PAGE14PAGE15不同滲透率情況下微網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行所需各種儲(chǔ)能容量和用電成本分析內(nèi)容摘要：在“碳中和，碳達(dá)峰”的目標(biāo)推動(dòng)下，建設(shè)高清潔能源占比的新型電力系統(tǒng)已成為必然，隨著電力系統(tǒng)清潔程度的不斷提高，清潔能源發(fā)電的不穩(wěn)定性將對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成較大沖擊。通過(guò)目前的研究結(jié)果來(lái)看，通過(guò)配置一定量的儲(chǔ)能可以應(yīng)對(duì)高比例清潔能源供電所帶來(lái)的問(wèn)題，因此本論文在此基礎(chǔ)上，研究?jī)?chǔ)能結(jié)構(gòu)對(duì)新型電力系統(tǒng)的影響，構(gòu)建了以氫能發(fā)電作為集中式長(zhǎng)效儲(chǔ)能，以化學(xué)儲(chǔ)能作為分布式短效儲(chǔ)能的高比例清潔能源出力的微網(wǎng)運(yùn)行模型，模型以日綜合度電成本最低為優(yōu)化目標(biāo)，從容量、結(jié)構(gòu)和成本3個(gè)維度量化分析系統(tǒng)的儲(chǔ)能需求，將儲(chǔ)能規(guī)劃與電源規(guī)劃共同組成混合整數(shù)優(yōu)化模型進(jìn)行整體求解。以微網(wǎng)日常運(yùn)行的用電數(shù)據(jù)為輸入，以電力系統(tǒng)各發(fā)展階段清潔能源滲透率為變量，分析在不同滲透率情況下微網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行所需各種儲(chǔ)能的裝機(jī)容量、各類(lèi)清潔能源發(fā)電裝機(jī)容量和用電成本。結(jié)果表明，僅依靠以短效化學(xué)電池為代表的短時(shí)儲(chǔ)能無(wú)法滿(mǎn)足新型電力系統(tǒng)發(fā)展需要，長(zhǎng)期儲(chǔ)能和短期儲(chǔ)能混合配置可以滿(mǎn)足新型電力系統(tǒng)對(duì)清潔能源短時(shí)調(diào)控和季度調(diào)控的要求，提高清潔能源利用率，降低度電成本。關(guān)鍵詞：微網(wǎng)運(yùn)行；儲(chǔ)能規(guī)劃；清潔能源轉(zhuǎn)型目錄TOC\o"1-3"\h\u115071緒論 423591.1課題背景與意義 4272951.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 435071.3本文主要研究?jī)?nèi)容 581382儲(chǔ)能需求的量化分析方法 6275112.1儲(chǔ)能需求維度 6234282.2量化分析流程 6324682.3儲(chǔ)能需求量化分析優(yōu)化方法框架 718183儲(chǔ)能量化分析模型 8322633.1目標(biāo)函數(shù) 8123543.2約束條件 8270074案例研究 11202684.1案例邊界條件 1198314.2案例優(yōu)化結(jié)果 1247674.2.12035年和2050年案例優(yōu)化結(jié)果 1261944.2.2案例結(jié)果分析 1222984.3模型針對(duì)性分析 14208774.3.1模型計(jì)及儲(chǔ)能和新能源設(shè)備成本預(yù)測(cè)運(yùn)行結(jié)果分析 1422384.3.2儲(chǔ)能對(duì)系統(tǒng)棄電、切負(fù)荷的影響 15192924.3.3儲(chǔ)能對(duì)火力發(fā)電影響 16148775結(jié)論與展望 18154855.1結(jié)論 18128365.2展望 1824774參考文獻(xiàn) 19緒論課題背景與意義二零二零年十二月十二日，國(guó)家主席習(xí)近平在氣候雄心峰會(huì)上發(fā)表題為《繼往開(kāi)來(lái)，開(kāi)啟全球應(yīng)對(duì)氣候變化新征程》的重要講話(huà)，講話(huà)中提出我國(guó)“3060”的建設(shè)目標(biāo)。并做出具體承諾：到二零三零年，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電總裝機(jī)容量達(dá)到12億千瓦以上[1]。其中特別提到對(duì)風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電的建設(shè)及加快優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)。十三五”期間我國(guó)電能占終端能源消費(fèi)比達(dá)到45%，且電能占比將隨著煤改電等一系列電能替代政策的實(shí)施進(jìn)一步加大，我國(guó)能源消耗以煤炭為主，火電作為我國(guó)主要發(fā)電形式，火力發(fā)電產(chǎn)生的碳排放量占八大行業(yè)碳排放總量的40%，電力行業(yè)成為二氧化碳排放主體，由此可見(jiàn)新型電力系統(tǒng)的建設(shè)在“碳達(dá)峰碳中和”中至關(guān)重要[2,3]。隨著電力系統(tǒng)發(fā)電清潔程度的加深，我們必須做好應(yīng)對(duì)高比例清潔能源發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)沖擊的準(zhǔn)備。我國(guó)現(xiàn)有電力系統(tǒng)在建設(shè)時(shí)具有一定的余量且目前清潔能源發(fā)電占比尚不足20%，所以對(duì)我國(guó)現(xiàn)有電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性尚未產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p害，但隨著清潔能源發(fā)電占比的提升新能源并網(wǎng)發(fā)電對(duì)電網(wǎng)的沖擊也會(huì)越來(lái)越大，終會(huì)對(duì)現(xiàn)有電網(wǎng)產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p害，儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展和大規(guī)模應(yīng)用為削弱高比例新能源并網(wǎng)發(fā)電對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響提供了一種有效解決方案。本文結(jié)合當(dāng)前新型電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的需求，給出了一種新型的儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)，對(duì)長(zhǎng)期儲(chǔ)能和短期儲(chǔ)能進(jìn)行分類(lèi)分析，構(gòu)建了以分布式化學(xué)儲(chǔ)能作為短期儲(chǔ)能和集中式氫能發(fā)電作為長(zhǎng)期儲(chǔ)能分析模型如圖1-1所示，并通過(guò)算法模擬驗(yàn)證模型的合理性和分析對(duì)電力系統(tǒng)的影響。圖SEQ圖\*ARABIC1-1模型事實(shí)結(jié)構(gòu)示意圖國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前，針對(duì)儲(chǔ)能在新型電力系統(tǒng)中的應(yīng)用已有學(xué)者進(jìn)行了廣泛的研究。趙乙潼等學(xué)者分析了用戶(hù)側(cè)通過(guò)配置儲(chǔ)能并進(jìn)行優(yōu)化儲(chǔ)能運(yùn)行來(lái)降低用電成本[4]。蘇向敬等學(xué)者對(duì)含高比例清潔能源配網(wǎng)中配置分布式儲(chǔ)能解決清潔能源出力的不確定性和負(fù)荷的不平衡問(wèn)題進(jìn)行細(xì)致分析[5]。文獻(xiàn)[6]運(yùn)用先進(jìn)的集成技術(shù)將多個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)之間進(jìn)行串并聯(lián)得到規(guī)模化儲(chǔ)能系統(tǒng)，分析并建立了規(guī)模化儲(chǔ)能系統(tǒng)的凈現(xiàn)值計(jì)算模型，驗(yàn)證了儲(chǔ)能應(yīng)用于用戶(hù)側(cè)的經(jīng)濟(jì)性。文獻(xiàn)[7]在普通用戶(hù)用電場(chǎng)景下，深度分析了應(yīng)用于削峰填谷的儲(chǔ)能系統(tǒng)的調(diào)度問(wèn)題。文獻(xiàn)[8]針對(duì)園區(qū)場(chǎng)景，建立基于能效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境的多目標(biāo)優(yōu)化模型，采用粒子群算法對(duì)模型進(jìn)行求解，實(shí)現(xiàn)對(duì)園區(qū)儲(chǔ)能功率和容量的配置。文獻(xiàn)[9]構(gòu)建了孤網(wǎng)運(yùn)行模式下的綜合能源微網(wǎng)多能存儲(chǔ)系統(tǒng)優(yōu)化配置模型,提出了包含儲(chǔ)電系統(tǒng)和儲(chǔ)熱系統(tǒng)的功率、容量的配置方法。文獻(xiàn)[10]對(duì)含風(fēng)光柴儲(chǔ)的獨(dú)立微網(wǎng)中各電源進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，在保證供電可靠性的基礎(chǔ)上通過(guò)配置各電源容量實(shí)現(xiàn)綜合用電成本最低文獻(xiàn)[11]針對(duì)工業(yè)對(duì)象的負(fù)荷特性，結(jié)合工業(yè)用電采用現(xiàn)貨交易模式，以光伏利用率和年凈利潤(rùn)最大為目標(biāo)，構(gòu)建了工業(yè)微電網(wǎng)的光伏和儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置的多目標(biāo)優(yōu)化模型，并采用NSGA-II算法對(duì)所建模型進(jìn)行求解。通過(guò)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證了模型可靠性。文獻(xiàn)[12]以投資回報(bào)率最大為優(yōu)化目標(biāo)建立儲(chǔ)能規(guī)劃模型，采用多步動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法求解得出最優(yōu)的儲(chǔ)能容量。文獻(xiàn)[13]分析了單一種類(lèi)儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)系統(tǒng)靈活調(diào)度和經(jīng)濟(jì)性的影響。以上方法雖然對(duì)儲(chǔ)能的應(yīng)用場(chǎng)景和功能進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析，但并未針對(duì)功率型儲(chǔ)能和能量型儲(chǔ)能的配置進(jìn)行研究。本文主要研究?jī)?nèi)容首先，分析儲(chǔ)能在高比例清潔能源出力的電力系統(tǒng)中發(fā)揮的作用，給出儲(chǔ)能在高比例清潔能源微網(wǎng)運(yùn)行量化分析流程。其次，建立儲(chǔ)能與發(fā)電設(shè)備聯(lián)合規(guī)劃優(yōu)化模型，模型計(jì)及系統(tǒng)的運(yùn)行約束和投資約束，以系統(tǒng)單日綜合用電成本最低作為優(yōu)化目標(biāo)，聯(lián)合構(gòu)成大規(guī)模混合整數(shù)線(xiàn)性規(guī)劃模型，對(duì)火電、可再生能源（風(fēng)電、光伏）、短期和長(zhǎng)期兩類(lèi)儲(chǔ)能設(shè)備容量進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化。最后，通過(guò)CPLEX軟件包對(duì)各滲透率下的模型進(jìn)行優(yōu)化求解進(jìn)行優(yōu)化求解，將結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析來(lái)驗(yàn)證模型的合理性。儲(chǔ)能需求的量化分析方法儲(chǔ)能需求維度電力由于自身的特點(diǎn)，發(fā)電和用電需時(shí)刻保持平衡，又由于負(fù)荷的不確定性就需要發(fā)電具有良好的調(diào)節(jié)能力以保持系統(tǒng)的發(fā)電-負(fù)荷時(shí)刻平衡，由于現(xiàn)有的電力系統(tǒng)發(fā)電主要以火電為主，火電出力較為穩(wěn)定且調(diào)節(jié)相應(yīng)能力較強(qiáng)，但隨著“碳達(dá)峰碳中和”的發(fā)展，以風(fēng)電、光伏為主的清潔能源發(fā)電占比的提升，新型電力系統(tǒng)中就需要配置一定量的儲(chǔ)能來(lái)平抑清潔能源發(fā)電的波動(dòng)，并且儲(chǔ)能在電力系統(tǒng)調(diào)頻、削峰填谷等方面具有很高的系統(tǒng)價(jià)值，但應(yīng)用儲(chǔ)能尚有許多問(wèn)題需要解決，目前以化學(xué)儲(chǔ)能為代表的短期儲(chǔ)能，化學(xué)儲(chǔ)能就不得不面對(duì)其運(yùn)行安全和環(huán)保問(wèn)題，在局部配置過(guò)多化學(xué)儲(chǔ)能亦會(huì)對(duì)周?chē)h(huán)境造成影響，形成安全隱患，且運(yùn)行調(diào)度不便并不能對(duì)整體的電力系統(tǒng)運(yùn)行起到很好的調(diào)節(jié)作用，但化學(xué)儲(chǔ)能調(diào)度響應(yīng)速度快。目前在新型電力系統(tǒng)中大規(guī)模應(yīng)用化學(xué)儲(chǔ)能的最大困難是：目前全球稀土資源緊張，全球化學(xué)電池產(chǎn)能并不能滿(mǎn)足我國(guó)電力系統(tǒng)建設(shè)需求；以氫能發(fā)電為代表的長(zhǎng)期儲(chǔ)能，在電-氫-電轉(zhuǎn)換和長(zhǎng)期儲(chǔ)存過(guò)程中能量損耗過(guò)大，發(fā)電設(shè)備成本較高，設(shè)備占地面積大不宜小規(guī)模建設(shè)，在設(shè)備發(fā)電運(yùn)行過(guò)程中有著啟停約束靈活調(diào)度能力略遜于化學(xué)儲(chǔ)能，但氫氣可以長(zhǎng)期儲(chǔ)存以應(yīng)對(duì)清潔能源季節(jié)性長(zhǎng)周期發(fā)電不均情況，且發(fā)電功率大，對(duì)環(huán)境影響小，碳排放量低。本文從系統(tǒng)運(yùn)行角度分析在不同滲透率下微網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的儲(chǔ)能需求，結(jié)合現(xiàn)有研究，本文給出的微網(wǎng)模型中將儲(chǔ)能分成分布式短期儲(chǔ)能和集中式長(zhǎng)期儲(chǔ)能兩種，因此本文所述模型的儲(chǔ)能需求共有三個(gè)維度：①總量，儲(chǔ)能總量包括長(zhǎng)期儲(chǔ)能容量和短期儲(chǔ)能容量；②結(jié)構(gòu)，因儲(chǔ)能分為長(zhǎng)期和短期兩類(lèi)，本文將儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)分為四類(lèi)：長(zhǎng)期儲(chǔ)能和短期儲(chǔ)能、長(zhǎng)期儲(chǔ)能、短期儲(chǔ)能、無(wú)儲(chǔ)能；③成本，即儲(chǔ)能所需要的成本。新型電力系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能的需求表現(xiàn)在三個(gè)方面：①配置儲(chǔ)能來(lái)滿(mǎn)足高滲透率的電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的需求；②配置儲(chǔ)能來(lái)滿(mǎn)足新型電力系統(tǒng)供電充裕度不下降；③配置儲(chǔ)能降低用電成本。量化分析流程儲(chǔ)能需求量化分析流程如圖2-1所示。首先，通過(guò)明確新型電力系統(tǒng)發(fā)展階段確定電力系統(tǒng)中清潔能源供電占比，進(jìn)而預(yù)測(cè)微網(wǎng)負(fù)荷水平及特征、清潔能源結(jié)構(gòu)及出力特征和各電源及儲(chǔ)能成本，通過(guò)系統(tǒng)運(yùn)行仿真預(yù)測(cè)出微網(wǎng)負(fù)荷數(shù)據(jù)和清潔能源出力數(shù)據(jù)，通過(guò)現(xiàn)有各設(shè)備成本結(jié)合其當(dāng)下技術(shù)發(fā)展和成本發(fā)展趨勢(shì)合理預(yù)測(cè)出各設(shè)備的發(fā)電成本和儲(chǔ)能成本。本文采用磷酸鐵鋰電池作為短期儲(chǔ)能的參考，采用氫能發(fā)電作為長(zhǎng)期儲(chǔ)能的參考。然后，以用電數(shù)據(jù)作為輸入，在模型中求解出儲(chǔ)能優(yōu)化配置結(jié)果（包括儲(chǔ)能的結(jié)構(gòu)、容量及成本），通過(guò)改變儲(chǔ)能配置和清潔能源占比，分析系統(tǒng)綜合用電成本的變化驗(yàn)證求解結(jié)果的合理性。最后，根據(jù)模型優(yōu)化結(jié)果，輸出系統(tǒng)運(yùn)行的儲(chǔ)能需求以及分析儲(chǔ)能配置對(duì)系統(tǒng)用電經(jīng)濟(jì)性的影響。圖2-1儲(chǔ)能需求量化分析流程圖儲(chǔ)能需求量化分析優(yōu)化方法框架本文的核心為建立微網(wǎng)的儲(chǔ)能與清潔能源聯(lián)合規(guī)劃優(yōu)化算法，其主要的算法框架如圖2-2所示。次算法模型以各類(lèi)預(yù)測(cè)成本、負(fù)荷數(shù)據(jù)等作為輸入數(shù)據(jù)，采用計(jì)及系統(tǒng)靈活運(yùn)行約束建立24小時(shí)運(yùn)行模型，同時(shí)模型計(jì)及各種投資及系統(tǒng)運(yùn)行約束，以系統(tǒng)單日綜合用電成本最低為優(yōu)化目標(biāo)，建立大規(guī)模混合整數(shù)線(xiàn)性規(guī)劃模型，通過(guò)MATLAB軟件編寫(xiě)模型算法并調(diào)用CPLEX求解包進(jìn)行求解。圖2-2儲(chǔ)能需求量化分析優(yōu)化算法框架儲(chǔ)能量化分析模型目標(biāo)函數(shù)本文建立的模型以綜合日度電成本低為目標(biāo)函數(shù)，綜合日度電成本包括各電源的分?jǐn)偟矫咳盏慕ㄔO(shè)、分?jǐn)偟矫慷入姷倪\(yùn)維成本和切除負(fù)荷成本，表達(dá)式為：（3-1）由于建設(shè)成本中包含多種設(shè)備的建設(shè)成本所以其中表達(dá)式為：（3-2）式（3-2）中：、、、、分別為火力發(fā)電機(jī)組、光伏、風(fēng)電、長(zhǎng)期儲(chǔ)能和短期儲(chǔ)能的日分?jǐn)偨ㄔO(shè)成本；、、、、分別火電機(jī)組發(fā)電容量、光伏發(fā)電裝機(jī)容量、風(fēng)電發(fā)電裝機(jī)容量、長(zhǎng)期儲(chǔ)能容量和短期儲(chǔ)能容量。分?jǐn)偟蕉入姷倪\(yùn)維成本表達(dá)式為：（3-3）式（3-3）中：、、、、分別為火電、光伏、風(fēng)電、長(zhǎng)期儲(chǔ)能和短期儲(chǔ)能單位輸出電能所需的運(yùn)維成本；、、、、分別為火電、光伏、風(fēng)電、長(zhǎng)期儲(chǔ)能和短期儲(chǔ)能輸出的電能總量。其中切除負(fù)荷成本表達(dá)式為：（3-4）式（3-4）中：為單位切負(fù)荷成本；為切除負(fù)荷總量。約束條件1）電源容量約束系統(tǒng)所建的電源容量由于投資成本及供電經(jīng)濟(jì)性的約束，電源容量不能過(guò)高，儲(chǔ)能容量不宜超過(guò)單日負(fù)荷的10%，但光伏及風(fēng)電的出力比例低并不能100%的按容量滿(mǎn)發(fā)，所以適當(dāng)增大新能源發(fā)電的裝機(jī)容量。電源容量上限約束為：(3-5)式（3-5）中：、分別為各儲(chǔ)能的容量和各電源的裝機(jī)容量；為日負(fù)荷總量；為日負(fù)荷最大值；β為保證供電可靠性而對(duì)電源容量建設(shè)采取一定的放大倍數(shù)。清潔能源發(fā)電滲透率約束根據(jù)不同時(shí)期電網(wǎng)轉(zhuǎn)型的建設(shè)要求，不同時(shí)期的電力系統(tǒng)中清潔能源供電滲透率有不同要求，所以電力系統(tǒng)中清潔能源發(fā)電滲透率約束為：(3-6)式(3-6)中：清潔能源發(fā)電功率本文主要為風(fēng)電和光伏發(fā)電；α為清潔能源滲透率，根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果2035年電力系統(tǒng)清潔能源滲透率為45%，2050年電力系統(tǒng)清潔能源滲透率為61%；每t時(shí)段負(fù)荷功率。電力系統(tǒng)切除負(fù)荷上限約束根據(jù)最新規(guī)定要求電力系統(tǒng)須有5%的負(fù)荷參與系統(tǒng)靈活調(diào)度，所以電力系統(tǒng)切除負(fù)荷上限約束為：(3-7)式(3-7)中：為t時(shí)段切除負(fù)荷功率。清潔能源發(fā)電波動(dòng)性及間歇性約束由于清潔能源發(fā)電具有波動(dòng)性和間歇性并不能保持長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)電所以其清潔能源發(fā)電波動(dòng)性及間歇性約束為：，(3-8)式(3-8)中：為清潔能源r在t時(shí)段供電功率；為清潔能源r在t時(shí)段的發(fā)電率；為清潔能源裝機(jī)容量。儲(chǔ)能設(shè)備運(yùn)行約束，，(3-9)-，(3-10)，(3-11)，(3-12)(3-13)式中：和為儲(chǔ)能電池b在t時(shí)段充電功率和電池放電功率；和為0-1變量，1表示儲(chǔ)能電池b在t時(shí)段處于充電或放電狀態(tài)，0表示儲(chǔ)能電池b在t時(shí)段處于靜止?fàn)顟B(tài)；為儲(chǔ)能電池b在t時(shí)段的荷電狀態(tài)；為儲(chǔ)能電池b的充放電效率；和為長(zhǎng)期儲(chǔ)能在t時(shí)段的充放電功率。式（3-9）表示儲(chǔ)能的充放電功率不能超過(guò)儲(chǔ)能容量；式（3-10）表示儲(chǔ)能的荷電狀態(tài)應(yīng)符合能量平衡；式（3-11）表示儲(chǔ)能的荷電狀態(tài)始終在最小值和最大值之間；式（3-12）表示儲(chǔ)能的充電狀態(tài)與放電狀態(tài)為互斥關(guān)系；式（3-13）表示長(zhǎng)期儲(chǔ)能在T時(shí)段內(nèi)的充放電為平衡狀態(tài)。火電機(jī)組運(yùn)行約束（3-14）（3-15）式中：為火電機(jī)組在t時(shí)段輸出功率；為火電機(jī)組爬坡速率。式（3-14）表示火電機(jī)組發(fā)電功率不超過(guò)火電機(jī)組裝機(jī)容量并且不允許火電機(jī)組冷啟動(dòng)；式（3-15）表示火電機(jī)組上坡和下坡速率約束。發(fā)電-負(fù)荷平衡約束（3-16）式中：、、分別為火電機(jī)組、光伏、風(fēng)力發(fā)電在t時(shí)段供電功率；、、、分別為長(zhǎng)期儲(chǔ)能和短期儲(chǔ)能在t時(shí)段的充放電功率；為模型在t時(shí)段的負(fù)荷功率；為模型在t時(shí)段切除負(fù)荷功率。式（3-16）表示模型在任意時(shí)刻功率平衡約束。綜上式（3-1）至式（3-16）構(gòu)成了以單日綜合用電成本最低為目標(biāo)函數(shù)的儲(chǔ)能與清潔能源協(xié)同規(guī)劃模型。案例研究案例邊界條件為完成我國(guó)碳達(dá)峰碳中和的發(fā)展目標(biāo)，我國(guó)預(yù)計(jì)在2035年清潔能源滲透率將達(dá)到30%左右，在2050年清潔能源滲透率將達(dá)到62.7%，為完成總體的3060建設(shè)目標(biāo)各微網(wǎng)運(yùn)行的清潔能源滲透率也應(yīng)滿(mǎn)足相應(yīng)要求。本模型以全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織發(fā)布的《歐洲能源互聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃研究》[14][對(duì)全球清潔能源滲透率預(yù)測(cè)成果作為參考條件，如圖4-1、圖4-2、圖4-3所示，以某區(qū)域24小時(shí)負(fù)荷數(shù)據(jù)和風(fēng)電光伏出力數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)，根據(jù)權(quán)威組織對(duì)可再生能源發(fā)電設(shè)備和儲(chǔ)能成本發(fā)展趨勢(shì)的預(yù)測(cè)結(jié)果[15-17]計(jì)算各環(huán)節(jié)成本，結(jié)合上述數(shù)據(jù)共同作為模型輸入數(shù)據(jù)。負(fù)荷功率/kW負(fù)荷功率/kW圖4-1負(fù)荷特性曲線(xiàn)圖4-2風(fēng)力發(fā)電特性曲圖4-3光伏發(fā)電特性曲線(xiàn)案例優(yōu)化結(jié)果2035年和2050年案例優(yōu)化結(jié)果首先將各數(shù)據(jù)輸入模型中，再確定模型在2035年運(yùn)行的滲透率為30%、在2050年運(yùn)行的滲透率為62.7%，通過(guò)CPLEX求解器分別得出模型的運(yùn)行結(jié)果，如下表4-1；隨著清潔能源滲透率的提高度電成本下降，初步驗(yàn)證了模型運(yùn)行結(jié)果的可靠性。表4-130%和62.7%滲透率配置長(zhǎng)短期儲(chǔ)能模型運(yùn)行結(jié)果清潔能源滲透率總費(fèi)用/元度電成本/元·（kW·h）-1短期儲(chǔ)能容量/kW·h長(zhǎng)期儲(chǔ)能容量/kW·h風(fēng)電容量/kW光伏容量/kW火電容量/kW30%1558.40.44051804.2117.337.2144.662.7%1174.30.331915016.6196.1134.2104.9案例結(jié)果分析由模型輸出數(shù)據(jù)可以得出：在相同負(fù)荷情況下，隨著清潔能源滲透率的提高，用電總費(fèi)用和度電成本下降了24.64%，儲(chǔ)能總量有所下降，其中短期儲(chǔ)能容量下降，長(zhǎng)期儲(chǔ)能容量提高，在電源方面，風(fēng)電和光伏容量有大幅提升，火電容量大幅下降。但僅由上述運(yùn)行結(jié)果并不能分析出儲(chǔ)能在高比例清潔能源電力系統(tǒng)中的作用，故將系統(tǒng)改變運(yùn)行條件再進(jìn)行多次運(yùn)行出結(jié)果對(duì)比，如下表4-2所示：表4-2各儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)模型運(yùn)行結(jié)果清潔能源滲透率模型儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)總費(fèi)用

/元度電成本/元·（kW·h）-1長(zhǎng)期儲(chǔ)能容量/kW·h短期儲(chǔ)能容量/kW·h風(fēng)電容量/kW·h光伏容量/kW·h火電容量/kW·h30%長(zhǎng)期和短期儲(chǔ)能1558.40.44054.2180117.337.2144.6短期儲(chǔ)能1563.60.442002409766.7147.4長(zhǎng)期儲(chǔ)能1607.10.454331.70121.616.3156.6無(wú)儲(chǔ)能1706.50.48240087.463.4576.062.7%長(zhǎng)期和短期儲(chǔ)能1174.30.331916.6150196.1134.2104.9短期儲(chǔ)能1218.70.34450240124.8230.3198.8長(zhǎng)期儲(chǔ)能1209.10.341822.90163164.8134.0無(wú)儲(chǔ)能1468.70.415200137.8192.9839.3結(jié)合圖4-4、圖4-5系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和圖4-6至圖4-13系統(tǒng)運(yùn)行圖分析，在30%滲透率下，儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)為長(zhǎng)期儲(chǔ)能和短期儲(chǔ)能時(shí)用電成本和度電成本最低，無(wú)儲(chǔ)能配置是用電成本和度電成本最高約較配置長(zhǎng)短期儲(chǔ)能情況下增加9.5%；在電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面，在配置長(zhǎng)短期儲(chǔ)能情況下，占用的火電機(jī)組容量最小，無(wú)儲(chǔ)能情況下所需的火電機(jī)組容量最多約比配置長(zhǎng)短期儲(chǔ)能情況下多占用3倍容量，單獨(dú)配置一種儲(chǔ)能與配置長(zhǎng)短期儲(chǔ)能相比占用的火電機(jī)組容量并無(wú)過(guò)大增漲，這種情況證明了儲(chǔ)能在高比例清潔能源系統(tǒng)中起到了至關(guān)重要的作用，滿(mǎn)足了電力系統(tǒng)清潔運(yùn)行的要求。在62.7%滲透率下，儲(chǔ)能亦發(fā)揮了更加重要的作用，儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)為長(zhǎng)期短期儲(chǔ)能時(shí)用電成本和度電成本最低，且與無(wú)儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)相比度電成本下降約20%；在電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面，配置長(zhǎng)短期儲(chǔ)能情況下，占用的火電機(jī)組容量最小僅為無(wú)儲(chǔ)能情況下占用容量的12.5%，且清潔能源的裝機(jī)容量也較少，發(fā)電利用率較高。圖4-430%滲透率各儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)下電源結(jié)構(gòu)圖4-562.7%滲透率各儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)下電源結(jié)構(gòu)氫氣發(fā)電電池放電風(fēng)機(jī)出力光伏出力火力發(fā)電氫氣充電電池充電負(fù)荷圖4-630%滲透率長(zhǎng)短期儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行圖圖4-730%滲透率僅配置短期儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行圖圖4-830%滲透率僅配置長(zhǎng)期儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行圖圖4-930%滲透率無(wú)儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行圖圖4-1062.7%滲透率長(zhǎng)短期儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行圖圖4-1162.7%滲透率僅配置短期儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行圖圖4-1262.7%滲透率僅配置長(zhǎng)期儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行圖圖4-1362.7%滲透率無(wú)儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行圖模型針對(duì)性分析模型計(jì)及儲(chǔ)能和新能源設(shè)備成本預(yù)測(cè)運(yùn)行結(jié)果分析以上分析模型數(shù)據(jù)并未計(jì)及儲(chǔ)能和新能源設(shè)備成本隨時(shí)間的下降，根據(jù)儲(chǔ)能成本預(yù)測(cè)在2050年長(zhǎng)期儲(chǔ)能成本將下降40%左右，短期儲(chǔ)能將下降36.8%左右，風(fēng)電建設(shè)成本將下降23.5%左右，光伏成本將下降28%左右，計(jì)及儲(chǔ)能和新能源成本預(yù)測(cè)的模型運(yùn)行數(shù)據(jù)如表4-3所示，根據(jù)數(shù)據(jù)繪制兩種情況度電成本對(duì)比如圖4-14所示，由對(duì)比可知其符合上述結(jié)論，并且隨著儲(chǔ)能及新能源設(shè)備成本的下降模型用電成本也隨之下降，同等運(yùn)行模式下均下降10%左右。證明本文所建立的模型在儲(chǔ)能和新能源設(shè)備成本下降時(shí)更具優(yōu)勢(shì)。度電成本/元度電成本/元圖4-14兩種成本情況運(yùn)行對(duì)比表4-3計(jì)及儲(chǔ)能及新能源發(fā)電設(shè)備成本預(yù)測(cè)各儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)下棄電切負(fù)荷情況清潔能源滲透率模型儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)總費(fèi)用

/元度電成本/元·（kW·h）-1長(zhǎng)期儲(chǔ)能容量/kW·h短期儲(chǔ)能容量/kW·h風(fēng)電容量/kW光伏容量/kW火電容量/kW62.7%長(zhǎng)期和短期儲(chǔ)能1055.20.298319.3240199.6132.186.2短期儲(chǔ)能1099.20.31070240124.8230.3198.8長(zhǎng)期儲(chǔ)能1071.60.302934.80169.8158.2119.6無(wú)儲(chǔ)能1247.90.352800141.5195.6619儲(chǔ)能對(duì)系統(tǒng)棄電、切負(fù)荷的影響儲(chǔ)能不僅在經(jīng)濟(jì)性方面起著重要的作用，儲(chǔ)能在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行和供電可靠性方面起著更重要的作用，各儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)下系統(tǒng)運(yùn)行切負(fù)荷數(shù)據(jù)和棄電數(shù)據(jù)如下表；如表4-4數(shù)據(jù)所示，短期儲(chǔ)能在系統(tǒng)中起著負(fù)荷調(diào)節(jié)的作用，長(zhǎng)期儲(chǔ)能起著降低清潔能源棄電率的作用，通過(guò)兩種滲透率系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)：隨著清潔能源滲透率的提高，長(zhǎng)期儲(chǔ)能和短期儲(chǔ)能對(duì)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力也逐漸增加，增益效果也越發(fā)明顯。可見(jiàn)，儲(chǔ)能設(shè)備可以很好的解決清潔能源出力不穩(wěn)定的問(wèn)題，儲(chǔ)能將在未來(lái)新型電力系統(tǒng)中發(fā)揮著保持系統(tǒng)供電穩(wěn)定和提高清潔能源利用率的作用。表4-4各儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)下棄電切負(fù)荷情況清潔能源滲透率棄電/切負(fù)荷長(zhǎng)短期儲(chǔ)能/kW·h僅短期儲(chǔ)能/kW·h僅長(zhǎng)期儲(chǔ)能/kW·h無(wú)儲(chǔ)能/kW·h30%棄電34.551.514.55切負(fù)荷15.21915.21924.036524.052262.7%棄電24.86切負(fù)荷10.80733.195826.776562.13儲(chǔ)能對(duì)火力發(fā)電影響在高滲透率下，為克服新能源出力的不確定性保證系統(tǒng)的穩(wěn)定供電，在不配置儲(chǔ)能的情況下不得不采取增加新能源發(fā)電設(shè)備容量或占用過(guò)多的傳統(tǒng)發(fā)電設(shè)備的容量，這兩種方案有明顯的缺陷，采用增加新能源發(fā)電設(shè)備容量會(huì)出現(xiàn)大量棄風(fēng)棄光現(xiàn)象，發(fā)電利用率較低，建設(shè)成本增加，造成資源浪費(fèi)；采用增加占用傳統(tǒng)發(fā)電設(shè)備容量會(huì)造成傳統(tǒng)發(fā)電設(shè)備出力出現(xiàn)劇烈波動(dòng)，啟停操作頻繁，發(fā)電設(shè)備容量利用率低，造成單位發(fā)電成本和單位發(fā)電排放二氧化碳增加，造成能源浪費(fèi)和環(huán)境污染。如下圖4-15、圖4-16所示，本文所建立的模型以最低電價(jià)為目標(biāo)函數(shù)，模型結(jié)果為采取第二種方案—增加火力發(fā)電容量，雖然保障了供電穩(wěn)定性，但火電機(jī)組的利用率極低，發(fā)電量?jī)H為滿(mǎn)載發(fā)電的8.9%左右，頻繁的啟停對(duì)機(jī)組損害巨大，對(duì)能源浪費(fèi)也較大。在加入儲(chǔ)能的情況下，火電機(jī)組的占用容量大幅下降，利用率大幅提高達(dá)到60%左右，這體現(xiàn)了儲(chǔ)能對(duì)電能很好的調(diào)節(jié)作用，三種儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)下占用火電容量對(duì)比，長(zhǎng)期儲(chǔ)能和短期儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)占用容量略小于另兩種結(jié)構(gòu)，但優(yōu)勢(shì)略小，以目前形式分析多以化學(xué)儲(chǔ)能為主，長(zhǎng)短期儲(chǔ)能配合模式較短期儲(chǔ)能模型優(yōu)勢(shì)明顯。火電機(jī)組容量/kW火電機(jī)組容量/kW圖4-15四種儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)新能源裝機(jī)容量變化火電機(jī)組容量/kW火電機(jī)組容量/kW圖4-16四種儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)火力發(fā)電裝機(jī)容量變化結(jié)論與展望結(jié)論本論文建立了一種配置長(zhǎng)期儲(chǔ)能和短期儲(chǔ)能的高比例清潔能源電力系統(tǒng)模型，模型中給出一種新穎的儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)——分布式短期儲(chǔ)能和集中式長(zhǎng)期儲(chǔ)能，模型利用長(zhǎng)期儲(chǔ)能和短期儲(chǔ)能的特點(diǎn)，相互配合保持高比例清潔能源電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低度電成本，通過(guò)模型優(yōu)化結(jié)果驗(yàn)證了模型的合理性和可靠性，滿(mǎn)足電力系統(tǒng)低碳運(yùn)行的要求，對(duì)未來(lái)新型電力系統(tǒng)的建設(shè)提供了一種可能的新型儲(chǔ)能配置方法，具有一定的參考價(jià)值。在本模型運(yùn)行結(jié)果可以得出在配置長(zhǎng)短期儲(chǔ)能的情況下，如圖5-1所示，隨著清潔能源滲透率的不斷提高，度電成本不斷降低；清潔能源利用率大幅提升，棄風(fēng)棄光現(xiàn)象大幅減少；系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行方面也有顯著提高；傳統(tǒng)發(fā)電設(shè)備容量占用較少，利用率較高。本文所建立的模型在高滲透率和低儲(chǔ)能成本和低新能源建設(shè)成本情況下更具優(yōu)勢(shì)，這一場(chǎng)景符合當(dāng)下新型電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，這種運(yùn)行模式將可能在不久的將來(lái)大放異彩。清潔能源滲透率/%度電成本/元清潔能源滲透率/%度電成本/元圖5-1度電成本隨滲透率增加的變化趨勢(shì)展望在我國(guó)加緊建設(shè)新型電力系統(tǒng)的背景下，新型電力系統(tǒng)的各種問(wèn)題更是亟待解決，本文以我國(guó)3060建設(shè)目標(biāo)為條件，測(cè)算出某負(fù)荷條件下的儲(chǔ)能需求（儲(chǔ)能種類(lèi)、容量、結(jié)構(gòu)）及優(yōu)化結(jié)果，但本文所建立模型還存在較大問(wèn)題，例如：根據(jù)最新的新型電力系統(tǒng)建設(shè)要求進(jìn)行臺(tái)區(qū)中壓側(cè)互聯(lián)，本模型為孤網(wǎng)模型便不符合新型電力系統(tǒng)建設(shè)要求；本文模型限于運(yùn)行條件僅以單日時(shí)間長(zhǎng)度運(yùn)行并不能很好的驗(yàn)證結(jié)論，隨著系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的加長(zhǎng)，長(zhǎng)期儲(chǔ)能的優(yōu)勢(shì)也會(huì)越發(fā)明顯；模型的約束條件、負(fù)荷、清潔能源發(fā)電過(guò)于簡(jiǎn)單并不能很好的模擬真實(shí)的運(yùn)行情況。基于上述問(wèn)題在以后的研究中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)新型電力系統(tǒng)現(xiàn)有建設(shè)要求的落實(shí)，模型應(yīng)加長(zhǎng)運(yùn)行的時(shí)間長(zhǎng)度、增加模型的運(yùn)行條件、采用更廣泛的數(shù)據(jù)來(lái)完善模型和結(jié)果，盡可能模擬實(shí)際情況，并對(duì)未來(lái)電力系統(tǒng)的變革合理預(yù)測(cè)。PAGE20PAGE19參考文獻(xiàn)習(xí)近平.繼往開(kāi)來(lái)，開(kāi)啟全球應(yīng)對(duì)氣候變化新征程[C].新華社北京,2020-12-12.趙冉.構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)[N].中國(guó)電力報(bào),2021-04-01.胡鞍鋼.中國(guó)實(shí)現(xiàn)2030年前碳達(dá)峰目標(biāo)及主要途徑[J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版),2021,21(03):1-15.趙乙潼，王慧芳，何奔騰，等.面向用戶(hù)側(cè)的電池儲(chǔ)能配置與運(yùn)行優(yōu)化策略[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2020，44（6）：121-1