基于储能协调蓄热式电锅炉消纳风电供暖系统的经济性评估

针对蓄热式电锅炉消纳风电过程中无法匹配快速波动的风电功率等问题,本文提出了基于储能协调蓄热式电锅炉消纳风电供暖系统的方案,并对该方案的经济性进行了评估。从"风电-电网-电锅炉-储能"联合运行系统的成本与收益出发,以蓄热供暖日收益最大为目标函数,在充分考虑分时电价、风电上网电价、弃风电量以及蓄热式电锅炉功率调节次数等约束条件的基础上,建立了"源-网-荷-储"联合运行系统风电消纳经济性评估模型,利用粒子群算法对模型求解。采用某电锅炉消纳风电示范工程实际运行数据进行测试,验证了该模型的有效性。测试结果表明,储能系统的加入可以有效减少电锅炉功率调节次数,可为储能协调蓄热式电锅炉蓄热供暖消纳风电提供理论依据。     

基于蓄热电锅炉的风电消纳效益研究

针对"三北"地区电网冬季供暖期面临着大量弃风问题,提出了蓄热电锅炉的风电消纳模式,介绍蓄热电锅炉的风电消纳原理,进行了环境、经济效益分析,结果表明,采用蓄热电锅炉进行风电消纳,既能解决弃风问题,又能解决煤炭供热污染物的排放问题,使用风电替代传统煤炭供热,每年可节煤5 799.22t,减少CO210 195.78t、SO25.70t、NOx41.95t和烟尘1.92t排放量,在补贴风电场利用时间的前提下,项目资本金净利润率可达24.62%,环境、经济效益显著。     

风电、蓄热式电锅炉联合供暖调度鲁棒优化模型

为缓解风电不确定对系统消纳风电的影响,提高风电利用效率,引入鲁棒随机优化理论,以风电、蓄热式电锅炉组成供热系统,建立了考虑风电不确定性的风电供暖调度优化模型。首先,分别构建了风电出力功率模型和蓄热式电锅炉负荷需求模型;然后,应用鲁棒随机优化理论刻画风电出力不确定性,并分别构建了风电出力确定性和随机性条件下风电、蓄热式电锅炉供暖调度优化模型。最后,以我国北方某城市风电供暖项目进行实例分析,结果表明：鲁棒随机优化理论能够有效刻画风电出力不确定性,为不同风险态度决策者提供了决策工具;风电、蓄热式电锅炉组成的供热系统能够实现供暖负荷灵活参与电力系统调度,有助于增加系统风电消纳能力,降低弃风电量,具有显著的经济和环境效益。     

基于大规模储能融合蓄热式电锅炉的风电消纳多目标优化控制

我国"三北"地区存在源荷供需矛盾凸出、电网灵活性差的问题。风电场弃风现象严重问题的一个重要原因是热电机组在冬季以"以热定电"的方式运行,导致其调峰能力下降。利用蓄热式电锅炉供热,将电能转化为热能,能够提高风电就地消纳的能力。但采用电极加热的蓄热式电锅炉,其功率调节受电极机械部件限制,频繁调节将严重影响蓄热式电锅炉的使用寿命。将具有快速、灵活功率调节能力的电化学储能引入蓄热式电锅炉消纳风电的系统中,以风电消纳最大和蓄热式电锅炉电极调节次数最小为目标,提出了一种基于储能融合蓄热式电锅炉的风电消纳多目标优化控制方法。仿真结果表明:所提方法能够兼顾蓄热式电锅炉系统的弃风消纳与锅炉电极的调节次数,有效地解决了蓄热式电锅炉功率调节能力与风功率变化不匹配的问题。     

面向提高风电接纳能力的多区域热–电联合调度模型

为解决"三北"地区供热期间"风热冲突"问题,提高风电就地消纳能力,提出在风电消纳困难的电网末端加装蓄热电锅炉,利用弃风电量进行供热以增加风电并网空间,并考虑区域间的电功率交换及多种机组约束,多区域综合调度,以系统发电成本最低为目标函数,构建多区域热–电模型,给出蓄热电锅炉的运行方式。基于我国北方某省级电网数据,验证电供热系统提高风电并网能力的有效性;分别仿真分析配置普通电锅炉和蓄热电锅炉的效果,说明蓄热装置对于电供热系统及风电并网的重要性;同时比较不同调度起止时间下风电并网及蓄热电锅炉运行状态的差异,结果显示在风电大发时刻即启动蓄热电锅炉能提高装置利用率。     

考虑风电消纳的风电-电储能-蓄热式电锅炉联合系统能量优化

为解耦传统的"以热定电"约束,提高风电消纳能力,针对一种风电-电储能-蓄热式电锅炉的联合系统,充分地考虑了电储能装置对功率和能量的时间迁移能力以及电、热系统互补的物理特性。分别研究火电机组、热电联产机组、电储能系统和蓄热式电锅炉的数学模型,引入弃风成本参数,建立以实现最低运行成本为目标的综合调度方法。结合能量平衡约束、常规机组运行约束、电储能约束以及蓄热式电锅炉运行约束,通过粒子群算法实现能量调度最优解的求取。搭建了基于Matlab/Simulink的仿真实验模型,对系统在传统的热电联产、热电机组融合蓄热式电锅炉和风电-电储能-蓄热式电锅炉联合运行3种不同调度方式下对风电消纳效果进行对比,验证了能量优化方法的有效性。     

考虑弃风特性的风电供热项目节煤效果与最佳配置方案研究

根据风电供热项目的基本原理,建立了包含基本制热、蓄热制热和蓄热三个模块的通用数学模型,并构建了风电供热与弃风协调的灵活运行策略;在此基础上,建立了计算风电供热项目节煤效果、国民经济性的数学模型,提出了确定项目最佳配置方案的方法;并进一步基于实际风电数据,分析了风电弃风特性及其对风电供热项目的影响。算例比较了固定时段运行策略与协调运行策略消纳弃风的效果,对比了纯蓄热电锅炉供热方案和含热泵蓄热供热方案的优劣,分析了两种方案的经济性及其影响因素,给出了一些有意义的结论。上述研究可为风电供热项目的规划运行提供参考。     

基于改进粒子群的风电-火电-蓄热电锅炉联合优化调度

蓄热式电锅炉是增加风电-火电系统弃风消纳的重要手段,但是当前风电成本仍高于火电成本,风电消纳和降低蓄热式电锅炉用能成本存在矛盾,考虑多方效益,合理优化风电、火电机组及蓄热式电锅炉的出力,对于降低用能成本、提高风电消纳具有重要意义。文章建立了考虑多目标的含风电、火电机组和蓄热式电锅炉的优化调度数学模型,通过采用偏小型隶属函数将以风电、火电机组运行成本最低和弃风量最小的多目标函数转化为单目标函数,在满足各部分约束条件下求取隶属度最佳的风电、火电机组出力。进一步,提出一种改进的粒子群算法,对上述模型求解。该算法可以跳出局部最优解,具有较快的收敛速度和较高的计算精度。最后,基于某电网的实际数据进行仿真,仿真结果验证了所提方法的有效性。     

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。     

基于二级热网储热式电锅炉调峰的弃风消纳调度模型

针对"三北"地区冬季供暖期弃风严重问题,在二级热网配置调峰电锅炉日调峰方案的基础上,探讨应用储热式电锅炉来进一步消纳弃风。在计及热网延时与衰减特性基础上,分析了储热式电锅炉的消纳弃风机理,提出了储热式电锅炉的电热转换启动条件,构建了储热式电锅炉的数学模型以及基于二级热网储热式电锅炉日调峰的热电联合系统调度模型。对比分析了储热式电锅炉配置方式、储热容量、风电渗透率对弃风率的影响。算例分析表明,在二级热网中配置储热式电锅炉可进一步消纳弃风且效果更好。电锅炉的储热容量越大,弃风率越低。     

蓄热电锅炉供热技术及工程应用

蓄热电锅炉又称储能式电锅炉,其供热是利用峰谷电价政策,将低谷电能以热能的形式储存在储能设备中,在电力峰期释放对外供热。本文根据国内外蓄热电锅炉供热技术的发展和应用现状,归纳总结了水蓄热、固体蓄热和相变材料蓄热电锅炉供热的特点,并对水蓄热电锅炉供热技术展开了研究,提出了针对其供热系统的容量设计计算方法,并编制了一款专门计算软件。某项目实际工程应用表明,采用该蓄热电锅炉供热技术年净收益约为 1 200万元,年消纳风（光）电量约为17 964.06万kW·h,年供热量约为854 245 GJ,节煤减排效果明显,市场潜力巨大,值得推广应用。     

热网特性对弃风消纳效果的影响研究

储热可平移热负荷,通过削热峰填热谷解耦热电机组"以热定电"约束,提高风电消纳率,故而研究了热网储热、衰减、延时特性对弃风消纳效果的影响。分析了不考虑热网衰减、延时特性时管网储热的弃风消纳机理以及热网衰减、延时特性对管网储热弃风消纳效果的影响。建立了管网储热模型,构建了计及热网储热、衰减、延时特性的电热联合系统调度模型。实例仿真分析结果表明:管网储热配合电锅炉可进一步消纳弃风,且可替代储热式电锅炉的储热装置,节约装置成本;衰减特性引起了热网供热损耗和热源供热功率增加以及管网储热量减少,不利于消纳弃风;延时特性使热电机组供热功率与风电错峰,有利于消纳更多弃风,但不会影响管网储热量和管网储热的弃风消纳效果。     

计及含储热光热电站与电锅炉联合运行的供热期弃风消纳策略

为解决西北地区冬季供热期热电联产机组以热定电运行模式下系统风电消纳能力不足的问题,提出了计及含储热光热电站与电锅炉联合运行的供热期弃风消纳策略。该策略通过考虑电锅炉与光热电站联合运行,在利用光热电站的储热系统实现热能的存储与时移利用的同时,由光热电站与电锅炉、热电联产机组一同提供系统热负荷,以此提高热电联产机组的调峰能力,进而促进系统风电消纳。基于IEEE-30节点系统以及甘肃河西电网的算例仿真对所提策略进行来的验证,结果表明:所提弃风消纳策略能够在促进系统风电消纳的同时,提高光热电站对太阳能热的利用率,并降低系统总成本。研究结果可为西北地区冬季供热期热电联合调度提供参考。     

具有电转气功能的多能源系统消纳弃风效果分析

电转气(P2G)技术实现了电力与天然气之间能量的双向流动,为多能源系统协同消纳弃风提供了新途径。本文研究了P2G设备的技术原理,建立了P2G的数学模型,分析了其消纳弃风原理,并在提出其启停策略的基础上,建立了具有电转气功能的多能源系统协同优化调度模型。对比分析了燃气-蒸汽联合循环机组加P2G和常规热电机组加电锅炉2种组合方案的消纳弃风效果。研究表明:P2G和电锅炉都有利于风电消纳,但P2G的消纳弃风效果不如电锅炉,而燃气-蒸汽联合循环机组加P2G组合方案的消纳弃风效果更佳。     

基于Benders分解法的电热综合能源系统低碳经济调度

电、热系统协调运行能够提高电力系统的灵活性,缓解我国"三北"地区供暖期间的弃风问题。提出一种综合能源系统低碳经济调度模型,并建立极限消纳风电的储热放热速率与电锅炉电功率的综合协调模型。针对电、热系统信息的隐私性问题,采用Benders分解算法对模型进行求解。算例仿真分析5种情景下系统储热和电锅炉对风电消纳的促进作用,比较电锅炉加装在热网始端、中间及末端对热网热损失的影响,最后,通过对比不同储热放热速率与电锅炉电功率协调供热的系统弃风情况,验证所提极限消纳风电的储热与电锅炉综合协调模型的正确性。     

考虑源侧灵活性改造及可调节电热负荷的电热联合调度模型EI北大核心CSCD

在对电热联合系统源侧灵活性改造的基础上,协调运用电热柔性负荷以进一步增强系统风电消纳能力。建立了纯凝火电机组深度调峰运行成本、补贴及分摊模型,以蓄热罐蓄放热特性为基础建立了配置蓄热罐后的等效热电机组调节范围扩展模型,并以弃风开启的调峰电锅炉为可调节电负荷、其输出为可调节热负荷,构建了以总运行成本最小为目标、综合考虑热电机组调节范围扩展、火电机组深度调峰改造及负荷侧可控电锅炉3种弃风消纳方案的电热联合系统优化调度模型。算例分析表明,所提模型能够对3种方案的任意组合场景进行仿真,且能在利用源侧灵活性的同时挖掘负荷侧调节潜力,依次调度成本低、消纳效果好的可调度资源,实现弃风的低成本梯级消纳。     

考虑源侧灵活性改造及可调节电热负荷的电热联合调度模型

在对电热联合系统源侧灵活性改造的基础上,协调运用电热柔性负荷以进一步增强系统风电消纳能力。建立了纯凝火电机组深度调峰运行成本、补贴及分摊模型,以蓄热罐蓄放热特性为基础建立了配置蓄热罐后的等效热电机组调节范围扩展模型,并以弃风开启的调峰电锅炉为可调节电负荷、其输出为可调节热负荷,构建了以总运行成本最小为目标、综合考虑热电机组调节范围扩展、火电机组深度调峰改造及负荷侧可控电锅炉3种弃风消纳方案的电热联合系统优化调度模型。算例分析表明,所提模型能够对3种方案的任意组合场景进行仿真,且能在利用源侧灵活性的同时挖掘负荷侧调节潜力,依次调度成本低、消纳效果好的可调度资源,实现弃风的低成本梯级消纳。     

基于可控负荷提升风电接纳能力的优化调度

针对我国“三北”地区冬季供暖期的高热负荷、低电负荷问题,在构建多区域热电厂侧配置蓄热式电锅炉作为可控负荷的热电联合调度模型的基础上,利用改进的粒子群优化算法迭代寻优,对弃风电量供热、风电就地接纳、风电并网水平等问题进行探究。建立计及弃风因素与可控负荷影响的电网优化调度的双层优化模型:上层优化是可控负荷的负荷优化问题,通过优化调度可控负荷的方式,以可控负荷购电成本最小化为目标;下层优化是电网的发电优化问题,通过电网调度的方式,以全网发电成本最小化为目标,为上层优化提供电网实时电价。对所建模型进行算例仿真,通过KKT条件将双层优化模型转换为具有均衡约束的单层优化模型后使用MATLAB软件优化求解。结果表明:在负荷低谷的弃风时段蓄热及区域间协调送电供热能够高效利用蓄热罐的蓄放热能力,提升风电接纳与优化机组成本。     

风电-抽水蓄能-供热联合优化运行——以蒙西为例

风电因为其随机性和不稳定性等特点使得风电无法实现大规模的并网而产生弃风,而抽水蓄能电站具有的良好“削峰填谷”能力,能够消纳过剩的风电。本文以供热季弃风现象尤为严重的蒙西地区为例,基于蒙西电网和呼与浩特抽水蓄能电站的实际数据,建立风电-抽水蓄能-供热联合运行的优化模型。通过研究对比结果发现在风电和抽水蓄能联合的基础上再加以蓄热电锅炉对风电进行进一步的消纳,既能提高风能的利用率减少弃风,又能解决煤炭供热污染物的排放问题,缓解化石能源资源短缺问题。     

基于规模化固态储热的电网多源优化调度及效益分析

针对寒冷地区冬季供暖期弃风限电问题,与风电互补性良好的大功率固态储热技术成为解决清洁能源消纳的有效途径之一。从提升电力系统调节能力、增加风电消纳空间的角度出发,提出基于规模化固态储热的电网多源优化调度模型。在分析冬季供暖期典型日风电出力特性的基础上,考虑风电接入临界状态,合理化增加用能负荷,解耦传统供热模式下能源耦合关系,对固态储热装置进行优化调度。基于我国某省级电网的实际数据,对比了固态储热装置在不同方式下调度方案。算例结果表明,通过对固态储热装置的优化调度,能有效解决供暖期的弃风消纳问题,为寒冷地区电热调度提供可靠方案。