本文利用含儲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)峰問題帶來的影響，并引入條件風(fēng)險價值（CVaR）來度量不確定性因素給調(diào)度運(yùn)行帶來的風(fēng)險損失，以系統(tǒng)總調(diào)度成本和風(fēng)險成本最低為目標(biāo)，建立計及CVaR的含儲熱光熱電站和風(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)險系數(shù)、儲熱容量對優(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，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。隨著未來可再生能源的進(jìn)一步開發(fā)，實際消納問題將更加嚴(yán)峻。含儲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，光熱電站中的儲熱系統(tǒng)可以將收集的熱能進(jìn)行存儲，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SF、儲熱系統(tǒng)TES和熱力循環(huán)三部分組成，各個部分之間主要通過導(dǎo)熱介質(zhì)傳遞熱量。光場SF通過反射鏡將太陽光匯集到集熱器，集熱器將太陽輻射能轉(zhuǎn)化為熱能，并暫時存儲在導(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)再加熱水形成過熱蒸汽后帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，也可流入儲熱系統(tǒng)進(jìn)行熱交換實現(xiàn)熱存儲，在需要時再將儲熱系統(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/放熱功率和發(fā)電出力曲線如圖2所示。

圖2 CSP電站儲/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段，光熱電站利用儲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)電出力均較大的時段，CSP電站的儲熱系統(tǒng)處于儲熱狀態(tài)，光熱電站送入系統(tǒng)有功出力較小，風(fēng)電場送入系統(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)，將儲熱系統(tǒng)儲存的能量發(fā)電轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)負(fù)荷需求高峰時期的高價值電能，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)險系數(shù)下的系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

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

當(dāng)厭惡系數(shù)不斷增大時，決策者趨向于規(guī)避風(fēng)電和光照功率波動帶來的運(yùn)行風(fēng)險，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)度過程中，而機(jī)組發(fā)電負(fù)載率會降低，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)險成本會相應(yīng)減少。由于在規(guī)避風(fēng)險時，傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組不需要頻繁起動，因此系統(tǒng)起動成本會有所降低。

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)、儲熱系統(tǒng)與發(fā)電系統(tǒng)僅通過導(dǎo)熱介質(zhì)相聯(lián)系，可借助其他類型熱源的優(yōu)勢來彌補(bǔ)太陽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. 計及條件風(fēng)險價值的含儲熱光熱電站與風(fēng)電電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度[J]. 電工技術(shù)學(xué)報, 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，由我國著名的電力系統(tǒng)規(guī)劃專家侯煦光教授建立，目前以婁素華教授、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，是一支以基礎(chǔ)研究為核心、應(yīng)用研究為驅(qū)動的研究團(tuán)隊。電力規(guī)劃課題組長期從事電力系統(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。主持國家自然科學(xué)基金項目1項，參與國家重點研發(fā)計劃項目2項。

團(tuán)隊合影

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，主要研究方向為電力系統(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余項科研項目的研究，包括國家自然科學(xué)基金青年和面上項目、國家重大專項子課題、中國電機(jī)工程學(xué)會電力科技創(chuàng)新項目、自主創(chuàng)新基金，以及多項來自國家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)公司的科研項目。在IEEE Transaction、IET、中國電機(jī)工程學(xué)報、電工技術(shù)學(xué)報等國內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物發(fā)表學(xué)術(shù)論文60余篇，獲得了多次省部級獎勵。