Pumped hydro energy storage and 100 % renewable electricity for East Asia

Rapid cost reductions have led to the widespread deployment of renewable technologies such as solar photovoltaics(PV)and wind globally.Additional storage is needed when the share of solar PV and wind in electricity production rises to 50–100%.Pumped hydro energy storage constitutes 97%of the global capacity of stored power and over 99%of stored energy and is the leading method of energy storage.Off-river pumped hydro energy storage options,strong interconnections over large areas,and demand management can support a highly renewable electricity system at a modest cost.East Asia has abundant wind,solar,and off-river pumped hydro energy resources.The identified pumped hydro energy storage potential is 100 times more than required to support 100%renewable energy in East Asia.

基于源荷匹配的梯级水风光蓄系统优化运行研究

在“双碳”目标下,我国亟需进行能源结构转型,提高可再生能源在电力系统中的比例。调节性水电站和抽蓄电站具有良好的调蓄能力,可以作为调节电源与风光电源联合运行,从前端减缓风光不稳定出力对电力系统的冲击,促进新能源集中上网消纳。因此,充分利用梯级水电站及抽水蓄能电站的调节性能,制定合理的一体化调度策略,有利于在发电侧实现水风光蓄打捆送出和协同消纳,助力“双碳”目标实现。基于对梯级水风光蓄互补发电系统在短期调度中电网侧负荷需求和梯级水电水资源利用率的考虑,构建以源荷差异最小、梯级水电蓄能增量最大为目标,以常规水电站、风光电站、抽水蓄能电站安全运行条件为约束的短期互补调度模型,并采用粒子群-动态规划内外层嵌套算法对模型进行求解。选取西南某流域常规梯级水电站、抽水蓄能电站及周边风光电站组成的水风光蓄互补发电系统为研究对象进行模拟计算,结果表明:(1)抽水蓄能电站倾向于在梯级电站水头较低时选择泄水发电,而在梯级电站水头较高时选择抽水或维持当前水位不变;(2)所构建模型有效提高了系统总出力曲线与电网负荷曲线的匹配度,实现了梯级水电站之间负荷与水量的合理分配,一定程度上减少了梯级水电站效益损耗,提高了水能利用率,增加了梯级水电蓄能增量,有利于源网协同运行和梯级电站之间的稳定运行。

考虑梯级水电融合抽蓄改造的风光资源多目标容量配置

为实现梯级水风光蓄联合发电系统高效多能互补,研究考虑梯级水电融合抽蓄改造的风光发电多目标容量优化配置方法。以联合发电系统外送通道利用率最大和受端电网剩余负荷峰谷差最小为目标,优化联合发电系统风电和光伏发电的配置容量;考虑风电和光伏发电季节性波动,基于K-means聚类构建风电和光伏发电出力的典型场景,提出了梯级水风光蓄全场景互补运行模型,并发展了便于快速求解的混合整数线性化模型。以小金川梯级小水电周边的风电场与光伏电站为例,对所提方法的有效性进行了验证,分析了梯级水风光蓄联合系统的互补性,对比说明了混合式抽蓄在联合发电系统中的作用。

NB/T 11554—2024要点解读及水风光储多能互补标准化工作回顾

本文追溯了“十三五”时期关于多能互补综合能源的开发模式、工程示范以及针对电源端多能互补系统的分类和指导意见,根据“十四五”时期关于两大水风光综合基地的规划,全国主要流域可再生能源一体化规划工作的初步成果,以及对于试点流域规划实施启动、产业链配套工程提速等工作回顾,梳理了水风光储可再生能源综合开发工作历程及标准化工作需要解决的问题及必要性。在分析多能互补一体化标准现状及水风光储标准立项需求的基础上,对最新发布的《水风光储可再生能源综合开发项目技术规范》进行规划、设计、运行和管理全生命周期各阶段要点解析,提出了该规范对于水风光储标准化工作的开创性和指导性。

面向海上风电高效利用的水下抽水蓄能容量优化配置分析

为应对以海上风电为代表的海洋新能源并网挑战,水下抽水蓄能(underwater pumped hydro storage,UPHS)受到日益广泛的关注。然而,现有UPHS研究聚焦点距能源电气领域较远,尚无对现实储能工程的容量配置和规划的深入分析。针对此问题,立足(准)稳态视角,围绕水下抽蓄的容量优化配置开展研究。首先,明确海上风电-UPHS系统结构,基于水下抽蓄原理与风电出力特性建立系统模型;之后,以最大化投资收益为目标,构建UPHS容量优化配置模型,求解目标算例风速条件下风电机组、水下储能的最佳容量与实时出力;最后,围绕UPHS关键参数对规划结果的影响开展对比分析。结果表明,水下储能的引入可以大幅提升远海风电场的建设规模与投资收益;同时建设尺寸、利用小时数等储能参数亦会对规划结果产生多角度影响。

黄河上游青海水风光蓄一体化发电系统研究

随着双碳目标加速落实与黄河流域生态保护和高质量发展规划实施,统筹推进水风光一体化基地建设并构建多能互补发电系统,能提升跨省跨区电网错峰支援和余缺互济能力。通过采用归纳梳理的方法对黄河上游青海省水风光资源和多能互补著绩进行了分析,结果表明:青海南部水电势能、北部太阳能和西部风能资源潜力较大,但各种新能源随开发规模的扩大其可开发潜力呈下降趋势。青海省规划的风光容量配比为0.6∶0.4,2025年情景下水电与风光配比为1∶1.2,2035年情景水平下为1∶1.25。此外,在电网系统中尽可能少接风电多接光伏且弃电率保证在5%以内对电网稳定运行和投资成本具有正反馈作用。

面向海上风电高效利用的水下抽水蓄能建模与控制

水下抽水蓄能(underwater pumped hydro storage,UPHS)是一种适应海洋环境的新型储能方法。针对此前UPHS模型较为粗略且适用范围窄的问题,构建了水下抽蓄的水力-机械-电气多环节暂态模型并开展相关研究。首先,分析推导UPHS各组成部分(水泵水轮机、调速器、电机、变流器)的物理模型;其次,分别设计了原动机和并网变流器的控制策略;最后,在单机并网和配合海上风电联合外送两种情形的多样化工况下对UPHS进行电磁暂态仿真,验证了模型的可靠性及其应用于海上风电外送功率平抑的有效性。

促进水风光蓄一体市场化消纳的容量优化配置研究

水风光一体化开发是未来能源发展的重要方向之一。水风光多能互补建设面临着投资规模大、协调发展难度大、资源与电网需求分布不平衡等诸多挑战。抽水蓄能作为目前最经济、最高效、最成熟的一种储能方式,配合水风光一体化开发,在确保电力系统稳定运行的情况下,促进大规模的清洁能源消纳。通过研究水风光多能互补系统的运行特性及模型简化方法,构建综合定/变速抽水蓄能电站评价体系,厘清不同能源主体间的利益关系,进一步考虑合理的机制的制定,提高多清洁能源一体化的积极性。并对多能互补系统内部容量配置以及各部分之间联合优化调度进行研究,给出水风光蓄联合运行系统的容量优化配置方法。

基于改进Shapley值法的风-光-水-储多主体互补发电系统合作增益分配策略

为了充分发挥系统中可调节资源的自身优势,利用变速抽水蓄能机组配合小水电机组进行常规调节,并考虑变速抽水蓄能机组的快速响应特性,提出了兼顾系统小时级以及秒级安全性的风-光-水-储多主体互补发电系统的联合优化调度模型。为了降低合作博弈高效性算法线性增长的计算复杂度,基于改进Shapely值法提出了一种大规模利益主体的合作增量效益(增益)分配策略。通过资源聚合,对高维度问题进行降维处理,利用Shapley值法进行初始分配;构建合作增益贡献指标,采用非对称纳什谈判理论对同类型的不同主体进行细化分配。以某流域风-光-水-储10主体互补发电系统为仿真算例,结果表明:抽水蓄能机组与小水电机组互补运行可以提升系统的灵活性和安全性;基于改进Shapley值法的合作增益分配策略具有计算高效性以及应用可行性。

考虑混蓄与纯蓄配置方式的水风光蓄互补系统调度运行对比研究

流域梯级水风光综合能源基地配建抽水蓄能构建水风光蓄互补系统,是提高风光消纳能力、加速可再生能源一体化开发的重要途径。水风光蓄互补系统因地制宜既可配置混合式抽水蓄能,又可配置传统常规抽水蓄能。针对何种配置方式更优问题,从调度运行需求出发进行了研究。首先量化分析了水风光资源的季节互补性和日内互补性。然后分别考虑配置混蓄与纯蓄,基于精细化流域梯级水电模型,以负荷跟踪偏差率最小、弃能最小、水量利用率最大为目标构建了水风光蓄互补系统短期优化调度模型,从调度运行角度探究不同抽蓄形式对水风光蓄互补系统的影响。最后,通过某流域梯级水风光一体化基地算例表明,配置混蓄相较于配置纯蓄,不同运行场景下负荷跟踪偏差率均更小、弃能均降低、水量利用率均提高,综合运行效率也得到提升,表明配置混蓄对水风光蓄互补系统调度运行的提升优于纯蓄。研究可为流域清洁能源基地、抽水蓄能规划建设及调度运行提供决策支持。

风光接入水电站对水电出力的影响浅析

金沙江流域水能、风能、太阳能资源丰富,其中风光发电的出力受天气、风速等影响呈现出间歇性和不稳定性。风光发电输出是直流电,需要使用逆变器将其转换为交流电才能并网,高频工作状态下,逆变器容易产生高次谐波污染电网。提出利用金沙江流域风光能源在水电站建设配套抽水蓄能设施,实现水风光互补增加水电站出力及水电站年发电量。

基于改进麻雀算法的风光水储优化配置方法

再生能源发电是构建我国清洁能源体系的核心,风光水可再生能源发电系统是新型电力系统的重要特征。针对风光水分布式可再生能源发电系统的随机性、不确定性等特点,提出了综合考虑风光水不确定性的风光水储优化配置及调度策略,并利用改进麻雀算法进行求解。针对麻雀算法的早熟和收敛性慢等问题,从改善种群多样性、增强全局探索能力和边界处理机制等方面对麻雀搜索算法进行改进;并利用改进的麻雀算法结合实际电网风光水互补特性进行优化配置计算。结果表明,所构建的风光水联合优化调度模型能够较好地提升风光消纳水平,提出的算法具有较高的求解效率。

溪洛渡水电站水风光储一体化建设项目容量配置优化

国家发展改革委、国家能源局推进电力源网荷储一体化和多能互补发展,强调源网荷储一体化、多能互补的重要意义,积极实施存量的风光水火储一体化项目。为此,文章选择风光资源条件相对较好、水电站投产时间长、装机容量较大的溪洛渡水电站周边作为研究对象,分析水电、风电、光伏、储能等出力互补特性,开展区域水风光电站发电系统接入方案研究,按照可再生能源消纳最大以及碳排放规模最小的原则构建数据模型,模拟不同水风光储容量配置情形下项目的总出力、弃电量和上网电量,从中选择最优的水风光储一体化运行场景,为溪洛渡水电站的水风光储建设提供参考。

New Analytical Model for Optimal Placement of Wind Turbines in Power Network under Pool and Reserve Markets Conditions

In this paper a new market based analytical model is proposed for optimal placement of Wind Turbines (WTs) in power systems. In addition to wind turbines, thermal units (THUs) and Pumped Storage Hydro Power Plants (PSHPPs) owners participate in power market. Objective function is defined as participants’ social welfare achieved from power pool and ancillary markets in yearly horizon. Wind turbines have been modeled by probability-generation tree scenarios based on statistical information. We concentrate on investment profits of WTs numbers and its generation capacity beside to PSHPPs and THUs power plants in power systems due to increase in high flexible tools for Independent system operator into the planning and operation planning time interval. For effectiveness evaluation of proposed model, simulation studies are applied on 14-Bus IEEE test power system.

风光抽蓄互补系统合理容量效益研究

新能源高渗透率电力系统呈现电量富余、电力不足特点的主要原因是风电、光伏基本不具备容量效益,利用抽蓄与风光组成互补系统是解决该问题的有效途径之一。提出一种风光抽蓄互补系统合理容量效益优化方法,优化模型将互补系统合理容量效益以及风电和光伏装机作为决策变量,兼顾互补系统新能源利用率、发电可靠性和国民经济可行性。实际算例仿真计算的结果表明,所提算法能够有效解决风光抽蓄互补系统的容量效益与装机优化问题。

基于启发式机组组合算法的水火风光储系统供需平衡方法

在构建新型电力系统背景下,新能源高占比的水火风光储系统成为电力规划工作的主要研究对象。在实际规划分析工作中,需对水火风光储系统在长时间尺度上的供需平衡情况进行高频次迭代计算以实现对敏感边界的定量分析,这对平衡分析方法计算效率提出更高要求。综合考虑各类电源工作特性和新能源出力概率特性,提出了基于运行规则的启发式机组组合算法,实现全年尺度逐日确定机组开机方式,进一步构建了适用于水火风光储系统的供需平衡分析模型。最后基于区域电网算例开展仿真验证,结果证明所提模型及方法可行有效,为长时间尺度水火风光储系统电力供需平衡分析提供了参考。

基于风蓄协调的节能调度方法

为解决节能调度中风能接入造成运行成本增加和可靠性降低的问题,提出了一种基于风蓄协调系统的节能调度方法。通过引入多个整型优化变量与协调周期不平衡量约束,反映抽水蓄能机组发电、抽水、空闲等不同运行状态以及风电机组的出力波动特性,并采用混合整数规划方法求解。算例分析表明,该模型能克服风能的间歇性和波动性缺点,提高系统运行可靠性与风能利用率,降低整体运行成本,能提供抽水蓄能机组适应节能调度需求的新型调度方案,具有显著的经济效益与实用价值。

风电和抽水蓄能联合送出时大型风电最优入网规模研究

风电与抽水蓄能电站联合运行有利于减少弃风电量,降低风电波动对电网运行产生的不利影响。从经济效益和运行效益两个角度出发,计及风蓄联合系统(wind power and pumped hydro storage,WP-PHS)接入电网的输电极限约束,构建了以风蓄联合系统经济效益和风蓄联合系统送出功率平稳为优化目标的大型风电和抽水蓄能电站协调的多目标优化模型。基于上述模型设计了风电入网最优规模计算方法,该方法通过对不同风电规模下各优化目标的比较来获得风电最优入网规模。应用上述方法对某大型风电基地和抽水蓄能电站进行仿真分析,结果表明,风电最优入网规模的确定有助于降低弃风电量,减少风电的盲目装机,提高风电运行的安全性和经济性。

风电-抽水蓄能联合系统综合效益评价方法

面对大规模风电并网运行时接入容量受限、弃风量大的情况,通常的做法是考虑利用储能系统来提高电网接纳风电能力,但如何评价其整体效益是必须解决好的问题。为此分析了抽水蓄能系统的投资成本、经济效益及其运行约束,揭示了风电-抽水蓄能联合系统综合效益和储能容量之间在地区电力系统最优化运行条件下的随动机理,建立了求取综合效益的数学模型,提出了综合效益的评价方法。该方法基于相互匹配的火电机组出力曲线、风功率曲线和电网负荷特性,结合火电机组装机情况,并利用系统频率与负荷或发电变化之间的关联关系,量化分析了抽水蓄能系统的容量、运行年限、成本、收益等因素的变化对综合效益和风电接纳容量的影响。实例分析表明文中所提评价方法是有效的。

风-水电联合优化运行分析

以风-水电联合运行后的风电场效益最大为目标,提出了将概率遍历搜索和局部弹性搜索相结合的混合遗传算法来进行风-水电联合优化运行的仿真分析。仿真结果表明风-水电联合供电不但提高了风电场的收益,同时也平滑了风电场的功率输出,这将有利于提高风电在电力系统中的份额。促进我国风电产业的发展。