计及高比例可再生能源运行特性的中长期电力发展分析

面对日益严峻的气候和环境问题,过去的高消耗、高排放的能源发展模式已难以为继,建立以可再生能源为主体的能源,特别是电力供应体系,实现能源清洁低碳转型发展成为大势。首先,介绍了面向高比例可再生能源的中长期电力发展研究思路。接着,提出了多区域、多场景中长期电力规划模型,该模型以全社会电力供应成本最小化为优化目标,考虑了电力系统扩展规划、运行、发电资源及能源电力政策等多方面约束;通过电力系统运行模拟在规划问题内的适度耦合,可计及风光等可再生能源发电的随机性与波动性。最后,基于所提规划模型,展望了中国2050年高比例可再生能源电力系统的电源格局与电力流,并对系统整体运行情况进行了分析。     

高比例可再生能源电力系统的关键科学问题与理论研究框架

大力发展可再生能源是应对能源危机和环境问题的重要手段,高比例可再生能源并网将成为未来电力系统的基本特征。文中从高比例可再生能源接入带来的强不确定性和高度电力电子化带来的稳定机理变化两个方面,分析了高比例可再生能源电力系统面临的关键科学问题。在此基础上,从中国未来电力系统结构形态分析与电力预测、含高比例可再生能源的输电系统规划、含高渗透率可再生能源的配电系统规划、电力电子化电力系统稳定性分析、含高比例可再生能源交直流混联系统的优化运行等5个方面,提出了高比例可再生能源电力系统的研究框架,重点阐述了这5个方面的相互关系。最后,对未来高比例可再生能源电力系统的研究进行了总结和展望。     

基于异地输送的可再生能源消纳成本仿真分析

通过跨区输送实现可再生能源的异地消纳是促进我国可再生能源规模化利用的重要途径,亟需从经济视角开展风电异地输送消纳的成本模拟仿真研究。构建了三阶段模型,在两区域电力系统下进行输电线路投资、发电投资和电力市场模拟分析,研究可再生能源及跨区输电投资的跨区合作对降低成本的贡献。仿真结果表明,两区域在跨区可再生能源开发与输电线路投资2个方面同时合作能够显著降低可再生能源消纳成本。     

高比例可再生能源电力系统结构形态演化及电力预测展望

在清洁化、低碳化和智能化的能源革命背景下,高比例可再生能源成为电力系统未来发展的一个突出特征,也导致了电力系统结构形态的巨变。文中对高比例可再生能源电力系统结构形态演化及电力预测方法进行了阐述。首先分析了电力系统结构形态的内涵及其要素,建立了其形态演化的驱动力综合模型,然后结合高比例可再生能源发展趋势,分析其对电力系统形态结构的影响,建立高比例可再生能源驱动的电力系统形态演化模型。围绕高比例可再生能源电力系统结构形态演化机理和复杂多重不确定性运行场景下的电力预测理论两个科学问题,分四个方面对其研究体系进行了详细阐述。     

中国电力市场在大规模可再生能源并网中面临的主要问题

大规模的可再生能源发电,如风电和太阳能发电,与传统的化石燃料发电、核电和水电相比,给电力系统运行带来了更多的变动性和不确定性。可再生能源发电的成功并网需要对传统的电力市场结构以及相应的输电规划和市场运营方式按不同可再生能源的特点和要求重新审视。对支持电力市场发展所需的基本的输电规划结构进行了分析,也对随着日益增加的可再生能源发电并网,确保电力系统可靠运行的关键问题,如电力市场管理区域范围、备用要求、机组协议以及经济的调度方式,进行了分析和阐述。     

北美电网可靠性评估标准发展动态及对我国电网规划的建议

近年来随着高比例可再生能源接入电力系统,电力系统运行的可靠性面临越来越严峻的挑战。文章总结了北美电力可靠性公司(North American Electric Reliability Corporation, NERC)所做的针对北美电网长期可靠性评估准则的主要内容及其最新发展,阐述了影响北美电网可靠性的主要因素,在此基础上分析了高比例可再生能源对电网可靠性的影响情况和改进建议。最后,文章结合我国电力系统规划与运行发展情况进行了分析,针对我国在完善电力系统可靠性标准、电力统筹设计与规划、新能源大规模并网消纳等方面提出建议。     

北美电网可靠性评估标准发展动态及对我国电网规划的建议

近年来随着高比例可再生能源接入电力系统,电力系统运行的可靠性面临越来越严峻的挑战。文章总结了北美电力可靠性公司(North American Electric Reliability Corporation, NERC)所做的针对北美电网长期可靠性评估准则的主要内容及其最新发展,阐述了影响北美电网可靠性的主要因素,在此基础上分析了高比例可再生能源对电网可靠性的影响情况和改进建议。最后,文章结合我国电力系统规划与运行发展情况进行了分析,针对我国在完善电力系统可靠性标准、电力统筹设计与规划、新能源大规模并网消纳等方面提出建议。     

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。     

高比例可再生能源电力系统调峰问题综述

随着可再生能源在电力系统中所占的比例日益提高,电力系统的电源结构发生了巨大变化,可再生能源的高渗透性、出力的随机性和不确定性,使得电源侧、负荷侧对电力系统调峰资源需求问题逐渐凸显。首先,总结可再生能源时序发电特性和空间分布特性,对高比例可再生能源电力系统的调峰问题进行了说明。然后,对多种调峰储能类型的配备、特点、发展趋势等研究成果进行总结与归纳,对需求侧参与电力系统调峰方式进行归纳总结,包括需求响应建设、发展电力市场和辅助调峰服务市场以及增强电力传输能力。最后,对未来高比例可再生能源电力系统调峰问题研究前景进行了讨论与展望。     

高比例可再生能源电力系统调峰问题综述

随着可再生能源在电力系统中所占的比例日益提高,电力系统的电源结构发生了巨大变化,可再生能源的高渗透性、出力的随机性和不确定性,使得电源侧、负荷侧对电力系统调峰资源需求问题逐渐凸显。首先,总结可再生能源时序发电特性和空间分布特性,对高比例可再生能源电力系统的调峰问题进行了说明。然后,对多种调峰储能类型的配备、特点、发展趋势等研究成果进行总结与归纳,对需求侧参与电力系统调峰方式进行归纳总结,包括需求响应建设、发展电力市场和辅助调峰服务市场以及增强电力传输能力。最后,对未来高比例可再生能源电力系统调峰问题研究前景进行了讨论与展望。     

日前电能市场与深度调峰市场联合出清模型

以采用全电量集中竞价模式的日前电能交易和东北深度调峰交易融合运行、联合出清为背景,建立一种日前电能量市场和深度调峰服务市场联合出清模型.模型以系统电能量费用、启动费用、调峰费用与新能源限电惩罚费用之和最小为目标函数,以系统电力平衡与备用、火电机组和新能源2类发电单元运行边界为约束条件,实现新能源优先消纳基础上的2市场整...     

基于氢储能的可再生能源系统协同规划方法

建立高渗透率可再生能源系统是实现碳中和的必由之路,然而可再生能源出力具有波动性与季节性,为实现可再生能源的长时间尺度规划,以最小年化成本为目标,将制-储-用氢环节纳入可再生能源规划决策,建立了全年时序生产模拟的基于氢储能的可再生能源系统模型,将系统成本问题与运行模拟问题统一到规划层面。为验证基于氢储能的可再生能源系统的优越性,对比基于电池储能的可再生能源系统的年化成本;验证具有不同风光资源地区的适用性,对比具有不同风光资源特性地区规划结果。最后,引入可调度能源价格与电解槽设备输入功率变化量对系统参数的灵敏度分析,并通过算例表明在两地区氢储能系统实现电能的季节性存储,虽然在转化效率上具有劣势,但是在经济性与弃电率上具有明显优势。     

基于时序运行模拟的新能源配置储能替代火电规划模型

随着风电、光伏自身成本不断下降,经济性上逐步具有替代火电的条件,同时,随着风电、光伏替代火电规模的增加,系统需要引入储能来应对系统不断增强的净负荷波动。为更加科学地量化评估新能源配置储能替代火电的经济性和规模,首先建立计及电力系统灵活性需求、基于精细化时序曲线运行模拟的电源和储能联合优化规划模型,以系统总成本最低为优化目标,考虑投资决策约束和运行约束,统筹优化不同成本情景下的电源和储能容量,提出新能源配置储能替代火电的经济性分析流程。其次,基于以上模型方法,优化计算某区域电网高、中、低3种成本情景下的电源和储能容量,并分析不同成本情景下新能源配置储能替代火电的演变过程。最后,提出新能源配置储能不同程度替代火电的条件。     

考虑碳交易的综合能源系统在不同配置情景下的运行分析

大量分布式可再生能源发电机组的部署和碳排放交易的成本可对综合能源系统的运行产生重要影响。首先,针对电热综合能源系统,本文建立了考虑负荷需求、风速、太阳辐射强度和碳排放交易成本等不确定性因素的热网-主动配电网耦合模型。其次,本文采用多时段蒙特卡洛树状仿真的随机方法,分析可再生能源发电集成度和碳排放交易成本对系统运行总成本的影响。最后,本文以新疆能源系统为对象进行了算例分析。算例仿真结果表明:在新能源补贴下滑的大环境下,碳排放交易的实施可以为政府推进可再生能源装机提供新的动力。     

考虑新能源出力不确定性的风-光-柴-储系统调度策略

文章以风-光-柴-储系统为研究对象,为了研究新能源出力不确定性对该系统的影响,提出了一种新能源出力复合预测模型。为提高风-光-柴-储系统运行的经济性、环保性和安全性,提出了考虑新能源出力不确定性的风-光-柴-储系统调度模型,并采用了带有Monte Carlo模拟的遗传算法对模型进行求解。文章采用了负荷缺失率(Load Loss Rate, LLR)和置信概率对系统的安全性进行评价,并分析了其对系统调度结果的影响。仿真结果表明,该文所提出的考虑新能源出力不确定性的风-光-柴-储系统调度模型,可以降低新能源出力不确定性对系统的影响,且该方法可以有效平衡系统的经济性和安全性。     

考虑风电消纳能力的电-气集成系统多目标运行优化

摘 要：以电力-天然气集成系统为代表的综合能源系统可以充分利用各类能源载体的运行特性,提升电力系统接纳间歇性可再生能源发电的能力。另一方面,电-气集成系统的整体运行费用、消纳间歇性可再生能源发电能力和网络损耗与风电等间歇性可再生能源发电的渗透水平率密切相关,因此有必要对考虑风电消纳能力的电-气集成系统多目标优化运行策略展开研究。首先,以最小化电-气集成系统运行费用、弃风成本和网络损耗为目标函数,建立考虑风电消纳能力的电-气集成系统运行优化的多目标混合整数非线性优化模型。接着,对优化模型中的非线性约束条件进行线性化处理,将原模型转化为混合整数线性规划问题。然后,利用基于增强ε约束的多目标优化方法求解所建立的优化模型,获得帕累托最优解集,并采用模糊综合评估方法寻找最优折中解。最后,利用修改的IEEE 39节点电力系统和比利时20节点天然气系统所构成的电-气集成系统对所提方法的可行性和有效性进行验证。     

面向工业园区的供水-供能耦合系统鲁棒规划方法

随着可再生能源的持续开发利用和高效能源转换技术的不断涌现,电、天然气、热等能源系统之间的相互依赖性不断增强,使得供能系统呈现多能耦合发展趋势。水是能源生产和转化过程中最必需的物质之一,而供水系统中水泵的运行依赖于电能驱动,使得供能系统和供水系统存在双向耦合关系。以工业园区为对象,综合考虑其水资源及多种能源需求,针对工业园区供水-供能耦合系统规划开展研究,采用典型场景建立了基于多场景的水-能耦合协同规划模型。同时,考虑园区中分布式光伏发电出力的不确定性,提出了供水-供能耦合系统的鲁棒规划方法,保障了供能、供水的可靠性。采用列和约束生成算法求解建立的鲁棒规划模型,仿真结果验证了所提出模型和方法的有效性和合理性。该联合规划可有效提升供水-供能联合系统的灵活性,并降低能源和资源系统的规划投资及运行成本。     

德国新能源发电发展和运行研究

近年来,德国新能源发展迅猛,新能源发电量占比逐年提高。分析德国各类电源装机、发电量和发电小时数变化,揭示德国近十年来的能源转型历程。分析德国及其与周边国家联络线电量和电价的变化情况,研究新能源发展给德国电价带来的影响。通过典型周电力系统运行数据,分析德国电力系统应对新能源功率波动性的措施。德国新能源发展和运行实践表明,新能源优化运行和最大化消纳主要取决于灵活的电力现货市场机制、强有力的电源调节能力和坚强的跨国输电网络,同时,新能源的发展将对全社会电力生产成本和电价产生重大影响。