本文利用含儲(chǔ)熱光熱電站靈活可控的出力特性，以削減接入大規(guī)模風(fēng)電后調(diào)峰問(wèn)題帶來(lái)的影響，并引入條件風(fēng)險(xiǎn)價(jià)值（CVaR）來(lái)度量不確定性因素給調(diào)度運(yùn)行帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)損失，以系統(tǒng)總調(diào)度成本和風(fēng)險(xiǎn)成本最低為目標(biāo)，建立計(jì)及CVaR的含儲(chǔ)熱光熱電站和風(fēng)電的電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型。最后分析了不同風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)、儲(chǔ)熱容量對(duì)優(yōu)化調(diào)度結(jié)果的影響。

? DOI: 10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.181958 ?

研究背景

近年來(lái)，隨著風(fēng)光等可再生能源的持續(xù)快速發(fā)展，部分地區(qū)因電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力不足而出現(xiàn)較為嚴(yán)重的棄風(fēng)、棄光現(xiàn)象。隨著未來(lái)可再生能源的進(jìn)一步開發(fā)，實(shí)際消納問(wèn)題將更加嚴(yán)峻。含儲(chǔ)熱的光熱電站作為一種可調(diào)度的可再生能源發(fā)電技術(shù)，其接入系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)高比例可再生能源消納提供了新的技術(shù)手段。與光伏發(fā)電不同，光熱電站中的儲(chǔ)熱系統(tǒng)可以將收集的熱能進(jìn)行存儲(chǔ)，使其具有較為靈活的調(diào)節(jié)性能，可為電網(wǎng)調(diào)峰提供支撐，用以解決大規(guī)模風(fēng)電接入后的入網(wǎng)調(diào)峰問(wèn)題。

主要內(nèi)容

光熱電站的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，光熱電站主要由光場(chǎng)SF、儲(chǔ)熱系統(tǒng)TES和熱力循環(huán)三部分組成，各個(gè)部分之間主要通過(guò)導(dǎo)熱介質(zhì)傳遞熱量。光場(chǎng)SF通過(guò)反射鏡將太陽(yáng)光匯集到集熱器，集熱器將太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)化為熱能，并暫時(shí)存儲(chǔ)在導(dǎo)熱介質(zhì)中。

高溫導(dǎo)熱介質(zhì)可直接進(jìn)入發(fā)電環(huán)節(jié)再加熱水形成過(guò)熱蒸汽后帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，也可流入儲(chǔ)熱系統(tǒng)進(jìn)行熱交換實(shí)現(xiàn)熱存儲(chǔ)，在需要時(shí)再將儲(chǔ)熱系統(tǒng)的熱能轉(zhuǎn)移到發(fā)電模塊進(jìn)行發(fā)電。

圖1 光熱電站主要結(jié)構(gòu)圖

本文以IEEE39系統(tǒng)為例進(jìn)行仿真分析，得到CSP電站儲(chǔ)/放熱功率和發(fā)電出力曲線如圖2所示。

圖2 CSP電站儲(chǔ)/放熱和發(fā)電曲線

從圖2可知，在8:00～9:00負(fù)荷較大而風(fēng)電和光照功率較小的時(shí)段，光熱電站利用儲(chǔ)存的熱能量放熱使得機(jī)組處于發(fā)電狀態(tài)；在11:00～14:00光照功率和風(fēng)電出力均較大的時(shí)段，CSP電站的儲(chǔ)熱系統(tǒng)處于儲(chǔ)熱狀態(tài)，光熱電站送入系統(tǒng)有功出力較小，風(fēng)電場(chǎng)送入系統(tǒng)的有功出力較多，避免了系統(tǒng)的棄風(fēng)現(xiàn)象。

在18:00～20:00，由于風(fēng)電的反調(diào)峰特性，此時(shí)負(fù)荷較大但風(fēng)電出力較小，光熱電站發(fā)電機(jī)組處于大出力狀態(tài)，將儲(chǔ)熱系統(tǒng)儲(chǔ)存的能量發(fā)電轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)負(fù)荷需求高峰時(shí)期的高價(jià)值電能，減少高煤耗率的機(jī)組運(yùn)行和削減風(fēng)電反調(diào)峰帶來(lái)的影響，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

表1 不同風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)下的系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

表1為不同風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)下的系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比，從表中可以看出，系統(tǒng)總調(diào)度成本隨風(fēng)險(xiǎn)厭惡系數(shù)的增加呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢(shì)。當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)厭惡系數(shù)為0時(shí)，盡管系統(tǒng)發(fā)電成本較低，但由于缺乏對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素的考慮，棄風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)成本和失負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)成本相對(duì)較高。隨著風(fēng)險(xiǎn)厭惡系數(shù)增加，發(fā)電成本均有所增加，而棄風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)成本、失負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)成本、啟停成本不斷減小。

當(dāng)厭惡系數(shù)不斷增大時(shí)，決策者趨向于規(guī)避風(fēng)電和光照功率波動(dòng)帶來(lái)的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，因此更多的處于運(yùn)行狀態(tài)的可控火電機(jī)組加入到調(diào)度過(guò)程中，而機(jī)組發(fā)電負(fù)載率會(huì)降低，因此火電機(jī)組單位電量的燃料消耗增多造成發(fā)電成本增加，風(fēng)險(xiǎn)成本會(huì)相應(yīng)減少。由于在規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組不需要頻繁起動(dòng)，因此系統(tǒng)起動(dòng)成本會(huì)有所降低。

結(jié)論

光熱電站屬于一種熱發(fā)電技術(shù)，聚光集熱系統(tǒng)、儲(chǔ)熱系統(tǒng)與發(fā)電系統(tǒng)僅通過(guò)導(dǎo)熱介質(zhì)相聯(lián)系，可借助其他類型熱源的優(yōu)勢(shì)來(lái)彌補(bǔ)太陽(yáng)能的間歇性和不確定性。

引用本文

車泉輝, 婁素華, 吳耀武, 羅謙, 劉寶林. 計(jì)及條件風(fēng)險(xiǎn)價(jià)值的含儲(chǔ)熱光熱電站與風(fēng)電電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2019, 34(10): 2047-2055. Che Quanhui, Lou Suhua, Wu Yaowu, Luo Qian, Liu Baolin. Economic Dispatching for Power System of Concentrated Solar Power Plant with Thermal Energy Storage and Wind Power Considering Conditional Value-at-Risk. Transactions of China Electrotechnical Society, 2019, 34(10): 2047-2055.

團(tuán)隊(duì)介紹

華中科技大學(xué)電力系統(tǒng)規(guī)劃組始建于上世紀(jì)80年代，由我國(guó)著名的電力系統(tǒng)規(guī)劃專家侯煦光教授建立，目前以?shī)渌厝A教授、吳耀武副教授作為學(xué)術(shù)帶頭人的電力系統(tǒng)規(guī)劃組團(tuán)隊(duì)，是一支以基礎(chǔ)研究為核心、應(yīng)用研究為驅(qū)動(dòng)的研究團(tuán)隊(duì)。電力規(guī)劃課題組長(zhǎng)期從事電力系統(tǒng)規(guī)劃與可靠性、電力系統(tǒng)分析與優(yōu)化運(yùn)行、新能源發(fā)電等方面的研究工作。主持國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目1項(xiàng)，參與國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目2項(xiàng)。

團(tuán)隊(duì)合影

婁素華

1974年出生，工學(xué)博士，華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)規(guī)劃及可靠性、多能源電力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行和新能源發(fā)電接入、低碳電力、電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)學(xué)等。作為負(fù)責(zé)人或主研參與50余項(xiàng)科研項(xiàng)目的研究，包括國(guó)家自然科學(xué)基金青年和面上項(xiàng)目、國(guó)家重大專項(xiàng)子課題、中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)電力科技創(chuàng)新項(xiàng)目、自主創(chuàng)新基金，以及多項(xiàng)來(lái)自國(guó)家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)公司的科研項(xiàng)目。在IEEE Transaction、IET、中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)、電工技術(shù)學(xué)報(bào)等國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物發(fā)表學(xué)術(shù)論文60余篇，獲得了多次省部級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)。