高比例新能源發電系統儲能需求優化方案

郝曉明，陳燕龍，孔鋒超

中國三峽新能源（集團）股份有限公司河北分公司，河北 石家莊 050000

0 引言

高比例新能源發電系統分析儲能需求方面主要圍繞抽水蓄能、空氣壓縮、電化學儲能等展開，在深入研究電站容量效益、電量效益、調峰成本效益與分析模型方面都具有較大優勢。目前，高比例新能源發電系統已經被應用在我國西北地區，在電網中發揮了調頻、調峰等功能，真正構建了儲能與電網一體優化模型。

1 整體思路

目前，高比例新能源發電系統在儲能需求優化方面建立了儲能雙層規劃模型，其中外層主要配置了儲能容量，內層則用于優化儲能充放電功率。整體而言，即利用生產模擬程序計算電網發電系統在不同場景中的儲能需求，并建立綜合優化模型對儲能設備進行運行規劃優化。通過運用仿真算例，確保模型被應用于系統，以提高風電接入的能力?？紤]到發電系統本身具有預測誤差，因此在保證經濟效益的同時，需提升微電網的并網能力，建立專門的儲能服務市場生產機制，并提出典型的儲能配置案例，最終構建儲能隨機規劃技術機制與方法，基于系統期望運行成本基礎上優化平均值最小模型。

在建立高比例新能源系統的過程中，需要分析儲能需求與效益評估模型，了解生產仿真模擬過程，最終形成儲能效益分析模型，對不同類型的儲能容量效益與電量效益進行分析，折算形成經濟指標，從而對儲能成本進行對比，保證研究結果為電站儲能容量優化創造有利條件[1]。

2 優化方案

在分析高比例新能源發電系統儲能需求優化過程中，首先全面分析儲能容量需求與類型，然后建立生產模擬數學模型，最后評估儲能效益。

2.1 分析儲能容量需求與類型

在電站規劃水平年內系統的凈收益最大目標過程中，需要提出針對電站優化規劃的啟發式計算方法，并明確其具體計算流程。

首先，利用生產仿真模擬程序，深度分析系統新能源棄電量與棄電時段的具體分布情況，確定高比例新能源系統儲能電站的基本容量需求。在針對新能源消納配額過程中，需要計算新能源門檻值約束機制，將新能源棄電率始終保持在5%以下。

其次，在系統供電可靠性水平不變的基礎上，計算儲能電站投入運行過程，結合系統分析降低火電裝機與煤耗情況。在分析不同類型儲能電站容量效益過程中優化提升電量效益，進而獲得不同儲能類型的凈效益。

最后，對不同儲能類型的凈效益進行有效排序，最終選擇最合適的優秀儲能類型，滿足容量變化需求。

2.2 建立生產模擬數學模型

首先需明確目標函數，確保在滿足負荷需求約束的基礎上減少新能源發電煤耗，并通過目標函數確定儲能容量需求。具體而言，就是在生產模擬過程中，計算區域內電網新能源棄電量與棄電率，明確電網新能源儲能運行方式，并對儲能電站規模序列進行排序。在生產模擬過程中，需計算不同儲能電站的基本容量效益與電量效益，同時比較不同儲能凈效益成本，確保做到從大到小排序，完成排序計算過程。在建立節點集合過程中，需要分析節點集合內容，了解生產模擬數字模型約束條件，主要對系統平衡約束、電站、機組運行約束內容進行分析，建立完整的儲能約束機制，分析充電功率。其計算公式[2]為

2.3 評估系統儲能效益

在高比例新能源系統中需要加入儲能機制，可以有效減少新能源棄電量，同時減少火電廠發電量與燃料消耗成本，并折算成經濟指標，展開相應計算，了解系統全年耗煤量與標煤單價。在儲能電站投入運行后，有效減少了高比例新能源系統常規電源的裝機容量，計算在可靠性水平不變條件下儲能電站的運行效果，有效降低火電裝機指標，并折算形成經濟指標，有助于延長火電機組的整體壽命。高比例新能源系統儲能電站替代容量原理示意圖[3]如圖1所示。

圖1 高比例新能源系統儲能電站替代容量原理示意圖

在儲能單位容量的年運維成本系數分析過程中，需要了解儲能年發電量，以及儲能大于或小于零兩種情況，如果大于零，說明儲能可以產生經濟效益；如果小于零，說明儲能難以產生經濟效益[4]。

3 實例分析

以國內某地區高比例新能源發電系統儲能需求進行優化分析，需要提出需求優化算例，結合基礎數據與技術經濟指標分析不同儲能類型。其中，對于負荷指標類型的分析指標內容，最大負荷應達到29 000 MW，電量需求最大達到2×1011kW·h，利用小時數7 000 h。在儲能容量需求進行分析過程中，按照新能源機制中的棄電控制率進行分析（＜5%），做到對儲能容量的逐步增加，以滿足新能源棄電約束要求[5]。

第一，必須針對同一儲能裝機容量進行分析，因為伴隨儲能時長的不斷增加，棄電率會相應降低。針對同一儲能時長進行分析過程中，需了解儲能裝機容量的增長棄電率變化，可知其整體變化趨勢是逐步走低的[6]。

第二，必須對儲能裝機容量＜3 000 MW這一狀況進行分析，確保其儲能時長控制在10 h以內?？紤]到新能源的棄電率較難降低至5%以下，因此需要對系統儲能需求進行全面分析，分析在系統裝機儲能選定3 000 MW時的儲能時長，將儲能時長控制在7 h內為最理想結果，可滿足系統儲能需求全面優化。

第三，需分析高比例新能源系統的儲能成本效益，測算在不同類型基礎上的儲能效益變化，并對不同儲能類型進行分類排序?？紤]到儲能效益發揮不同，提出系統儲能策略：當電站高比例新能源系統電網中存在新能源棄電情況時，要對起點發生時的儲電情況進行分析，如系統不棄電且火電持續輸出電能壓力過程中的發電騰空情況，結合新能源棄電情況分析儲能電站變化，有效降低棄電率不良效果。在這一過程中，需合理把握儲能與發電功能切換模式，以滿足全系統最優運行技術目標，解決調度運行技術風險較高問題[7]。

4 結束語

高比例新能源系統的儲能需求、成本都相對較高。為此，文章研究了一種高比例新能源系統的儲能需求優化方案，優化系統儲能效益，以解決抵扣高額成本所帶來的電能生產傳輸經濟性表現較差等問題。通過對不同類型系統儲能、電站凈效益的全面對比與優化，確保電站新能源生產過程中充分發揮技術優勢，提高企業的經濟效益。