“双碳”目标下风氢联合系统参与现货市场的优化运行与效益分析

“双碳”目标下,电力现货市场成为消纳新能源的重要平台。由于新能源出力具有波动性和不确定性,高比例新能源进入电力市场后将带来新的挑战。电转氢(power to hydrogen,P2H)作为绿色低碳的灵活性调节资源,能够为新能源大比例入网提供新的途径。首先在新能源场站报价报量参与电力市场与常规机组同台竞价的基础上,构建了包含日前和实时两级的上层电能量现货市场竞价交易优化模型。其次对含有P2H的风电场出力进行优化,构建了下层风氢联合系统实时优化模型。最后以改进的IEEE 30节点系统为例分析了“双碳”目标下高比例风电参与现货市场带来的电价波动风险,研究了风氢联合系统参与现货市场的经济性。结果表明风电场配备一定规模的P2H设备能够有效减少风电不确定性给现货市场带来的电价波动风险,提高风电利用率,实现氢的廉价制取,在经济上具有一定可行性。     

考虑电动汽车虚拟电厂灵活性和高比例光伏接入的配电网规划

以包含高比例光伏和规模化电动汽车(electric vehicle,EV)的配电网规划为研究对象,首先对电动汽车虚拟电厂进行灵活性量化,然后建立了综合考虑电动汽车虚拟电厂灵活性与高比例光伏接入的配电网规划模型。模型以配电网线路年综合投资成本最小为目标,同时兼顾新能源消纳、储能系统投资成本和电动汽车虚拟电厂灵活性补偿成本,以期在提升配电网规划经济性的同时实现电力系统“削峰填谷”,并提高光伏出力消纳率。最后以IEEE RTS-24节点配电网系统为例进行仿真验证,算例表明,所提规划模型利用储能系统和电动汽车灵活性降低了系统的规划运行成本,并提高了配电网内部光伏电站的消纳率,能够对未来包含高比例可再生能源和虚拟电厂灵活性资源的电力系统规划提供借鉴和参考。     

考虑电动汽车虚拟电厂灵活性和高比例光伏接入的配电网规划

以包含高比例光伏和规模化电动汽车(electric vehicle,EV)的配电网规划为研究对象,首先对电动汽车虚拟电厂进行灵活性量化,然后建立了综合考虑电动汽车虚拟电厂灵活性与高比例光伏接入的配电网规划模型。模型以配电网线路年综合投资成本最小为目标,同时兼顾新能源消纳、储能系统投资成本和电动汽车虚拟电厂灵活性补偿成本,以期在提升配电网规划经济性的同时实现电力系统“削峰填谷”,并提高光伏出力消纳率。最后以IEEE RTS-24节点配电网系统为例进行仿真验证,算例表明,所提规划模型利用储能系统和电动汽车灵活性降低了系统的规划运行成本,并提高了配电网内部光伏电站的消纳率,能够对未来包含高比例可再生能源和虚拟电厂灵活性资源的电力系统规划提供借鉴和参考。     

考虑碳捕集电厂综合灵活运行下的含P2G和光热电站虚拟电厂优化调度

为了实现电力系统能源低碳化,大力发展碳捕集与封存技术和风光等新能源是低碳化的重要举措。但碳捕集电厂的最小出力技术约束和风电的反调峰特性限制了风电消纳和碳减排,利用碳捕集灵活运行方式下储液罐进行“能量时移”和“碳转移”,间接消纳风电和减少碳排放。利用碳捕集设备捕集的CO₂作为电转气原料,降低碳封存成本和电转气成本,进一步消纳弃风电量并获得售气收益。由于负荷具有早晚高峰特性,因此利用含储热式光热电站的良好调峰性能将白天的部分热量转移至晚高峰发电,缓解系统调峰压力。为此,文章构建了碳捕集电厂综合灵活运行下含电转气和光热电站虚拟电厂优化调度模型。并运用Matlab软件中YALMIP工具包中的商用求解器Cplex对模型进行优化计算。仿真结果表明,所提模型能进一步减少弃风、减少碳排放和缓解调峰压力。     

支撑碳中和目标的电力系统源-网-储灵活性资源优化规划

2020年9月,中国提出将努力争取2060年前实现碳中和。大力发展风电、光伏高比例并网的新能源电力系统,是实现碳中和目标的重要途径。由于新能源发电具有波动性和随机性,因此需要提升系统灵活性以保障高比例新能源电力系统的安全、可靠和经济运行。以实现2060年碳中和目标为边界,采用内嵌全年8 760 h全景时序生产模拟的电力规划模型与方法,考虑各类灵活性资源约束,从不同时间和空间尺度统筹优化新能源电源、储能及电网互联容量,为实现碳中和目标提供可行方案。在此基础上,开展系统弃电率、新能源电源装机、储能配置及电网互联容量灵敏度分析,进一步论证模型方法的有效性,并量化分析高比例新能源电力系统源-网-储协同规划的效益。     

面向高比例新能源接入的电氢耦合系统设想及分析

高比例新能源接入电力系统,其高随机性与波动性将造成系统“源-荷”结构失衡,且高比例电力电子化将导致传统电力系统以同步发电机和机电动态特性为基础的技术特性发生深刻变化。为此,提出了一种采用“送端绿电离网外送-受端离网制氢-氢燃气并网发电”模式的电氢耦合系统,即在送端将新能源电力汇集接入至与交流电网无电气联系的直流输电网络中,在受端满足电解水制氢直流负荷并通过氢燃气发电方式支撑交流电网,从而将大量新能源消纳和新增“西电东送”需求与送端/受端交流电网解耦。所提电氢耦合系统不仅能改善系统电力电量平衡,促进高比例新能源消纳,还能够保障电力系统的安全可靠运行,可为我国高比例新能源电力系统的演进方向提供参考。     

电力批发市场设计的经济学原理

电力批发市场构建是电力市场化改革的出发点和归宿,应基于经济学视角讨论其设计原理。电力是系统实时集成的产品,电力系统的安全、可靠是电力市场运行的物质前提。但电力市场的本质是经济关系,是竞争性电力交易关系的构建和制度安排。单向竞争的市场与双向竞争的市场之间,交易者之间的关系不同,交易中的“权、责对等”方式不同,进而能量市场的构架、主能量的现货出清机理等,也有明显差别。由此而导致两种不同的电力批发市场模式：一种是“单边（向）交易”,通称“强制性电力库”;另一种是“双边（向）交易”,也称“双边（向）交易+平衡机制”。电力市场的顶层设计,应以交易关系的构建为起点,以“权、责对等”为基本的逻辑主线,在制度的成本与收益比较基础上,选择“性价比”高的交易模式。     

对中国新能源消纳问题的分析与建议

近年来,中国新能源消纳矛盾日益突出,2015年弃风弃光电量创历史新高,主要集中在“三北”地区。基于大量调研数据,在分析“三北”地区新能源运行消纳情况的基础上,深入分析新能源消纳困局原因,提出了促进新能源消纳、缓解当前弃风弃光问题的建议。分析表明：加强电网建设是解决新能源消纳的坚实基础,实施热电机组电热解耦是解决新能源消纳的有效手段,完善相关政策是解决新能源消纳的制度保障,市场和计划并重是解决新能源消纳的根本途径。     

碳中和背景下西部新能源传输的电氢综合能源网构想

在碳中和背景下,未来40年中国电力系统将发生更深度的低碳转型,如何构筑足以支撑高电气化社会庞大用能需求的低碳化运行模式给传统电力系统带来了巨大挑战.文中在探讨发电低碳化给电网带来的挑战和未来可能的技术应对方案的基础上,针对未来中国西部高比例新能源电源的大范围汇集、远距离送出和间歇性电能消纳问题,给出了与之相适应的电氢综合能源网的构建原则,提出了近期和远期西部电氢综合能源网初步方案及相应的关键技术需求.研究表明:基于电压源换流器的直流电网技术以及氢能与电力系统结合的电氢综合能源网有望成为中国碳中和目标下实现西部大规模新能源开发的可行技术解决方案之一.     

考虑灵活性供需平衡的含电转氢综合能源系统鲁棒优化调度

高比例新能源含电转氢综合能源系统中,新能源不确定性对系统产生较大冲击与影响,系统灵活性充裕度成为必须考虑的因素。因此,提出一种考虑灵活性供需平衡约束的含电转氢综合能源系统鲁棒优化调度方法。建立含电转氢综合能源系统各类灵活性资源供需模型,对各类灵活性资源调节能力进行了描述。采用鲁棒优化中基数性不确定集合方法描述风电预测误差,将风电预测误差和经济调度决策者视为博弈的竞争。依据零和博弈理论,建立计及灵活性供需平衡的含电转氢综合能源系统鲁棒优化模型。在鲁棒优化的基础上,分析了系统内新能源不确定性及灵活性供需平衡对于系统的影响。对东北某实际含电转氢综合能源系统的仿真分析表明,所提方法可有效应对风电出力的不确定性,兼顾系统的经济运行和灵活性。     

面向灵活性的电能量与辅助服务日前市场联合出清模型

电能量和辅助服务日前市场作为支撑电力系统短期运行灵活性的主要交易平台,其出清模型关系到对灵活性资源的有效激励和利用效率。结合电力系统对灵活性电力资源的需求,分析了传统机组组合模型对灵活性资源利用效率的影响,提出了一种面向系统灵活性的日前市场联合出清模型。模型将爬坡变量纳入决策变量,考虑了机组启停过程出力、优化时间间隔、辅助服务调节方向等因素对系统灵活性的影响,实现了不同交易品种的联合出清。对含可再生能源、核电和储能系统的电力系统进行了案例分析,结果显示该方法可以体现不同灵活性资源的性能差异,更好地适应高比例可再生能源系统的需要。     

电池储能提高电力系统调频性能分析

针对同功率电池储能系统对火电机组调频替代能力量化不明确的问题,通过分析对比电池储能系统与火电机组调频的原理,确定储能调频在频率响应稳定性和快速性方面的优势。从调差系数出发,分析储能对高比例可再生能源调频系统的影响,确定同功率储能对火电机组在提升调频效果方面的优势。定义了储能调频替代的功率和能量指标,并提出储能提高频率最低点的替代指标。最后,根据所提出的相关定量指标,以中国东部某区域电网系统为例,分析了不同扰动场景下多时间尺度的储能的替代能力,验证了电池储能对火电机组的高替代能力。     

考虑天然气混氢的园区综合能源系统电制氢优化配置

电制氢和天然气混氢技术在促进可再生能源消纳、降低系统碳排放量方面具有良好的理论研究和工程应用前景。面向含高比例可再生能源的园区综合能源系统,提出一种计及天然气混氢及跨季节存储的电制氢优化配置方法。首先梳理了含氢园区综合能源系统的运行框架和能量流动关系,建立园区内部能源生产、转换与存储设备的数学模型,其次以设备的年化投资成本、园区综合能源系统的年度运行成本和碳交易成本最优为目标,提出电制氢优化配置模型。最后通过算例分析表明电制氢及天然气混氢技术的引入可提升可再生能源的消纳能力,降低系统的整体经济成本和碳排放量,并分析了电解槽投资成本、混氢体积分数上限以及经济性和低碳性成本权重系数变化对规划运行结果的影响。关键词：园区综合能源系统;电制氢;天然气混氢;碳交易;跨季节储氢;优化配置 中图分类号：TM732     

促进可再生能源电力接纳的技术与实践

我国已成为可再生能源发电装机规模与发电量最大的国家,可再生能源电力接纳问题日益突出,寻求该问题的解决方案将是"十三五"期间的重大任务。为此,该文从电力系统整体出发,分别从电网侧、发电侧及用户侧,梳理了促进可再生能源电力接纳的技术现状,总结了其技术特征与国内外实践经验,为我国"十三五"期间可再生能源接纳格局的改善提供借鉴。在电网侧,特高压输电技术、柔性直流输电技术、电网智能化技术将为我国可再生能源在更大范围的接纳提供坚强纽带,实现发电侧与用户侧间更为灵活、紧密的联系;在发电侧,常规机组的灵活调节技术、可再生能源的精细预测及主动控制技术、大规模储能技术将推动我国各类电源运行方式的深度转变;在用户侧,可再生能源电力供热、需求侧响应与虚拟电厂等技术将为终端用户主动、柔性地调节自身负荷、更多地使用可再生能源电力提供解决方案。依托特高压输电技术、融入大市场,实现可再生能源最大范围的优化配置,将是适合我国国情的重要选择。     

提升新能源电力系统灵活性的中国实践及发展路径研究

为了实现新能源高占比下的电力供需平衡,提升电力系统的灵活性显得十分重要。首先定性定量分析中国新能源电力系统在电源侧、电网侧和负荷侧对灵活性的不同需求。其次,归纳总结新能源电力系统灵活性的技术体系,介绍主要技术在中国已经开展的具体实践和效果。然后,根据国家能源转型目标,提出电力系统灵活性中长期目标和衡量灵活性进程的主要指标。最后,为了达成上述目标,从灵活性电源、灵活性电网、灵活性负荷和数字电网平台四个方面设计了发展路径。     

碳中和愿景下考虑电氢耦合的风光场站氢储能优化配置

由于新能源出力具有波动性和间歇性,其直接接入电网会影响电力系统的安全稳定。为促进可再生能源消纳,可通过发展电氢耦合的氢储能系统解决此问题。为此,针对发电侧新能源风光场站的氢储能容量优化配置问题,以氢储能投资成本最小、系统累计跟踪计划误差最小和二氧化碳减排量增量最大为目标,以场站弃电率和实际场地面积为约束,构建了氢储能多目标优化配置模型。采用带精英策略的非支配排序的遗传算法和熵权法相结合的综合算法求解模型的最优折衷解。最后,以中国甘肃某风光场站为例,验证了所提模型与算法的有效性。结果显示:面向200 MW光伏和400 MW风电的可再生能源基地,200 kW电解槽、6 kg储氢罐及200 kW燃料电池的最佳配置数量分别为268、291和222个,所提氢储能系统积极响应了调度指令并大幅度降低了弃电率。     

计及多种灵活性约束和基于时序模拟的广域电力系统源-网-储协同规划方法

随着全球大规模风电、光伏的持续开发,系统的净负荷波动不断增加,迫切需要建立可量化而又高效的广域电力系统优化规划模型,促进广域范围多种灵活性资源规划研究.首先,以简化的机组组合模型为基础,建立计及多种灵活性资源出力约束和基于时序的生产运行模拟模型,以系统总成本最低为优化目标,考虑多种投资决策和生产运行约束,最终优化出系统...     

新能源集中并网下大规模集中式储能规划研究述评

随着新能源的大规模集中式并网,新能源的消纳难题愈发突出。作为高比例可再生能源电力系统中的重要组成部分和关键支撑技术,储能的规模化应用有利于提升系统的灵活性、经济性及安全性。然而,当前综述多是侧重于对储能技术归纳总结,很少对储能规划方法,特别是大规模储能在源-网侧配置方法进行全面的梳理。因此,首先对大规模储能纳入电力系统规划后整体影响进行分析,总结归纳出储能在电力系统中的应用场景,并分析储能的引入对规划问题建模的影响;然后,分别从大规模储能源侧/网侧规划以及考虑大规模储能的源网协调规划两个方面展开论述;最后,探讨当前大规模储能规划的重点问题,并对其前景做出展望。     

考虑制氢储能参与的互联电力系统优化调度研究

在能源互联网背景下,可再生能源发电并网比例快速增长,而由于风电出力特性等因素的影响,风电并网时出现大量弃风,未能实现全消纳。以减少弃风为前提,运行成本和环境成本最小为目标,构建含制氢储能的电–气综合能源日前经济调度模型。通过对比系统中制氢储能单元参与前后的弃风电量、运行成本和环境成本,验证了制氢储能对减少弃风,提高系统经济性和环保性的作用。仿真算例表明:构建的电–气综合能源系统,在很大程度上实现了风电全额消纳,且制氢储能的参与使整个系统的经济性和环保性都有所提高。在能源互联网的背景下,该模型的提出对系统能够经济、环保地运行具有重要意义。     

电力系统柔性一次设备及其关键技术：应用与展望

随着电力系统对一次设备可控性和灵活性要求的提高以及电力电子技术的快速发展,电力电子设备在电力系统中的诸多领域应用不断加强。文中将电力系统中基于电力电子技术的一次设备归纳统称为"柔性一次设备",并以此角度评述了柔性交流输电、柔性直流输电、可再生能源发电、电力储能以及主动配电系统与微电网等领域中的柔性一次设备的国内外最新研究进展和工程应用情况,分析了其共性关键技术,并对其未来技术发展进行展望。