Impact of Climate Variability on Reservoir Based Hydro-power Generation in Jebba Dam, Niger State, Nigeria

2021 This study examined impact of climate variability on reservoir-based hydro-power-generation in Jebba dam,Niger State of Nigeria.Data of rainfall,temperature,evaporation,reservoir inflow and outflow and power output for thirty-one years were obtained from Jebba Hydropower Station[JHP].The Man-Kendall and Pearson’s Product Moment Correlation Coefficient(PPMCC)were used to establish the influence of weather parameters on the reservoir inflow and outflow.Findings showed increased electricity generation during dry season than wet season.The highest annual mean amount of the electricity generated was in 2016 having mean of 689.12 mwh,dry season(352.26 mwh)and wet season(336.86 mwh).Reservoir inflow showed a negative trend with severe fluctuations in 1998(1436.42 M3/Sec),1999(1581.08 M3/Sec)and 2010(1641.08 M3/Sec)with a steady increase in 2016(1556.0042 M3/Sec),2017(1556.4242 M3/Sec)and 2018(1635.7542 M3/Sec).The reservoir outflow pattern showed tremendous and negative trend in fluctuation with increase in 1998(1421.75 M3/Sec)1999(1581.58 M3/Sec)and 2010(1641.16 M3/Sec)and a steady increase in 2016(1535.00 M3/Sec),20171558.83 M3/Sec and 2018(1632.00 M3/Sec).Thus,rainfall and reservoir inflow had strong relationships with the amount of power generated than temperature and evaporation.Therefore,the government should increase the water carrying capacity of the reservoir construction by storing water to be used during dry periods.

基于二层规划的省际非水可再生能源电力配额分配模型

立足中国当前的行业管理体制,充分考虑中央政府和地方政府利益诉求的异质性,构建了基于二层多目标非线性规划的省际非水可再生能源电力配额分配模型,基于中国30个省区的相关数据资料,得到了一个兼顾成本、环境与公平的最优分配方案。结果显示,由于各省区能源替代成本和减排成本的不同,各省区在执行中央政府分配的指标任务时的实施意愿存在较为明显的差异。比较分析结果表明:与政府分配方案相比,二层优化方案节省了42.22亿元的补贴成本,降低了2595.12亿元的能源替代成本,并减少了791.39亿元的减排成本。同时,求解得到的二层优化方案的基尼系数小于0.2,属于绝对公平的范畴。该模型可以真实反映中国可再生能源电力配额分配博弈过程的复杂动态,为政府制定非水可再生能源电力配额方案提供更为有效的决策工具和参考。

考虑可再生能源配额的风水火多能源电力系统年度调度模型

通过分析配额制的实施对购电策略的影响,建立考虑可再生能源配额的风水火多能源电力系统的年度调度模型。为减小计算负担,将月度的负荷与风电用数个典型场景及其占比来表示。提出能够自动选择最佳聚类数的改进k-means算法,并应用于典型场景生成过程中。将同一天的负荷与风电的历史数据曲线拼接为一条功率曲线,并基于改进k-means算法进行聚类,得到考虑负荷与风电时序相关性的典型场景。仿真结果表明:(1)所提典型场景生成方法对年度电量刻画的精度平均提高了12.7%,由其所生成典型场景的平均符合率提高了20.25%,所提方法具有更好的年度电量刻画效果和更高的平均场景符合率;(2)当绿色证书的价格高于风电与火电价格差值时,实施配额制后能够提高风电的消纳量,这对绿色证书价格的确定具有重要参考价值。

基于集控中心的沙溪流域梯级水电站水调自动化系统建设研究

闽江主流沙溪流域集控中心建成后,必须构建基于集控中心的流域水调自动化系统,以集合全流域水情信息,从而加快流域梯级水电站水库调度的决策与响应速度,提高沙溪流域水电集群的综合效益。基于集控中心的沙溪流域梯级电站水调自动化系统建设包括架构“集控中心”、水调自动化系统建设模式、业务节点互联、水情测报系统站点布设、通信组网设计、洪水预报对象规划等,该方案可对水调系统全要素和水调全过程进行数字化映射、智慧化模拟,实现与水电站、设备、气象的同步仿真运行、虚实交互、迭代优化,支撑精准化决策,助力流域梯级水电站绿色高质量发展。

考虑避振条件的水风光互补发电系统运行经济性评估

为更加全面、准确评估水电机组在风光水互补发电系统中的经济性表现,本文将水电机组寿命损耗成本纳入机组运行成本,建立以机组运行成本最小、发电量最大、功率负荷偏差最小为目标的风光水互补发电系统经济性评估模型,充分考虑水电机组运行策略的区别,对比机组避振与不避振运行时的系统经济性特征与机组运行特点。基于NSGA-Ⅱ智能优化算法对模型求解,以国内某清洁能源基地为例分析了风光典型出力场景下系统运行经济性。研究结果表明,相比水电机组不避振运行,采用避振运行方式的水风光互补系统虽然发电量和功率与负荷偏差均值分别降低了0.09%(0.02 GWh)和2.10%(1.89 MW),但运行成本均值下降了0.24%(1.71万元)。综合来看,在发电量未有明显提升的情况下,虽然功率与负荷偏差方面不避振运行方式表现较为优越,但由于机组疲劳损耗导致的运行成本显著增加、机组安全问题突出,其综合经济性表现不如避振运行方式。该研究对于优化水风光互补系统中水电机组的运行方式,提高互补发电系统整体经济效益有一定指导意义。

金沙江下游水风光外送消纳分析

金沙江下游拥有丰富的水风光资源,依托现有梯级水电站跨省区直流外送通道,实现水风光打捆外送协同消纳。通过分析受端电网负荷特性,提出最大和最小消纳空间的计算方法,并以2021年资料为例,分析各个受端省市对金沙江下游新能源的消纳能力。广东的消纳空间最大,上海最小;根据不同省市的内负荷特性和外送电站发电特征,对新能源消纳空间较大的月份各不相同。总体上江苏、浙江、广东在枯期的消纳能力大于汛期,广西在汛期的消纳能力略大于枯期。研究成果可供金沙江下游清洁能源跨省区消纳参考。

考虑风电出力和电价不确定性的水风联合现货市场竞价策略

以风电为代表的新能源参与现货市场已是大势所趋,但出力不确定性导致其市场竞争力较弱,而电价的不确定性又进一步增大了其承担的收益风险。联合具有灵活调节能力的水电是有效的解决途径,而制定符合决策者风险意愿的竞价策略则是其中亟须解决的关键问题。为此,从价格接受者角度提出了水电联合风电参与现货市场的竞价模型。模型中采用笛卡尔积组合后的典型场景集描述风电出力、市场电价等多种不确定性,采用条件风险价值衡量不确定性导致的市场风险,并以风险因子作为决策者风险偏好纳入决策过程。通过引入0/1整数变量,将模型中的非线性函数转换为混合整数线性规划模型予以求解。以中国西南某省梯级水电站和风电场为背景,验证了模型的有效性,并进一步分析了风险偏好对竞价决策的影响。

考虑外送输电容量限制的梯级水光互补日前鲁棒调峰调度方法

水光联合外送可促进新能源消纳,但光伏出力预测的不确定性会影响水光互补优化调度的经济性和安全性。提出一种考虑外送输电容量限制的梯级水光互补联合发电系统日前鲁棒调度方法。考虑光伏出力不确定性,构建水光互补联合发电系统的日前调峰鲁棒优化调度模型,该模型以最小化受端电网剩余负荷峰谷差为目标,计及梯级水电的上、下游水力耦合约束。采用高效线性化方法对梯级水电运行的非线性模型进行处理,并利用对偶方法实现鲁棒模型的确定性转化。算例仿真结果表明,利用所提方法制定的梯级水电发电计划能充分考虑光伏出力的不确定性,兼顾联合发电系统调峰效果和光伏消纳,实现梯级水电和光伏的互补运行。

考虑气水打捆外送的气水协调双层优化模型

针对水电“丰多枯少”资源特性给电力系统调峰、输电通道利用率造成的挑战,提出一种考虑气水打捆外送的气水协调双层优化方法。首先,分析川渝地区气水融合发展策略,提出气水打捆外送模式;其次,建立考虑气水打捆外送的气水协调发电双层优化模型。上层模型以考虑气电投资成本的系统年总利润最大化为目标,实现气水协调的容量优化配置,下层模型以年运营收益最大化为目标,实现气水协调优化运行;然后,采用混沌粒子群算法结合CPLEX求解器对模型进行求解,利用Shapley值法实现气水打捆外送的利润分配;最后,以某区域电力系统为例进行算例分析,结果表明所提模型可优化配置气电装机容量,实现气水协调优化运行,缓解水电季节性矛盾造成的调峰困境,提升外送通道利用率。

基于EnKF的水光互补系统适应性调度规则敏感性分析

水光互补是解决电力能源供应问题、构建低碳能源体系、实现“双碳”目标的重要举措。采用集合卡尔曼滤波对线性调度函数的参数进行动态更新,构建了水光互补中长期适应性调度规则,并以龙羊峡水光互补电站为研究对象,在同化过程中引入预测误差、观测误差及集合规模3个不确定性参数,分析了不确定性参数取值对模型时变参数和运行结果的影响,并对参数的敏感性进行了定性分析。结果表明,预测误差、观测误差及集合规模对模型时变参数和运行结果没有显著影响,三者均不是敏感性参数。研究结果可为集合卡尔曼滤波参数不确定性分析及多能互补系统适应性调度研究提供参考。

液压机械无级变速器全工况效率模型及功率损失分析

针对目前液压机械无级变速器(hydro-mechanical continuously variable transmission,HMT)效率模型研究中存在的效率组成不全面、局限于单一工况以及缺少功率损失分析等问题,该研究建立了考虑传动元件及附件功率损失的HMT全工况效率模型。首先建立HMT变量泵-定量马达的通用效率模型,根据效率试验数据辨识相关参数;然后建立HMT其他传动机构及附件的效率模型,将各部分效率模型组合得到完整的HMT效率模型。基于自主研发的HMT进行计算,得到全工况效率图和各组成机构的损失功率。搭建试验台,对HMT进行效率试验以验证模型的准确性,HM1段和HM2段在全工况下的效率平均绝对误差分别为0.027 3和0.026 1,相较于对比方法准确性提高了64.59%和55.46%。结合效率图和功率损失情况分析HMT效率特性和影响因素,结果表明:1)本文HMT效率主要受负载和液压单元排量比e影响,输入转速影响不显著;2)低负载下本文HMT效率主要影响因素为负载,高负载下为排量比;3)泵马达功率损失对HMT效率影响最大,e <0时液压损失功率大,HMT效率低;e=0时液压损失功率为0,HMT效率达到最高;4)齿轮和离合器的功率损失对HMT效率的影响不容忽略,考虑其他附件功率损失有利于提高模型计算精度。提高HMT效率的措施:1)尽量避免HMT长时间在功率循环工况下工作,在优先满足负载需求和保证发动机经济性前提下,推荐在纯机械点及其附近工作点作业;2)避免长时间低负载作业,应保持在高负载工况作业;3)选用高效率液压单元或通过改进参数提高液压单元传动效率;4)满足齿轮和离合器性能要求前提下改进参数,降低功率损失。

水电机组轴系-调速耦合系统动态特性分析

水电机组轴系-调速耦合系统动态特性尚未揭示,制约机组调节优化控制。为此,建立了水电机组不同运行模式轴系-调速耦合系统非线性数学模型,研究分析了耦合系统的非线性动态响应特性。首先,采用Hopf分岔理论分析调速系统稳定域和分岔特性。进一步,仿真分析机组不同运行模式轴系-调速耦合系统的时频动态响应特性。结果表明:机组孤网和并网运行调速系统均存在超临界Hopf分岔,机组并网模式调速器参数稳定域较孤网模式增大。机组并网模式调速系统机组、电网频率动态响应存在多频特性,轴系振动会引发调压室水位动态响应超超低频振荡。并网与孤网模式相比并网模式系统动态响应超调量增大,调节时间缩短。机组孤网和并网运行轴系振动均为多频拟周期振动,但孤网模式轴系振动特性更复杂。

水光储互补特微型发电系统设计与评估

针对美丽乡村建设不断增长的绿色发展需求,提出了一种采用虹吸式水轮机和光伏板作为发电装置,配合蓄电池储能的水光储互补特微型发电照明系统方案。虹吸式水轮机使用稳态数值模拟计算出力及效率,结合水位数据计算发电量,光伏板使用面积法结合太阳辐射数据估算月发电量,并计算了提供给夜间照明和电网的电量。分析了系统的建设成本、经济效益和减排效益,结果表明本系统拥有切实可行的推广前景和减排效益。

大规模水能富集电网短期多目标嵌套多能互补运行方式研究

在“双碳”的背景下,亟需深入研究如何促进多能互补系统内不同能源之间的协同作用,促进能源深度融合。针对这一问题,在考虑水能富集地区大规模电网不同断面输送电任务的情况下,提出一种区分内外层,逐层递进优化并尽可能消纳风光清洁能源,且兼顾全网源荷匹配程度的多目标嵌套多能互补模型,两层均采用混合整数线性规划算法(MILP)进行求解。内层立足于断面角度,以通道利用率最大化为目标,将水风光打捆进行互补优化,使其出力最大化,尽可能占满通道。外层立足于全网角度,以源荷匹配最大化为目标,采用全网水风光电源联合调节后的剩余负荷波动最小来表达源荷匹配目标,使剩余负荷平稳。本文以西南某水能富集地区大规模电网为研究对象,包含304座水电站,12个断面,选取夏秋丰水期和冬春枯水期风光峰谷差最大日、风光平均发电日共4个典型日进行模拟计算,得到电网丰水期平均通道利用率约为80%,枯水期平均通道利用率约为40%,丰枯期内全网剩余负荷波动率均小于5%。得出以下结论:在夏秋丰水期,水风光系统可为电网提供更多电能,在冬春枯水期,水风光系统出力过程更为稳定。在风光出力平稳时期可为电网提供更多电能,同时使得电网运行更为稳定。本次研究成果对大规模水能富集地区电网多能互补优化调度运行提供参考。

基于混合柔直的水风光一体化新型电力系统简化建模方法

依托国内新建含混合柔性直流外送的水风光多能互补一体化新型区域电力系统工程实际,针对该系统三个核心组成场站,即水电机组侧、风光汇集系统侧和混合柔性直流的区域化模型分别进行简化建模,而后通过实验对比验证响应模型和本文提出的等效模型。结果表明,本文提出的新能源区域电力系统等效模型可以在发生故障时对系统动态过程在机电仿真尺度进行高精度等效。由于其具有易拓展性和广泛适用性,可作为研究极大规模高比例新能源电力系统的实验范式。

拉萨河流域梯级电站水光互补调度对水文情势的影响分析

梯级电站水光互补调度能提高光伏消纳能力和系统总发电量,但也要求调整梯级电站的调度规则,进而会加剧梯级电站下游的水文情势改变。为定量评价水光互补调度对水文情势的影响,以系统总发电量和总保证出力最大为目标,构建了拉萨河流域梯级电站水光互补优化调度模型,提出了基于水光互补的梯级电站优化调度方案,分析评价了不同优化调度方案的水文情势改变度。结果表明:梯级电站的水光互补优化调度能有效提升电力系统的总发电量和总保证出力;水光互补后拉萨河水文情势的综合改变度略大于水光互补之前,处于轻度至中度改变的临界值附近。研究成果可为拉萨河的水光互补调度及流域综合管理提供科学方法和依据。

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。

抽水蓄能电站连续满发小时数和装机容量的设计选择

抽水蓄能电站设计中关于连续满发小时数的选择,业内长期存在争议。为实现连续满发小时数和装机容量的最优配置,对某虚拟抽水蓄能电站连续满发小时数设计了3种方案,通过对各个方案在不同电网中的模拟运行数据分析,研究了连续满发小时数与电网发电负荷特征的匹配关系,提出了定量确定连续满发小时数的基本原则。

基于源荷匹配的水光混蓄电站运行策略

在“双碳”目标远景下,加快发展清洁能源构建绿色低碳的新型电力系统刻不容缓,然而以太阳能为代表的清洁能源受天然因素影响,具有较强波动性与随机性,难以大量并网消纳。因此,在考虑传统水电建设周期长、调节性能受到天然来水影响较大的原因,在传统水电机组基础上加入可逆式机组构成混合式抽水蓄能电站增加水电调节能力,可与光伏电站联合运行,平抑光伏发电波动性,促进新能源消纳。为探究在大量光伏并网下,含有混合式抽水蓄能电站的水光蓄互补发电系统的运行方式,构建源荷匹配度最佳为目标函数的日内优化运行模型,运用中长期-短期多时间尺度嵌套的求解策略,使用中长期时间尺度计算结果作为短期时间尺度计算边界条件,并采用逐步优化算法以及粒子群算法求解不同来水以及不同光伏出力情景下系统运行方式。计算结果表明在不同来水以及不同光伏出力下,混合式抽水蓄能电站可采取不同运行工况,与传统水电形成“凹”字型出力与光伏出力形成互补,不仅可以促进光伏并网消纳,还能与电网负荷需求高度匹配,此外,不同典型日下,混合式抽水蓄能电站上下水库的日内水位变幅均呈现出上水库“先泄后蓄”、下水库“先蓄后泄”的趋势。研究结果为大规模光伏并网下混合式抽水蓄能电站运行方式提供参考。

四川省流域水风光协同优化配置研究

四川省金沙江、雅砻江、大渡河三江流域具有丰富的水风光资源,研究四川省三江流域水风光协同优化配置有利于优化流域“水风光一体化”基地配置,加速推进四川省新型电力系统建设。本研究综合考虑水电调节能力、输电通道约束、负荷需求特性、梯级上下游水力电力匹配关系、水库综合用水需求等影响因素,在总弃电率小于5%条件下进行金沙江、雅砻江、大渡河流域水风光容量优化配置,并在模型配置结果下验证了三江流域水风光协同调节效果。研究结果表明,经过水风光电源联合调节后,系统剩余负荷波动大幅降低,其中枯水期剩余负荷标准差降低了80.64%,证实了所提配置方法的合理性。