调度策略。最后,采用快速群搜索算法(fast group search optimizer,FGSO),实现优化模型的高效求解。仿真验证所提策略的合理性与可行性。

远洋海岛群新能源消纳与能量打包外送策略

在远洋海岛群开发新模式下,将少人居住但新能源丰富的岛屿开发为资源岛,并利用岛上新能源生产负荷中心岛所需的物资和能量,以提高负荷中心岛物资和能量的保障能力。然而,由于地理位置受限,岛屿间物资能量难以实时输送。资源岛如何根据负荷中心岛物资能量需求进行生产和转运是该方式顺利运转的关键环节。结合远洋海岛物资能量需求特点,提出一种以需求驱动生产的响应模式,基于物资能量'需求紧急度'制定能有序引导资源岛进行物资能量生产和转运的弹性价格,实现资源岛新能源高比例合理消纳,并适配负荷中心岛的物资能量需求。仿真结果验证了所提远洋海岛群新能源消纳与能量打包外送策略的有效性和优越性。

计及共享全电船舶参与的海岛电网日前调度研究

针对远洋海岛呈现源荷空间逆向分布的特征,提出一种计及共享全电船舶(shared electric vessel,SEV)参与的海岛电网日前调度策略。首先,提出SEV概念,利用电动旅游班船的闲置储能的共享化,实现岛际能量的转移。进而,根据SEV的时空转移特性,建立了精确的SEV模型。在此基础上,以系统运行成本最小为目标,构建了计及SEV参与的海岛电网日前调度模型,并通过Shapley值法对运营利益在SEV方和海岛电网方进行合理分配。仿真结果表明,基于SEV的远洋海岛能量供给系统在兼顾客运需求的同时实现灵活的新能源消纳和负荷支撑,通过"共享"实现"双赢"。