抽凝机组耦合热电转换辅助调峰系统参数设计

  目的  为适应新能源电力并网需求,原有抽凝热电联产机组深度调峰供热改造已为重要途径之一。现有包括电热泵和电锅炉在内的热电转换装置为辅助火电机组调峰提供了潜在途径。  方法  以350 MW抽凝机组为例,建立了以热电转换装置辅助调峰参数优化模型,重点分析了热电转换设备参数对深度调峰性能的影响;其次,分别对比了电热泵和蓄热电锅炉两种典型热电转换系统在不同装置容量、不同放热速率下的调峰深度;最后,介绍了300 MW燃煤机组的煤耗率与污染物排放水平,指出本系统的节能效益,并给出热电转换装置的最优参数。  结果  结果显示:当电热泵的热功率为100 MW、放热速率与热功率相匹配也为100 MW时,机组的调峰深度达到最大值,为73 MW左右;当蓄热式电锅炉的电功率为45 MW、放热速率为100 MW时,机组的调峰深度达到最大值,为70.05 MW。蓄热式电锅炉的储热量在24 h中内略有增加,净储热量的数值为967.5 kWh。  结论  功率和放热速率是衡量热电转换装置辅助机组调峰能力的重要参数,且二者之间要有一定程度上的匹配性,针对不同情景灵活匹配热电转换装置的类型与参数可大幅提升机组的调峰深度。     

考虑热网特性的电热联合系统辅助服务调度

针对传统的热电系统调度中,热电机组的“热电耦合”限制其调峰范围,导致弃风高发问题,分析了热电机组可参与辅助服务的调节容量,在目标函数中计及辅助服务调峰激励机制,构建考虑热网特性的热电调度模型,进而通过算例仿真,对比热网蓄热特性、传热特性和热力系统参数对于系统调节容量及风电消纳的影响,确定了不同热网特性下热电机组调峰成本变化,验证了所提模型可提高机组调峰和风电消纳的经济效益。     

辅助火电机组调峰系统的储热参数设计研究

  目的  为适应原有火电机组对新能源电力消纳的需求,提高其调峰能力是关键因素之一。  方法  储热系统作为燃煤热电机组“热电解耦”的重要方式,评价其参数匹配性具有工程参考价值。文章采用一种耦合储热装置来增加燃煤机组深度调峰能力的方法,并结合热负荷以及电负荷的功率曲线,对储热装置参数的影响规律展开了系统研究。  结果  结果表明:以区域负荷曲线为典型案例,随着储热罐的储热容量和充放热速率参数的提高,储热系统对机组的热负荷调节能力先逐渐提升并在分别在112.75 MW和129 37 MW·min时达到上限,此时深度调峰参数为77 MW左右;此外,储热容量与充放热速率具有一定的匹配关联,二者中瓶颈因素将直接制约系统的深度调峰性能。  结论  通过对储热和放热边界情景的积分,精确的展示了储热罐在辅助调峰过程的中作用,同时结合其运行策略的优化设计能够进一步分析储热辅助调峰系统的参数匹配关系,为后续火电机组耦合储热系统的参数设计提供参考。     

考虑风储多维运行边界的调峰资源优化配置模型

近年来,风储联合发电系统取得了一定的发展,但在网络约束下的储能系统储放范围与风电渗透率之间存在着制约的关系,导致原有调峰资源的配置方案会对储能系统的储放空间及运行效率产生一定的影响。为解决该问题,文章引入风储联合系统接入配网后的多维运行边界并将其转化为调峰资源优化配置过程中的约束条件,建立综合考虑风储容量与调峰资源经济性的优化配置模型并进行求解。仿真算例验证结果表明,文章提出的考虑风储多维运行边界下调峰优化配置模型可实现风电与储能利用最大化及调峰资源配置经济性最优。     

Study on key parameters design and economic evaluation of the electric heating and solid sensible heat thermal storage device

电制热固体储热系统对可再生能源消纳、能源清洁化利用具有重要意义。电制热固体储热装置的关键参数设计以及经济性分析是提高经济效益的重要手段。因此,本文提出了电制热固体储热装置投资运行费用计算方法。通过对比不同供暖方式所需费用分析了电制热固体储热装置的经济性。同时研究了谷电利用系数对电制热固体储热装置经济性的影响。最后,采用案例分析验证本文所提经济性评估方法的合理性与正确性。本文的研究内容为用户对电制热固体储热装置的选择提供参考。     

电动汽车参与受阻风电消纳的源荷优化控制方法

大规模的电动汽车负荷可增加电网系统的调峰能力,消纳受阻风电。文章首先根据系统负荷和风电出力特性分析其受阻原因;其次,通过对电动汽车充放电特性、可时移特性和SOC模型的分析,建立了电动汽车充放电模型,并提出相应策略;然后,以电动汽车消纳后的风电剩余受阻量最小为目标,建立电动汽车参与受阻风电消纳的源荷优化控制模型,并利用差分进化算法对模型进行求解;最后,以某地区电网实际数据进行仿真计算,验证电动汽车参与受阻风电消纳协调控制的可行性与有效性。     

考虑风电不确定性的电热系统经济调度

随着风电等新能源大规模并网,其出力的不确定性给电力系统日前调度带来很大挑战。传统的研究方法多是假设风电功率预测误差服从某种概率分布,但风电功率预测误差受到多种因素影响,概率分布模型无法准确描述其特性。为此,采用基于神经网络的组合预测方法对风电功率误差进行建模,再将预测的风电误差加入到包含热电机组、火电机组、风电、储热装置和电锅炉的热电联合优化调度模型中,最后以实际的10机系统为例进行仿真,分析了风电预测误差对机组出力、风电消纳及调度成本的影响。结果表明,与传统方法相比,所建模型可减少机组燃煤成本与旋转备用成本,降低了经济调度成本,提高了风电消纳水平。     

基于负荷侧响应的含储热热电联产的风电消纳模型

为了有效减少弃风,提高风电消纳能力,该文从负荷侧出发,通过峰谷分时电价策略引导用户的用电方式,达到削峰填谷,优化负荷曲线的目的。同时,在传统热电联产机组中应用大容量储热装置,通过对储热环节的控制,解耦“以热定电”约束,提高系统调节能力。以系统煤耗量最低为目标,构建包含储热的热电联产机组与风电联合出力优化调度模型。该模型考虑系统中的含储热热电联产机组运行成本,同时兼顾储热、负荷侧响应与热电平衡的相关约束等因素,采用基于模拟退火的粒子群算法对模型进行求解,并利用算例比较不同模式下的结果,验证了模型的有效性。     

基于改进粒子群算法的风光水互补发电系统短期调峰优化调度

风光水互补发电系统优化调度需要考虑风光电源的间歇性及波动性,同时还要处理梯级水库复杂的水力联系及不同电源之间的电力联系,因而建立风光水互补发电系统短期调峰优化调度模型,并采用粒子群算法进行求解,针对粒子群算法的早熟及后期收敛速度慢等问题,从惯性因子和种群拓扑结构两方面对粒子群算法进行改进,并对福建省电力调控中心管辖的12座常规水电站、木兰溪1座抽水蓄能电站、31座风电场、5座光伏电站组成的风光水多种电源互补系统进行数值分析。结果表明,所建模型能较好地实现对电网负荷的削峰填谷,所提算法显著提高了求解效率和求解质量,是一种解决风光水互补发电系统短期联合优化调峰调度实用性很强的有效算法。     

采用蓄热技术扩大供热机组调峰裕度的研究

本文介绍了国内外蓄热技术的利用情况,并且针对蓄热技术在热电厂供热方式转变中的应用进行了详细的研究。提出了增大供热机组冬季调峰能力的方法。通过该方法供热机组冬季能够大容量参与电网调峰,为更好地保证冬季稳定供电、节能降耗以及大量接纳风电提供了一种可行的措施。     

一种电热固体蓄热装置蓄热过程的数值模拟

本文对10kW电热固体蓄热装置的蓄热过程进行了数值模拟,在将蓄热固体颗粒和粒子间的空气看作均相介质的假设基础上,建立了蓄热过程中蓄热体内径向传热模型,根据初始条件和边界条件进行了数值计算,分析了误差产生可能原因,并利用有效导热系数分析了数值解和实验结果之间的误差。     

Empowering the electric grid: Can SMES coupled to wind turbines improve grid stability?

The transition to a low carbon energy portfolio necessitates a reduction in the demand of fossil-fuel and an increase in renewable energy generation and penetration. Wind energy in particular is ubiquitous, yet the stochastic nature of wind energy hinders its wide-spread adoption into the electric grid. Numerous techniques (improved wind forecasting, improved wind turbine design and improved power electronics) have been proposed to increase the penetration of wind energy, yet only a few have addressed the challenges of wind intermittency, grid stability and flexibility simultaneously. The problem of excess wind energy results in wind curtailment and has plagued large scale wind integration. NREL's HOMER software is used to show that a strong negative correlation exists between the cycles to failure of a storage device and the excess wind energy on the system. A 1 MJ magnesium-diboride superconducting magnetic energy storage (SMES) system is designed to alleviate momentary interruptions (lasting from a few milli-seconds to a few minutes) in wind turbines. The simulation results establish the efficacy of SMES coupled with wind turbines improve output power quality and show that a 1 MJ SMES alleviated momentary interruptions for ∼50 s in 3 MW wind turbines. These studies suggest that SMES when coupled to wind turbines could be ideal storage devices that improve wind power quality and electric grid stability.     

Concept study of wind power utilizing direct thermal energy conversion and thermal energy storage

Present wind power is intermittent and cannot be used as the baseload energy source. Concept study of wind power utilizing direct thermal energy conversion and thermal energy storage named Wind powered Thermal Energy System (WTES) is conducted. The thermal energy is generated from the rotating energy directly at the top of the tower by the heat generator, which is a kind of simple and light electric brake. The rest of the system is the same as the tower type concentrated solar power (CSP). The cost estimation suggests that the energy cost of WTES is less than that of the conventional wind power, which must be supported by the backup thermal plants and grid enhancement. The light heat generator reduces some issues of wind power such as noise and vibration.     

基于风-光-蓄-火联合发电系统的多目标优化调度

针对风电、光伏出力的随机性、间歇性和波动性而导致其在大规模接入电网时对电网发电计划制定和调度产生的影响,提出了含风-光-蓄-火联合发电系统的多目标优化调度模型。利用抽水蓄能的抽蓄特性,将风电和光伏出力进行时空平移,使风-光-蓄联合出力转变为稳定可调度电源,具备削峰填谷的功能,与火电机组共同参与系统优化调度。以风-光-蓄联合出力最大、广义负荷波动最小和火电机组运行成本最小作为目标函数,建立多目标优化调度模型,通过多目标处理策略,使目标函数简化为2个,以降低问题维数;在求解阶段,利用分层求解思想,将模型划分为两层,分别采用混合整数规划方法和机组组合优化方法进行求解。10机测试系统仿真结果表明：所建模型可以提高风能和太阳能的利用率,缓解火电机组的调峰压力,大幅降低风电反调峰特性对电网的影响,从而保证电力系统安全、稳定、经济运行。     

Application and development trends of energy storage technology in the field of traffic

纵观当前全球电力系统发展规划,智能电网,可再生能源和分布式发电,微电网以及电动汽车都列入了各国电力系统发展的重点方向,而储能技术正是实现上述领域发展必不可少的技术支撑.目前,储能技术较高的成本阻碍了其在电力系统中的应用.若将电动汽车动力电池作为电力系统的储能元件,便可使其作为传统交通工具的同时,充当电力系统的一种潜在的备用电源.通过电动汽车V2G模式和动力电池的梯次使用,将帮助电网调峰调频,促进电动汽车动力电池的产业化和多种应用,降低电动汽车的生产和使用成本,最终实现交通能源消费的电力化.本文在对电动汽车储能相关技术,基础设施建设及与之匹配的商业模式进行梳理和分析的基础上,展望电动汽车储能的发展潜力并提出相应的政策建议.     

风电并网下含核电受端电力系统调峰问题研究

  目的  随着风电装机规模和比重的不断提升,受风电反调峰特性的影响,含核电的受端电力系统（如广东电网）在汛期的调峰问题将更为凸显。为了保障多类型电源协调发展和电网的安全可靠运行。  方法  针对风电并网下含核电的受端电力系统调峰问题,在充分分析国内外核电机组参与调峰情况及其技术经济性的基础上,结合常规确定性调峰校核方法存在的不足,提出了确定性与概率性相结合、典型周/典型日和全年8 760 h全景模拟相结合的系统调峰平衡分析方法。  结果  以我国某沿海省级电网为例,采用所提方法,分析不同风电和外电场景下电网的调峰形势,并提出相应措施建议。  结论  所述方法能够发挥确定性与概率性两种方法各自的优点,对系统调峰平衡进行更为全面和有效的分析与校核。     

固体蓄热装置蓄热过程模拟分析与实验研究

设计一种采用分组投切的固体蓄热装置,并以此设计搭建总加热功率150 kW的固体蓄热实验装置,搭建热物理参数非定值的数值计算方法,模拟出炉体的温度场分布,并与定值参数进行对比,得到热物理参数非定值与定值的温度曲线和蓄热量曲线;通过数值模拟和实验数据相结合的方法,确定非定值法数值计算方法的可行性;设计一种分组投切的加热方式,对分组加热的固体蓄热装置进行蓄热量及温度分析。结果表明,采用整体加热的炉体温度梯度分布区间较大,传感器点温度有温差;采用分组加热的炉体温度梯度分布区间相对缩小,传感器间温度几乎相等,相同蓄热目标温度下,提高蓄热量6.0%。     

Energy storage for peak shaving and frequency regulation in the front of meter：Progress and prospect

作为清洁的可再生发电资源,光伏和风电的装机量在经历着快速发展的同时,也面临着弃风、弃光和可再生能源并网消纳困难等一系列问题。经过十多年的研发和示范应用,储能已经被认为是解决这些问题的关键技术。本文主要论述了储能在电力调峰调频领域的应用现状以及发展前景,并建议通过出台支持政策和建立合理的市场机制,使得储能在电力调峰调频领域大有可为。     

利用剩余风电的感应储能供暖控制系统研究

为了解决我国北方地区风电的弃风问题,改进剩余风电供暖系统的直接消纳储能技术,改善电蓄热供暖控制系统中存在换能装置电热转化效率低下的问题,经过方案对比提出采用电热转换效率高、安全可靠性好的电磁感应加热装置作为供暖系统的换能装置。为优化储能水箱加热供暖系统的控制策略,针对系统给定的控制需求,采取前级附加给定温度模糊控制器串联后级感应加热模糊PID控制器的复合控制策略,使闭环加热系统的给定温度随室外温度的变化而调整;同时为了节约不可再生能源,降低损耗,采用与后级模糊PID控制器的输出构成闭环比值随动控制系统的加热循环流量协调控制策略。利用Matlab/Simulink软件进行仿真实验,结果表明：模糊PID控制特性明显优于传统PID控制,系统的超调量显著减少,动态调节速度明显加快;实现模糊控制和模糊PID控制复合与协调智能控制策略的网络化,提高了系统控制的实时性和可靠性,使系统控制性能大为提升。     

基于电锅炉的火电机组灵活性改造技术研究

为有效解决东北电力产能过剩,促进风电、核电等清洁能源消纳问题,提升燃煤供热机组的灵活性,针对东北地区某热电厂,通过对热电解耦时间、电锅炉型式以及不同电锅炉容量配置对机组实际发电负荷的影响等灵活性改造关键技术进行研究,确定了最佳电锅炉容量,提出了电锅炉装设方案,并对改造前后机组的调峰能力和性能指标进行对比分析。研究表明:随着电锅炉容量增长,抵减电锅炉用电后机组实际发电负荷率显著降低,提升火电机组灵活性改造后,电厂调峰能力显著提升,考虑以全厂172 MW发电负荷运行,电厂调峰能力在采暖初末期增加了368 MW,采暖中期增加了528 MW;全厂供热标煤耗由39.7 kg/GJ降低至34.3 kg/GJ,降低了5.4 kg/GJ;经济效益显著,扣除电锅炉用电成本后1个采暖季的调峰辅助服务补贴收益为1.47亿元;同时,电锅炉投运后可实现电厂的上网电量接近零,为清洁能源就地消纳做出贡献。