新能源消纳关键因素分析及解决措施研究

近年来,我国新能源快速发展,取得了举世瞩目的发展成绩,同时也出现了较为严重的弃风、弃光问题。该文在总结我国新能源消纳现状的基础上,剖析了产生新能源消纳问题的机理,进而指出影响我国新能源弃风、弃光问题的关键因素。从灵活调节电源建设、火电机组改造、电网互联互通以及需求侧响应等多方面,系统性地提出了解决我国新能源消纳问题的措施,并通过生产模拟进行了场景验证。

基于电锅炉的热电厂消纳风电方案及其国民经济评价

针对当前中国"三北"电网在冬季供暖期面临大量弃风的问题,提出了热电厂通过配置电锅炉来解耦其"以热定电"约束,进而降低强迫出力消纳弃风电力的方案。文中介绍了方案的基本运行原理,讨论了方案实施的机制条件,建立了评价方案节煤效益和国民经济性的数学模型,分析了其影响因素。理论和算例分析均表明,在当前国内"三北"地区各弃风严重的电网中,实施该方案具有明显的节煤效果和国民经济可行性。

储热提升风电消纳能力的实施方式及效果分析

在电–热联合系统中,应用大容量储热可提高电力系统运行控制的灵活性,从而提升系统消纳风电的能力。根据电力系统和热力系统的耦合关系,储热的应用位置包括热电联产机组处和电供热系统处。通过对储热环节的控制,打破以热定电的电–热刚性耦合关系,提高系统调节能力。构建了包含储热的热电联产机组、电供热系统的调度模型,将储热纳入包含风电的电力系统有功调度体系。基于我国某省级电网的实际数据,仿真分析了储热提升风电消纳能力的效果,比较了不同应用位置储热在运行模式上的差异。

考虑调峰和电网输送约束的省级系统风电消纳能力分析

随着风电并网容量的增加,调峰和电网输送能力已成为电力系统消纳风电的瓶颈。为直观表达省级系统消纳风电的能力,指导风电发展规划以及未来调度运行工作,结合中国电力系统运行特性,研究了综合考虑调峰约束和电网输送能力约束的风电电量消纳预测方法,并根据中国北方风电富集省份现有的电网条件、电源结构、实际运行方式等信息,对多种场景下两相邻省份水平年风电电量消纳情况进行了详细预测分析,最后根据电力系统实际运行情况,提出了提高风电消纳能力的措施和建议。

基于调峰能力分析的电网弃风情况评估方法

随着风电弃风现象的日益增多,如何有效评估未来电网的弃风情况已成为宏观决策部门和风电企业都非常关心的问题。为此,提出了一种新的评估方法。其原理是:针对某个评估水平年,先以各月典型日负荷曲线为基础模拟出月内各日的负荷曲线,进而通过电源调峰能力分析得到各日各时段的电网接纳风电空间;之后,以历史风电标幺值曲线乘以规划风电装机容量作为可能的风电出力曲线;然后,通过二者的比较得到各日的风电弃风功率时序曲线。利用该曲线可统计得到年弃风比例、年利用小时数、年弃风功率持续曲线、年弃风电量月分布、年弃风电量峰谷分布等各类数据,从而全面反映水平年风电弃风情况。利用该方法,算例中对2015年东北电网的风电弃风情况进行了评估。

三种弃风消纳方案的节煤效果与国民经济性比较

蓄热、风电供热和抽水蓄能是当前三种可行的弃风消纳方案。为比较三种方案的优劣,建立了评价节煤效果和国民经济性的相关模型,并进行了理论与算例分析。结果表明,在当前东北—华北—西北(简称"三北")地区严重弃风的情况下,三种方案均具有很好的节煤效果和国民经济性;但蓄热方案提供单位容量风电接纳空间的投资最少,且节煤效率(消纳单位弃风电量时的节煤量)最高,因而具有更好的国民经济性指标及承受未来弃风不确定性风险的能力。

电力市场背景下蓄热式电采暖消纳弃风的经济性分析

针对冬季供热期我国北方地区因电网风电接纳能力不足导致的严重弃风问题,研究了电力市场背景下采用蓄热式电采暖提高电网风电消纳规模的经济性评估问题,考虑弃风电量、弃风电价等因素影响,建立了弃风蓄热式电采暖系统的经济性评估模型,分析了影响蓄热式电采暖系统经济性的关键因素。结合某清洁供暖示范工程进行算例分析,分析了协定弃风电价对系统经济性的影响,对所提出的经济性评估模型的有效性进行验证,为蓄热式电采暖可行性分析奠定了理论基础。

提高大规模风电接纳及送出的系统保护研究

为了提高酒泉风电的接纳和送出,从系统视角提出一种大规模风电接入电网线路的继电保护与控制一体化新方法。利用基于统计分析的潮流波动判据和基于本地信息量的潮流转移识别,从风电潮流波动中甄别出某重负荷线路发生了故障、判别出该线路因故障被继电保护动作切除、进而还识别出原先由故障线路承担的负荷潮流转移到了非故障线路上,并导致非故障线路过负荷。结合自适应过负荷保护,在线路安全的前提下尽可能挖掘其潜在载流能力。同时融合紧急控制功能,按实际需要切除风电,消除非故障线路的过负荷而不是切除该线路,解决连锁解网问题。在理论和仿真研究的基础上,研制并现场安装保护装置并检验所提系统保护方案的正确性。

基于改进萤火虫算法的含风电系统环境经济调度

人们对环境保护意识的提高以及风电渗透率的不断攀升,使得电力部门对含风电系统的调度提出更高要求。为了在降低碳排放量及促进风电消纳的同时将发电成本控制在最低,该文建立考虑环境与经济指标的含风电系统环境经济调度模型,模型中的目标函数考虑火力发电成本、旋转备用成本、碳排放权交易成本、风力发电成本及弃风惩罚成本。针对传统萤火虫算法寻优过程中易出现的振荡问题,该文提出一种变步长萤火虫算法对模型进行求解。结合修改后的IEEE 39节点算例进行仿真分析,仿真结果验证了所提模型的可行性以及变步长萤火虫算法求解此类问题的有效性。

储能技术在送端电网中促进新能源消纳的容量需求分析

我国新能源富集的"三北地区"弃风弃光现象严重,同时储能技术发展已逐步接近规模化应用水平。该文在分析影响新能源消纳问题的电网结构特性、储能技术应用发展方向与技术水平的基础上,基于电网可最大释放的新能源发电空间约束建立了以缩减弃风率与弃光率为目标的储能系统功率与容量配置的数学模型,结合储能投资成本与提升新能源消纳收益构成的投资收益比评估约束指标,提出了满足新能源消纳性能/投资成本比较优的储能容量需求计算方法,探索了储能提升新能源消纳能力的技术与经济可行性分析思路。以消纳风电和光伏为主的两省级电网为例,讨论了储能在送端电网中促进风电和光伏消纳应用中的作用及经济适用性,验证了该新能源消纳方案的可行性。

多时空尺度风电消纳体系初探

近年来中国风电产业迅速发展,但由于风电所具有的不确定性、随机性与波动性,其并网消纳问题成为了制约风电可持续发展的瓶颈。以国家即将出台的可再生能源配额制政策为指导,提出了一套多时空尺度风电消纳体系,在空间层面考虑了省级、区域级、国家级等不同等级的电网消纳主体,在时间层面考虑了中长期、短期、实时等不同尺度的消纳需求。该体系整合了各层面风电消纳技术、评估评价方法、市场机制与配套政策,使针对风电消纳所研发的技术与政策能够发挥出最佳效用,实现风电消纳过程的良性运作,最终实现风能资源的高效利用。

考虑热电联产调峰主动性的电热协调调度

挖掘热电联产机组的调峰能力可以有效改善中国'三北'地区的弃风问题。调峰补偿机制是激励热电联产主动参与,电网调峰的有效手段。在考虑调峰补偿的前提下,对热电联产机组参与电网调峰进行研究。首先,计及热力系统复杂供热约束的影响,建立热电联产机组的可用调峰容量和调峰成本评价模型,可以反映热电联产调峰中的供热依赖特性和时序耦合特性。然后,基于热电联产调峰成本及调峰补偿机制,提出考虑机组调峰主动性的电热协调调度方法,相较于传统的垂直一体化电热协调调度,所提出的方法可以反映热电联产在经济手段激励下主动参与电网有偿调峰的意愿。最后,通过算例分析研究了热电联产机组的可用调峰容量和调峰成本的影响因素,并验证了所提出的调度方法在调峰补偿机制下的有效性。

计及氢气天然气混合运输的氢耦合综合能源系统优化调度

针对风光等可再生能源出力不确定性大、无法消纳而导致弃风弃光等问题,以及电力负荷波动对上游电网产生的不利影响,提出一种计及氢气天然气混合运输的氢耦合综合能源系统优化调度模型。首先建立综合能源系统中各部分机组出力模型,然后构建以氢气为媒介的氢储能系统,并完善了综合能源系统中电-氢-气间耦合,以提高系统运行经济性和增大可再生能源消纳为目标进行整体框架搭建,最终实现平抑负荷波动,达到电力供应需求削峰填谷的要求。根据不同场景和方案下的算例分析,验证了所提优化调度模型的能源利用效率高、消纳可再生能源能力强以及总体运行费用低的优点。

计及价格型需求响应及CSP电站参与的风电消纳日前调度

我国西北地区风、光资源丰富,风电装机容量增长迅速。受电网调节能力弱、电力市场价格机制单一等技术与政策因素的综合影响,弃风现象严重,如何提高风电消纳水平是西北风光大省普遍面对的难题。在考虑综合成本的前提下,兼顾风电预测和价格型需求响应二者的不确定性以及系统安全约束,构建了基于光热电站和价格型需求响应参与风电消纳的调度模型。该模型将光热电站和价格型需求响应二者与风电优化调度相结合,通过源荷两侧的协调调度共同提高系统消纳风电的能力。仿真算例首先利用场景削减法将风电场全年出力水平削减为3个典型场景,并与传统调度方法对比说明文中模型的普适性;然后,对不同调度模型进行对比分析,验证文中所提模型的有效性。

计及碳交易的光热电站与风电系统低碳经济调度策略

为保证系统在低碳环保的前提下兼顾风电消纳与经济运行,提出一种考虑碳交易机制的光热电站与风电系统低碳经济调度策略。从低碳技术与低碳政策2个角度出发,将低碳手段与市场机制相结合,搭建考虑碳交易的光热电站与风电系统运行框架,并分析其运行机理;以火电出力承担基荷,建立以综合成本最低为目标的低碳经济调度模型,统筹系统低碳性与经济性;采用西北电网实测数据并在改进的IEEE 30节点系统中进行仿真验证,仿真结果验证了所提策略可有效降低碳排量,提高风电消纳率并降低系统的综合成本。

含P2G弃风启停的电—气互联综合能源系统优化运行

电—气互联综合能源系统得益于天然气的高比例应用与电转气(P2G)的吸碳能力、能量转移特性,成为新兴的消纳弃风、低碳排放平台。在此背景下,提出一种含P2G弃风启停的电—气互联综合能源系统消纳弃风、低碳运行模型,以机组运行成本最小、弃风量最小、碳排放量最小为目标,同时引入电转气弃风启停与碳交易市场,使系统兼顾碳排放目标与消纳弃风目标的同时更具实际效益。利用MATLAB中的YALMIP工具箱调用CPLEX求解器进行求解,分别在3个不同场景下进行仿真计算,仿真结果验证该模型具有良好的消纳弃风能力,可以大量减少碳排放。最后,比较P2G有启停与无启停下的碳排放量与经济效益,得出P2G在碳交易价格较高时应设置弃风启停,以避免P2G在日间无弃风时运行使碳排放增加。

考虑最小失弃风量的塔筒电梯供电优化调度

针对目前风电场存在弃风严重与风电机组维护量巨大的问题,该文提出在"弃风量+储能补偿电量=塔筒电梯消耗电量"的供电模式下,构建基于最小失弃风量的塔筒电梯供电优化调度经济模型。首先分析塔筒电梯供电模式,建立塔筒电梯日耗电量模型;其次构建包含储能成本、风电场内部购电成本、储能补偿火电排污和环境治理成本等相关指标的目标函数,提出采用改进粒子群算法,高效解决塔筒电梯供电优化调度问题;最后以新疆达坂城某风电场对该优化调度模型验证,通过算例验证该模型对塔筒电梯供电优化调度的可行性与有效性。

我国风电的消纳问题及发电侧定价机制研究

针对当前我国"弃风限电"形势加剧和风电发电侧上网电价的形成机制急需改进等问题,通过分析我国风电发展的实际情况,探讨我国风电定价机制的优势与不足,并选取弃风率、风电新增并网容量、地区生产总值和电力消费量这四个指标,采用回归分析方法对我国13个重点"弃风"省份有关弃风率的影响因素进行分析,得到提高电力消费量可以降低弃风率以促进风电消纳的结果,最后提出要完善风电发电侧上网电价的核算方法,逐步引入可再生能源配额制和提高风电在电力消费量中的占比来改善我国风电发展现状的合理建议。

可再生能源消纳影响因素的贡献度分析方法

近年来,我国可再生能源发展迅速,风电、光伏发电装机容量已稳居全球第一,但与此同时也出现了较为严重的弃风、弃光现象,分析影响可再生能源消纳的因素及其影响程度具有重要意义。该文首先提出可再生能源消纳影响因素贡献度的概念,分析各个因素之间的相互作用;随后基于时序运行模拟计算出不同约束条件下的可再生能源弃电量,建立可再生能源消纳影响因素贡献度的评估方法;最后采用文中所提出的评估方法对IEEE RTS-79系统以及2020年甘肃–青海电网可再生能源的消纳情况进行分析。所提出的评估方法在电力系统的运行与规划、电力市场等领域有着广泛的应用前景。

采用二级热网电锅炉调峰的消纳弃风机理及经济性分析

针对中国西北、华北、东北(简称"三北")地区冬季供暖期弃风现象日益严重的问题,在研究电负荷特性、热负荷特性与风电场出力特性相关性基础上,结合电网调峰、热网调峰特点,提出二级热网配置电锅炉进行日调峰的消纳弃风方案。分析了方案的消纳弃风机理,研究了调峰电锅炉的启停控制策略,构建了基于二级热网电锅炉调峰的电热联合系统优化调度模型,并分析了方案的经济性。研究表明,该方案能在降低热电机组热负荷峰值、"以热定电"必发电功率的同时增加电网负荷谷值,从而为风电上网留出更大空间,提升风电消纳率,且能为整个电热联合系统带来经济收益。