風(fēng)-光-儲(chǔ)多能互補(bǔ)新能源系統(tǒng)的運(yùn)行分析

古志勇

摘要：在新能源發(fā)電大規(guī)模發(fā)展之前，對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用已進(jìn)行了大量研究。在新能源大規(guī)模發(fā)展和智能電網(wǎng)背景下，儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用于電力系統(tǒng)受到了更為廣泛深入的關(guān)注與研究。為充分考慮新能源大規(guī)模并網(wǎng)以及發(fā)電側(cè)規(guī)模化接入儲(chǔ)能對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行分析帶來的深刻影響，本文將結(jié)合電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中不同模塊功能不同的特點(diǎn)，建立含儲(chǔ)能的風(fēng)-光-儲(chǔ)新能源電力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行模型。

關(guān)鍵詞：風(fēng)-光-儲(chǔ);新能源;系統(tǒng)運(yùn)行

引言

自2007年到2021年以來，我們國家不可再生能源的能源消耗總量正在不斷的提升，在各類不可再生能源中，煤炭的開采和利用占比雖然在國家的宏觀調(diào)控下不斷的減少，但是依舊占據(jù)了不可再生能源消耗的主體，因此，如何減少煤炭資源，使得不可再生能源利用比例結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化和改造十分的重要。想要解決能源消納和能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)的問題，就要探求多種的能源供應(yīng)方式，要從傳統(tǒng)的單一能源供應(yīng)方式逐漸升級(jí)成多種能源以及高比例可再生能源滲透的能源互聯(lián)網(wǎng)形式。當(dāng)前，對(duì)于能源結(jié)構(gòu)升級(jí)和能源優(yōu)化的解決措施有兩種：一種是減少不可再生能源的使用比例，增加可再生能源以及清潔能源的使用占比，另一種方式就是提高可再生能源以及不可再生能源的利用率，利用梯級(jí)形式或循環(huán)利用形式進(jìn)行資源整合和升級(jí)。含風(fēng)光儲(chǔ)的綜合能源系統(tǒng)將清潔能源比如風(fēng)能光能太陽能資源進(jìn)行整合，通過合理的配置規(guī)劃對(duì)能源進(jìn)行互補(bǔ)，使得能源之間可以進(jìn)行信息交流相互消納。

但是新能源并網(wǎng)會(huì)給電網(wǎng)帶來巨大的沖擊，電網(wǎng)負(fù)荷峰谷差日益增大，嚴(yán)重影響了電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。而這些問題的解決都有賴于儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用。所以有必要對(duì)各類儲(chǔ)能技術(shù)下的儲(chǔ)能容量規(guī)劃及其經(jīng)濟(jì)性分析進(jìn)行研究。

風(fēng)光儲(chǔ)多能互補(bǔ)新能源系統(tǒng)即通過多能互補(bǔ)、多元融合的思路，來對(duì)所轄區(qū)域的所以資源進(jìn)行分析、規(guī)劃、協(xié)調(diào)調(diào)度的系統(tǒng)，旨在滿足區(qū)域供電需求的同時(shí)提升資源利用率，以期實(shí)現(xiàn)整體經(jīng)濟(jì)最優(yōu)，是未來電力系統(tǒng)區(qū)域結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向，也是創(chuàng)建低碳產(chǎn)業(yè)鏈健康引導(dǎo)新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的有效途徑。隨著可再生能源發(fā)電在電源結(jié)構(gòu)中的比重逐步提高與儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，能源系統(tǒng)正從可再生能源低比例接入的低碳系統(tǒng)向高比例可再生能源主導(dǎo)的脫碳系統(tǒng)發(fā)展，“可再生能源發(fā)電+儲(chǔ)能系統(tǒng)”是未來能源系統(tǒng)的基本形態(tài)。可再生能源出力的不確定性使能源生產(chǎn)和消費(fèi)在時(shí)間上不完全重合，因此，依據(jù)可再生能源出力特性與規(guī)劃場(chǎng)景，選擇適合的儲(chǔ)能本體，配置合理的儲(chǔ)能容量，保障能量穩(wěn)定供應(yīng)，是可再生綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃的關(guān)鍵。

為充分考慮新能源大規(guī)模并網(wǎng)以及發(fā)電側(cè)規(guī)模化接入儲(chǔ)能對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行分析帶來的深刻影響，將結(jié)合電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中不同模塊功能不同的特點(diǎn)，建立含儲(chǔ)能的新能源電力系統(tǒng)運(yùn)行模型，為含有儲(chǔ)能的新能源電力系統(tǒng)運(yùn)行提供參考。

1 含儲(chǔ)能的新能源電力系統(tǒng)模型

儲(chǔ)能在電網(wǎng)側(cè)應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)如下：（1）儲(chǔ)能既可為電網(wǎng)供電，也可為電網(wǎng)提供負(fù)荷消耗。（2）為輸電線路提供無功支持，提高供電質(zhì)量、提高供電可靠性。（3）緩解線路阻塞，當(dāng)負(fù)荷高峰時(shí)，緩解電站上游輸配電設(shè)備的送電壓力;當(dāng)新能源出力尖峰時(shí)，緩解其下游輸配電的送電壓力。（4）延緩輸電設(shè)備擴(kuò)容升級(jí)。

儲(chǔ)能在新能源電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，如下圖所示，新能源發(fā)電裝置中，風(fēng)電通過交流到直流的轉(zhuǎn)化并入直流母線中;光伏通過直流逆變?cè)僬鞯倪^程，進(jìn)入直流母線中;而超級(jí)電容器等可調(diào)節(jié)可控負(fù)荷以直流逆變?cè)僬鞯姆绞竭M(jìn)入直流母線中。直流母線匯聚所有電能通過逆變器提供給交流負(fù)荷，一些直流供電負(fù)荷可以直接從直流母線中饋取電能。另一部分直流母線通過逆變作用進(jìn)入變壓器，然后進(jìn)入交流母線，匯入大電網(wǎng)中。交流母線中的電能一部分通過升壓變壓器進(jìn)入大電網(wǎng)中進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，另一部分供幾個(gè)交流負(fù)荷使用，通過整流的方式供給直流負(fù)荷。在電網(wǎng)運(yùn)輸?shù)倪^程中，通過峰谷的調(diào)度，需要一些蓄電池儲(chǔ)能進(jìn)行參與。在低谷時(shí)段消納多余的風(fēng)電和光電，在峰時(shí)段需要蓄電池向交流母線充電，供給大電網(wǎng)進(jìn)行正常的使用，防止頻率過低造成電網(wǎng)崩潰。

圖1 儲(chǔ)能在新能源電網(wǎng)中的應(yīng)用示意圖

Fig.1 Application diagram of ?energy storage in new energy grid

2 含儲(chǔ)能的新能源電力系統(tǒng)運(yùn)行框架

為充分考慮新能源大規(guī)模并網(wǎng)以及發(fā)電側(cè)規(guī)模化接入儲(chǔ)能對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行分析帶來的深刻影響，將結(jié)合電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中不同模塊功能不同的特點(diǎn)，建立含儲(chǔ)能的新能源電力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行框架。

首先構(gòu)建優(yōu)化運(yùn)行模型，對(duì)優(yōu)化運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行新能源功率波動(dòng)和調(diào)峰能力校驗(yàn)是判斷優(yōu)化運(yùn)行方法可行性的必要環(huán)節(jié)。根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷數(shù)據(jù)和所得優(yōu)化運(yùn)行結(jié)果結(jié)合相應(yīng)指標(biāo)進(jìn)行新能源功率波動(dòng)校驗(yàn)和調(diào)峰能力校驗(yàn)。通過校驗(yàn)之后，得到最優(yōu)運(yùn)行結(jié)果。

其次，根據(jù)優(yōu)化模型計(jì)算成本。新能源系統(tǒng)電量成本模型主要包括風(fēng)電電量成本、光伏電量成本、火電電量成本以及儲(chǔ)能成本四個(gè)部分，各個(gè)電源的電量成本的計(jì)算主要涉及到初始設(shè)備投資成本、運(yùn)行費(fèi)用成本等內(nèi)部因素，同時(shí)還涉及到環(huán)境保護(hù)等外部因素，含儲(chǔ)能電站的成本的計(jì)算還需要考慮儲(chǔ)能電站的應(yīng)用規(guī)模及其效能等因素。

3 ?結(jié)論

本文提出建立適用于高比例新能源系統(tǒng)的運(yùn)行分析模型，建立含儲(chǔ)能的高比例新能源系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行框架，再建立風(fēng)電、光伏、火電、儲(chǔ)能的成本模型，為風(fēng)-光-儲(chǔ)新能源電力系統(tǒng)運(yùn)行分析提供理論參考。

參考文獻(xiàn)

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