“双碳”目标下电力系统风电装机与投资发展动力学推演及分析

为推演“双碳”目标下风电的发展,利用系统动力学具有动态性、系统性的特点,建立了未来电力系统风电发展的系统动力学推演模型。通过历史数据验证了模型的有效性,通过仿真得到了未来风电发展趋势,并结合政策激励与技术发展过程,构建差异化场景分析不同条件下未来风电发电量、上网电量、风电消费占比及碳减排量。仿真结果表明,政策支持相比技术进步对风电装机发展及绿色证书市场交易的激励作用更强,对风电长期稳定发展具有显著的促进作用;技术进步相比政策支持对碳减排的效果更明显。同时,前期技术进步对于风电发电量、上网电量及消费量的促进作用要高于政策支持,并且在政策力度较低的情况下,高技术进步率在前期对风电投资积极性的影响要高于后期。     

基于实物期权理论的风电投资决策

与传统的能源发电投资相比,风电投资具有更大的投资风险.在目前的技术水平下,风电的大力发展离不开国家的政策扶持.无论对风电投资者而言,还是对风电投资政策制定者而言,均迫切需要一个可将风险量化的投资辅助决策工具.基于实物期权理论,文中建立了适用于中国风电投资环境的风电项目投资决策模型.该模型考虑了风电上网电价的不确定性、风电场投资及运行成本、投资政策、投资时机等因素.算例分析表明该模型可为投资者选择合适的投资时机提供决策参考,另外还可作为政策制定者制定合理投资政策的量化分析工具.     

低碳经济下风火互济系统日前发电计划模式分析

风电是最具竞争力的低碳能源之一,是推动低碳经济发展的重要力量。考虑风电机组出力特点,关注风电低碳效益的发挥,研究了风电机组与火电机组协调运行的问题。通过引入CO2价格指标,建立了风火互济系统运行的综合最优模型。从风能利用原则、日前发电计划优化目标、风电参与日前调度的方式3个方面提出了含风电的5种典型日前发电计划模型。在典型风火互济系统中对各模式进行了比较,并深入讨论了CO2价格、不同风电接入水平对模型的影响。结果表明,优先调度风电但允许少量弃风将显著提高中国风火互济系统整体效益,该模式优于全额接纳风电的模式;通过引入CO2价格机制,以经济和环保并重的计划模式优于传统的以发电经济性为目标的模式;当CO2价格达到一定水平,风电机组与常规机组平等参与日前发电计划可实现真正意义上的系统运行经济性与环保性的综合最优。     

考虑电价补贴政策的风电投资决策模型与分析

风电项目初始投资规模大,上网电价水平高,风电的高速发展需要政府相关财税政策的支持。首先,假设上网电价与单位容量投资成本波动服从几何布朗运动;其次,基于实物期权理论,在上网电价与单位容量投资成本不确定的情形下,考虑存在风电电价补贴,建立了风电项目投资决策模型,以确定风电项目的最优投资时机。该模型考虑了风电电价补贴水平、风电电价补贴有效期、上网电价波动率、单位容量投资成本波动率等投资决策因素。算例结果表明该模型可为风电项目投资者选择合适的投资时机提供决策参考,还可作为政策制定者制定合理的投资促进政策提供量化分析工具。     

基于随机性动态规划方法的风电最优投资时机决策

针对当前我国风力发电产业出现的问题和风险现状,基于随机性理论和动态规划方法,建立了风电项目投资决策模型。该模型综合考虑了风电项目投资的各种不确定性风险因素。并经算例分析表明该模型可为风电开发商选择合适的投资时机提供决策参考,还可作为政策制定者制定合理投资政策的量化分析工具。     

风电参与的非常规调峰服务市场交易理论

大规模风电并网后,负荷低谷期大量弃风成为电网运行的普遍现象。从机制层面分析了产生弃风现象的根源,提出在现有上网电价制度下,通过市场化的调峰服务定价机制来激励发电企业主动参与调峰、引导风电随电网调峰接纳能力合理发展。在此基础上,通过风电弃风机理的剖析,基于现有调峰管理模式,设计了风电参与的非常规调峰服务交易理论基本框架,并对其中的核心问题及解决方案进行了讨论。风电参与的非常规调峰服务市场既可产生调峰价格信号,激励调峰并引导风电与调峰电源协调发展,还可保证电网经济运行,且与现有风电扶持政策相兼容。     

计及可靠性的跨地区交易统一输电定价模型

结合中国跨地区输电交易、电力体制及价格政策环境,构造了输电系统可靠性影响的评估指标,建立了计及可靠性的跨地区交易统一输电定价模型。该模型包括二层结构:一是深入分析输电成本,提出了长期边际输电可靠性成本的计算方法,基于电网使用程度和长期边际输电可靠性成本,构建了计及可靠性的用户输电定价模型;二是综合考虑输电线路的投资及可靠性贡献,建立了电网运营商输电收益分配模型,构造并引入了过度投资惩罚基金的经济激励模型。该模型采用统一定价机制,克服了多级叠加和点费率定价不能清晰反映跨区域交易对电网的使用份额的不足,定价公平,结算简单透明;可靠性分量的引入能够为市场成员提供输电阻塞的经济信号,有效引导输电投资和使用。IEEE 57节点算例验证了其有效性与合理性。     

风电企业参与电力市场研究综述

随着我国风电能源高速发展和电力市场体制改革不断推进,研究风电企业如何适应完全竞争的电力市场改革具有重要的现实意义。首先,对现有政策展开分析讨论,对比各激励政策的优劣,并给政策制定者提出相关建议。然后,围绕集中式风电的电量交易、辅助调节及风险转移的市场运营模式进行阐述,为风电企业参与市场竞争提供参考,有利于引导风电企业采取市场决策。同时,归纳分布式风电在市场消纳的配套机制和技术支撑。最后,总结风电参与电力市场中的关键问题并作出展望。     

计及排污权交易和多种不确定性的发电投资决策

排污权交易实行后,增加了发电投资的不确定性,传统的净现值分析法已经无法满足投资决策的需要。文中采用广义自回归条件异方差模型描述电价、燃煤价格、天然气价格、CO2排污权价格和碳捕集与封存(CCS)处理价格,根据实物期权理论,将多种不确定性因素综合,建立了实物期权模型,分析了发电投资者在面临电价、燃料价格、排污权价格、政策变动、CCS技术发展等不确定性时,如何选择投资于传统的燃煤发电、联合循环燃气轮机(CCGT)机组还是风电、核电等新能源机组。最后,采用蒙特卡洛模拟法确定各种选择的项目价值和投资时间,验证了模型的有效性。     

风火调峰权交易促进风电再次接纳研究

系统调峰能力不足导致负荷低谷时期风电场大量弃风,成为制约风电接纳水平的主要原因之一,调峰权交易可以激励火电机组发挥调峰潜力,为风电提供消纳空间。将风电引入调峰权交易模型中,提出风电参与调峰权交易的市场模式,分析火电机组调峰权交易成本和风电场调峰权交易效益,建立以社会效益最大和风电再次接纳量最大为多目标的调峰权交易模型,并采用多目标粒子群优化算法对模型进行求解。IEEE 14节点测试系统的仿真结果验证了所提模型的有效性。     

排污权交易实施后的发电投资项目价值评价方法

发电投资项目具有不确定性因素多、决策难度大的特点,而节能减排、排污权交易等措施的实施会在相当程度上影响发电投资项目尤其是火电等非清洁能源项目的价值,从而进一步增加了发电投资项目评估的复杂性。在此背景下,针对排污权交易实施后的电力工业环境,提出一种新的发电项目投资评价方法,建立了相应的实物期权模型,采用最小二乘蒙特卡洛方法获取项目价值及最优投资时机,最后通过算例分析了市场因素和监管措施对发电投资的影响。     

参与多元耦合市场的电-气综合能源系统低碳经济调度

为进一步提升综合能源系统（IES）绿电消纳水平,减少CO2排放量及降低系统运行成本,提出一种计及绿证交易与碳交易交互机制下的IES低碳经济调度模型及其求解方法。首先,对传统阶梯式碳交易机制进行改进,并根据绿色证书碳减排原理,提出一种绿证-碳交易交互机制,即通过冗余绿色证书联动碳交易与绿证交易的耦合市场机制;然后,以系统总成本最小为目标,结合低碳技术,构建绿证-碳交易交互机制下计及碳捕集、利用与封存（CCUS）技术的电-气互联综合能源系统优化调度模型;最后,以IEEE39节点电网、比利时20节点气网构成的电-气互联综合能源系统为例进行仿真研究,结果表明所提方法在提高风电消纳的同时,可显著减少CO2排放。     

计及碳交易的光热电站与风电系统低碳经济调度策略

为保证系统在低碳环保的前提下兼顾风电消纳与经济运行,提出一种考虑碳交易机制的光热电站与风电系统低碳经济调度策略.从低碳技术与低碳政策2个角度出发,将低碳手段与市场机制相结合,搭建考虑碳交易的光热电站与风电系统运行框架,并分析其运行机理;以火电出力承担基荷,建立以综合成本最低为目标的低碳经济调度模型,统筹系统低碳性与经济性;采用西北电网实测数据并在改进的IEEE 30节点系统中进行仿真验证,仿真结果验证了所提策略可有效降低碳排量,提高风电消纳率并降低系统的综合成本.     

计及光热电站与风氢系统互补运行的低碳经济调度策略

为促进风能高品质利用、降低系统的碳排放水平，提出一种光热电站与风氢系统互补运行方式：将系统弃风作为制氢的电力来源以实现同节点下两者的光热-氢耦合。分析了光热电站中不同电转热环节对系统低碳经济效益的影响，将电转气的氢能利用阶段分为CO2甲烷化和氢燃料电池运行，二者作为低碳技术的有效手段，辅之以绿证-碳交易机制的低碳市场政策，进一步挖掘联合运行系统的减排能力；以系统综合运行成本最低为目标建立低碳经济调度模型，再利用McCormick方法将混合整数非线性优化问题转化为混合整数线性优化问题，并运用CPLEX求解器对模型进行求解；在改进的IEEE 30节点系统上进行仿真验证，通过多场景的设置，对比验证所提策略的有效性。     

基于复合实物期权的燃煤电厂碳捕获与储存投资决策研究

碳捕获与储存（CCS）作为国际社会应对气候挑战的重要选择具有多期性和不确定性。考虑CCS投资决策的阶段性特点,建立燃煤电厂CCS投资的两阶段复合实物期权决策框架。在分析CCS投资过程中示范和商业化运营2个阶段中期权选择的相互影响并考虑碳交易价格、燃料价格、投资成本等不确定因素的基础上,运用复合期权二叉树模型对考虑不确定性问题的项目投资价值进行了评估,并通过算例分析了该模型在CCS投资决策中的应用,得出了不同政策补贴条件下碳交易价格的投资临界值,为燃煤电厂CCS投资决策提供了理论依据。     

含P2G的电—气互联网络风电消纳与逐次线性低碳经济调度

电转气(P2G)技术具有弃风消纳和碳捕获的能力,是电—气互联网络(IEGN)实现能源清洁低碳化利用的重要支撑技术。基于P2G的技术特性,首先分析了P2G消纳弃风与低碳协同机理,并结合碳交易市场的背景,提出了P2G的碳交易市场激励机制,建立了IEGN综合碳成本模型。进而计及P2G碳原料成本、天然气网动态管存特性,搭建了IEGN日前低碳经济调度模型。模型目标函数以弃风罚系数作为协同参量,实现对低碳经济成本最小和最大风电消纳两目标的协同。针对模型强非线性的特性,提出了改进的逐次线性化方法对模型进行线性化求解。算例仿真表明,气网动态管存特性和碳交易激励对提升P2G运行空间、提高系统弃风消纳和低碳效益具有积极作用,而所提的改进逐次线性化法在保证计算精度的同时可提升求解效率。     

基于期望效用-熵的风电交易风险控制方法

在逐步开放的电力市场环境下,发电商可通过在合约市场以及现货市场等不同类型的市场中合理分配交易电量来规避交易风险。在此背景下,针对溢价机制下风电商在电力市场中的电量分配问题,综合考虑了现货电价的不确定性、风电出力的波动性以及风电商对风险的喜好程度等因素,提出了基于期望效用&-熵的风电商电量分配决策模型。应用该模型,对风电商在年度合约市场、月度合约市场以及现货市场3个市场的总发电量分配进行了计算。计算结果表明：该模型能够反映风电商对市场风险的偏好程度改变时的决策特征,可使风电商在获得其期望收益水平的同时降低交易风险。     

考虑源荷两侧不确定性的含风电电力系统低碳调度

大规模风电并网是实现电力低碳环保发展的必然趋势,而风电与负荷的随机波动性对系统的影响不容忽视。提出一种考虑模糊机会约束的低碳型经济调度模型,同时计及源荷两侧不确定性对含风电电力系统低碳调度的影响。将阶梯型的碳交易成本引入目标函数中,旨在降低系统碳排放量,提高系统风电消纳量。针对风电并网后系统的不确定因素,引入模糊机会约束,将确定性约束松弛为含有模糊变量的系统约束,利用梯形模糊参数将其清晰化处理,并通过CPLEX对模型进行求解。算例分析表明所提模型可有效提高风电消纳水平以及降低碳排放。     

基于系统动力学的发电行业市场型碳减排政策影响分析

在碳减排和电力市场改革的背景下,发电行业市场型碳减排政策对电力市场改革进程及碳减排效果具有显著的影响。为此以发电行业的市场型碳减排政策为研究对象,构建了基于绿色证书交易市场、碳排放权交易市场、发电权交易市场及电力市场间的系统动力学模型,分析不同政策情景下,其对碳减排及电力市场的影响。结果表明：绿色证书交易市场对可再生能源发展具有明显的促进作用;碳排放权交易市场对火电发展存在抑制作用,且提高了上网电价;而发电权交易市场则能够缓解电价和碳价上涨,但会冲击绿色证书市场,导致绿色证书价格下跌。     

电力联营体模式下计及排污权交易的跨期多市场均衡

排污权交易是一种限制排污的市场化手段.由于火力发电厂是主要的排污源,排污权交易的实施会增加其生产成本,从而影响其在电力市场中的收益,进而影响未来发电投资决策和整个电力工业的运行.在此背景下,研究了存在排污权交易情况下多个竞争者参与的跨期能量市场、备用市场、输电权交易市场和排污权市场的博弈均衡问题,建立了综合互补模型,描述为混合线性互补问题.考虑的市场参与者包括发电公司、输电权拥有者、市场套利者和电力用户.最后,用算例说明了所提出的模型和方法的基本特征.