冬季风电消纳的两种途径的节能分析

冬季北方地区风电等清洁能源消纳矛盾突出,热电联产机组运行容量占比高、受热负荷的约束调峰能力差是造成弃风、弃光的主要原因。在解决弃风、弃光等问题上,针对北方冬季风电消纳的两种途径,依据热力发电厂热经济性评价方法,对不同形式的机组、采取不同深度调峰的改造技术路线,进行了节能分析。提出了在发电侧纯凝机组应首先进行深度调峰、热电联产机组采取增设蓄热罐改造进行深度调峰,为风电等清洁能源让出发电空间;在用电侧对供热锅炉实施电锅炉改造,消纳剩余的风电,实现经济效益和社会效益的最大化。     

考虑储能及碳交易成本的电热联合系统优化调度策略

为减少电力行业发电过程中碳排放对环境的污染、提升风电消纳比例,文章提出了综合考虑储能及碳交易成本的电热联合系统优化调度策略。首先,在分析系统产生弃风原因的基础上,对引入电储能提升系统灵活性进而促进风电消纳的机理进行研究;其次,分析碳交易机制对电热联合系统的影响并建立碳交易成本模型;然后,构建以总成本最低为目标的优化调度模型,综合考虑火电、热电机组运行成本、风电运行维护成本及弃风惩罚费用、储能装置运行成本、碳交易成本及系统各单元约束;在保证系统安全可靠的基础上采用Yalmip/Gurobi对所建模型进行求解;最后,通过算例对比分析,验证了碳交易对电热联合系统能源结构的优化作用,以及在碳交易下,储能的参与对于进一步提升系统新能源利用率和经济环境效益的有效性。     

基于热电联产运行模式的光热发电调峰策略

针对中国"三北"地区冬季供暖期因热电机组"以热定电"运行约束,导致系统调峰能力不足而造成的大量弃风问题提出一种基于热电联产运行模式的光热电站调峰策略。该文首先分析光热电站辅助供热后热电机组电热特性及其调峰能力变化情况,然后根据不同时段的负荷特性及热电机组运行状况制定出基于热电联产运行模式的光热电站在各时段的运行策略,在此基础上建立含光热电站、热电机组、纯凝机组、风电场的电力系统电热综合调峰优化模型。与传统模型相比,新模型增加了系统热平衡约束、热电机组的热电耦合约束、光热电站运行约束等。仿真结果表明基于热电联产运行模式的光热电站,通过辅助供热不但可有效提高电网的风电消纳水平,同时可避免运行成本较高的纯凝式机组频繁调节,提高系统运行的经济性。     

供热期调峰约束下电网弃风情况分析

在研究供热期电网弃风机理基础上,分析热电联产机组电热耦合关系,并建立考虑电力系统和热力系统约束的区域电网调度模型,定量分析风电渗透率、热负荷水平及电负荷水平对弃风影响。算例使用CPLEX优化软件求解,结果表明:供热期负荷低谷时段,热电联产机组调峰容量为额定容量的20%,严重挤压风电上网空间,导致大量弃风;热电联产机组热负荷水平由额定容量的68.3%下降到52.4%,可减少30%弃风。     

风-光-火-蓄联合系统两阶段优化调度

由于间歇性能源出力具有不确定性,该文利用抽水蓄能容量大、响应速度快的优势,建立风-光-火-蓄两阶段动态调度模型。长时间尺度以总成本最低为目标,综合考量系统运行成本、SO₂、NO_X、PM排放量、弃风弃光量惩罚,来优化可控电源出力。短时间尺度以长时间尺度为基准,基于模型预测控制原理滚动求解出力增量,使抽蓄机组有功出力偏差最小,以增强调度的平滑性。最后根据东北某地区抽蓄机组实际数据及改进的IEEE-30节点系统仿真验证了该文所提模型的有效性,以此来降低系统的污染物排放水平,提升系统对风电、光伏的消纳能力。     

新能源发电工程储能系统容量/功率优化配置

新能源风、光发电工程中配置一定容量的储能系统,可以显著提高新能源发电的消纳水平。储能系统的容量/功率的优化配置可最大程度提高储能系统利用效率和经济性,同时将新能源风电、光伏的弃电率降低到设定的目标值。提出以全生命周期内储能系统净现值最大为目标,综合考虑储能系统全生命周期内投资、运维成本、购电成本、售电收入、充放电效率、荷电状态、储能电池寿命、弃电率等多种因素的储能系统容量/功率优化配置方法,并以青海某工程1 030 MW光伏阵列和250 MW风电场的运行数据为例,计算得到该新能源风电、光伏发电工程中净现值最大的储能系统容量/功率配置,使整个储能系统获得最优的经济性。     

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。     

先进储能型燃煤热电联产系统热力特性及灵活性分析

为了提高机组灵活性,提出了一种热电联产机组、先进绝热压缩空气储能(AA-CAES)系统和热网耦合集成的储能型燃煤热电联产系统。对某350 MW热电联产机组与30 MWAA-CAES系统耦合集成系统的能流特性进行数值研究,分析了独立运行及耦合运行2种模式下系统的能源综合利用水平和调节范围。结果表明：以80%额定供热负荷为例,在同等供热量时,集成系统的能源利用率可提升1.10百分点,最小负荷率降低了11.69百分点,最大发电能力提升22.24 MW(约为额定功率的6.35%),单次循环节煤27.26 t;其他供热工况下结果与此类似,证明该先进储能型燃煤热电联产系统在热电解耦、提高灵活性、清洁供暖、能源利用等方面具有优势。     

基于模拟退火算法的热电机组耦合蓄热装置的运行策略

为应对我国“三北”地区的弃风现象,在热电机组中耦合蓄热装置可以实现热电厂热力生产与电力生产的解耦运行,扩大电力调峰空间,避免弃风现象的产生。以丹东地区某330 MW亚临界机组为研究对象,在热电机组中增设蓄热装置,阐释热电机组耦合蓄热装置后消纳弃风的机理,考虑风电功率、火电机组功率以及居民电热负荷的相关约束,以系统总能耗最小为目标,基于模拟退火优化算法制定蓄热装置的运行策略。结果表明：采取优化后的策略运行,在夜间风能充裕的时间段蓄热装置放热,可打破原热电机组“以热定电”的最小电出力限制,使风电的上网电量得到提高;采用模拟退火算法优化后的运行策略,相比原热电机组运行能耗单日节省了22.47 t煤。     

基于随机优化的虚拟电厂热电联合经济优化调度

针对三北地区现有能源结构调节能力不足而导致的弃风问题，将风电场、光热电站、火电机组和热电联产机组聚合为虚拟电厂。采用随机优化处理风光不确定性问题，通过拉丁超立方抽样生成大量随机风光场景，并在充分考虑风光相关性和分布随机特性的基础上，利用Kantorovich距离削减与K-均值聚类算法对随机场景进行降维优化，获得风电、太阳直接辐照度典型预测场景。结合光热电站的灵活性与供能惯性，构建含光热虚拟电厂热电联合优化调度模型，并建立系统总运行成本最小的目标函数。最后在算例部分验证所提随机优化方法在计算效率、预测精度和处理风光随机问题的优越性；对不同运行模式下的目标函数进行求解，验证所提出的优化调度策略能够在满足系统运行经济性的同时实现风电的最大消纳。     

基于供热网络热惯性的风电消纳能力评估

在传统的热电联产调度中,电功率和热功率之间的平衡关系时刻受到限制,导致系统调峰能力下降、弃风率过高。基于此,考虑了区域供热网络（DHN）的实际物理模型,利用DHN的热惯性进行蓄热,用于提高热电联产（CHP）机组的运行灵活性。该文构建了供热网络的热惯性模型,并引入供、回水时滞性来描述热水在网络中的传输时延,以系统运行成本及弃风量最小为目标函数,考虑了系统常规约束和热力系统模型约束,建立了包含风电机组、火电机组、热电联产机组和热惯性的电-热综合系统优化模型。结果表明,所提模型不仅可以减小系统弃风率,还可以获得热源处优化后的供水和回水温度。     

计及风、光消纳的风电-光伏-光热互补发电二层优化调度

以风电、光伏、光热构成新能源互补发电模式,计及风、光资源消纳,建立将高载能负荷作为可调度资源参与新能源互补发电系统的二层优化调度模型,采用NSGA-Ⅱ和二进制粒子群算法求解模型。上层优化模型以互补系统输出功率波动最小和并网效益最大为优化指标确定各机组的出力,并且计算出弃风弃光量。在此基础上,下层优化模型针对上层优化模型造成的弃风弃光量,选取能够有效消纳风、光的高载能负荷参与电网调度。最后,以甘肃地区实际数据为例,验证了所提方法的可行性和有效性。仿真结果表明,光热电站的参与增加了44.3%的经济效益,减小了65.8%的输出功率波动,高载能负荷的参与减小了86.3%的弃风弃光量。     

电热泵与燃气锅炉辅助方式下电-热-风耦合调度策略研究

针对中国北方采暖期电网调峰能力不足及风电消纳困难的问题,引入热电联产机组系统中风-电-热供需不同步的矛盾,并通过燃气锅炉的快速响应特性提高供热系统的调节能力,构建电热泵与燃气锅炉辅助消纳风电方式下电热系统联合运行场景,建立该场景下的电-热耦合优化调度数学模型,并利用粒子群优化算法对其进行求解。仿真结果表明:该电-热耦合系统调度模型能有效提高风电利用效率,降低北方地区供暖期弃风率,减少电热耦合功能系统运行煤耗,有助于实现低碳化能源供给。     

吉林省风电规律特性及减少弃风政策建议研究

为有效应对风电发展中的弃风问题,利用已有数据对吉林省风电资源特点和风力发电出力规律特性进行研究和总结,得到了风电出力典型日和年曲线。并就典型日和年曲线分别与吉林省用电负荷典型曲线、热电联产机组出力典型曲线进行对比,指出了吉林省风电出力与用电负荷以及其他常规能源出力的规律,由此提出了吉林省应对弃风问题具有可操作性的政策建议。     

多区域综合能源系统互联下的共享储能容量优化配置

为有效提高多个区域综合能源系统(regional integrated energy system,RIES)的能源利用率,同时合理配置储能系统的容量,提出一种多RIES互联下的共享储能系统容量优化配置模型.首先,介绍了共享储能背景下多RIES运行框架,分析了共享储能系统的运行模式.其次,针对一类包含热电联产机组与热泵...     

利用环境再冷的二氧化碳储能热电联产系统及其热力学分析

为提升光电出力特性及灵活性,构建光储协同系统成为改善光电可调度性与减少弃光的主流趋势.本文基于光伏电场运营环境特点,提出一种利用夜间环境冷量再冷的二氧化碳储能热电联产系统,重点分析了不同运行模式下系统性能随关键参数的变化规律.结果表明:太阳能集热系统单独工作模式下,增大蓄冷回热器最小温差、夜间环境温度和低压罐压力会导致...     

计及风电消纳的源-荷-储环保经济型调度策略

为减少电力行业造成的环境污染、提升风电消纳比例,文章建立了考虑电力行业污染的电力系统日前调度模型。首先,依据热电联产机组及火电机组的燃料成本计算SO2,NOx,CO2排放量,并对其直接释放征收排污费用。然后,建立以总成本最低为目标的调度模型,综合考虑储能、储热装置的运行成本和投资成本、需求响应的激励成本以及弃风惩罚。最后,在保证系统安全、可靠基础上,通过遗传算法优化各个单元的有功功率。仿真结果表明,与不考虑环境成本的源荷储调度模型相比,CO2,SO2和NOx排放量分别减少14 944.07,48.85和42.54 kg,风电消纳比例提升10.60%。     

计及蓄电池使用寿命的热电联供型微电网经济优化

热电联供型微电网与当前能源互联网发展联系紧密,具有经济、节能、环保等优点。为了使热电联供系统的经济模型计算更加精确,文章在微电网经济调度优化模型中,考虑了蓄电池充放电深度和荷电状态SOC对蓄电池寿命的影响,利用加权吞吐量法计算其运行成本,建立了含风电机组、光伏电池、储能系统、燃料电池、空调机以及热电联供的并网型微电网系统的日运行成本优化模型,采用改进型遗传算法优化各微源出力,使其日运行成本最小。通过仿真算例,验证了考虑蓄电池使用寿命的微电网运行成本模型更符合实际运行工况。     

含附加热源和需求响应的电热联合系统运行优化

为缓解供暖期弃风高发问题,从解耦供热机组“以热定电”约束、提高电网调峰能力角度出发,文中提出考虑附加热源与需求响应的电热联合系统优化调度模型。系统中储热和电锅炉作为附加热源共同作用以降低机组热电耦合关系,并且在系统负荷侧通过需求响应增强电网调峰能力。以最低运行成本为目标综合考虑弃风惩罚成本、需求响应成本及系统内各单元约束建立电热联合系统调度模型。通过遗传算法进行求解算例,对比分析了系统在传统的热电联产、仅考虑需求响应、系统中引入附加热源、含附加热源-需求响应联合运行4种不同调度方式下的风电消纳效果。分析结果表明,所提方法的风电消纳能力最优且具有最佳经济性。     

基于CIGS薄膜光伏组件余热利用的CIGS-BIPV/T系统的实验研究

为了在建筑光伏一体化(BIPV)项目中最大限度地利用太阳能,基于光伏组件余热利用,将CIGS薄膜光伏组件与热泵机组相结合,构建热电联产模式,形成CIGS-BIPV/T系统,并对此系统在北京地区室外环境下的实际运行性能进行了实验研究,测试了不同工况下CIGS-BIPV/T系统的运行特性,以便为光伏发电系统与热泵机组联合运行提供参考。