“风光火一体化”多能互补项目优化配置研究

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.21101

发电技术 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (1): 10-18.DOI: 10.12096/j.2096-4528.pgt.21101

“风光火一体化”多能互补项目优化配置研究

周保中¹, 刘敦楠², 张继广¹, 李忆¹, 徐尔丰²^,³, 毕圣¹

^1.华电电力科学研究院有限公司，浙江省杭州市 310030
^2.华北电力大学经济与管理学院，北京市昌平区 102206
^3.浙江浙能能源服务有限公司，浙江省杭州市 310002

收稿日期:2021-08-06 出版日期:2022-02-28 发布日期:2022-03-18
作者简介:周保中(1984)，男，硕士，高级工程师，研究方向为综合能源，baozhong-zhou@chder.com；
刘敦楠(1979)，男，博士，教授，研究方向为综合能源和电力市场，本文通信作者，liudunnan@163.com；
张继广(1986)，男，博士，高级工程师，研究方向为综合能源，Jiguang-zhang1@chder.com；
李忆(1986)，女，硕士，高级工程师，研究方向为综合能源，yi-li@chder.com；
徐尔丰(1993)，男，硕士，经济师，研究方向为综合能源和电力市场，18810905481@163.com；
毕圣(1987)，男，硕士，工程师，研究方向为综合能源系统，sheng-bi@chder.com。
基金资助:
国家社科基金重大项目(19ZDA081);中国华电集团有限公司科技项目(CHDKJ19-01-40)

Research on Optimal Allocation of Multi-Energy Complementary Project of Wind-Solar-Thermal Integration

Baozhong ZHOU¹, Dunnan LIU², Jiguang ZHANG¹, Yi LI¹, Erfeng XU²^,³, Sheng BI¹

^1.Huadian Electric Power Research Institute Co. , Ltd. , Hangzhou 310030, Zhejiang Province, China
^2.School of Economics and Management, North China Electric Power University, Changping District, Beijing 102206, China
^3.Zhejiang Zheneng Energy Service Co. , Ltd. , Hangzhou 310002, Zhejiang Province, China

Received:2021-08-06 Published:2022-02-28 Online:2022-03-18
Supported by:
National Social Science Foundation of China(19ZDA081);Science and Technology Project of China Huadian Corporation Ltd(CHDKJ19-01-40)

摘要/Abstract

摘要：

“风光火一体化”多能互补项目能够发挥不同类型电源之间协调互济能力，是安全高效利用新能源及实现碳中和、碳达峰目标的实施路径之一。如何合理配比火电、风电、光伏装机容量以及输电容量，保障风电、光伏全额消纳和高效利用，是“风光火一体化”多能互补项目的核心问题。在分析不同类型电源出力特性和多能互补特性基础上，以总成本最小化，外送曲线和受端地区负荷曲线匹配程度最大化为目标，构建“风光火一体化”多能互补项目优化配置模型，在规划层面优化风电、光伏装机容量以及输电容量，在运行层面优化火电运行方式、出力曲线以及外送曲线。根据案例分析可知，优化配置模型能够优化确定风电、光伏装机容量以及输电容量，使不同类型电源在月、日等时间尺度上协调互济，外送曲线对受端地区电网更加友好，实现横向多能互补、纵向源荷协调。

关键词: 新能源, 碳中和, 碳达峰, 风光火一体化, 多能互补, 优化配置, 混合整数规划

Abstract:

Multi-energy complementary project of wind-solar-thermal integration can play a coordinating and mutually beneficial role among different generations, and is one of the implementation paths for safe and efficient use of renewable energy, and achieving carbon neutrality and carbon peak. How to reasonably match the installed capacity of thermal power, wind power, photovoltaic power and the transmission capacity, to ensure the full consumption and efficient utilization of wind power and photovoltaic power, is the core issue of the multi-energy complementary project of wind-solar-thermal integration. Based on the analysis of the output characteristics and multi-energy complementary characteristics of different generations, an optimal allocation model of multi-energy complementary project of wind-solar-thermal integration was constructed with the objective of minimizing the total cost and maximizing the matching degree between the sending curve and the receiving load curve. The installed capacity of wind power, photovoltaic power and the transmission capacity were optimized at the planning level, and the thermal power operation mode, output curve and transmission curve were optimized at the operation level. According to the case analysis, the optimal allocation model can optimize and determine the installed capacity of wind power, photovoltaic power and the transmission capacity, so that different generations can coordinate with each other on monthly and daily time scales. The transmission curve is more friendly to the receiving-end grid, and the horizontal multi-energy complementary and longitudinal generation-load coordination are realized.

Key words: new energy, carbon neutrality, carbon peak, wind-solar-thermal integration, multi-energy complementary, optimal allocation, mixed integer programming

中图分类号:

TK019

周保中, 刘敦楠, 张继广, 李忆, 徐尔丰, 毕圣. “风光火一体化”多能互补项目优化配置研究[J]. 发电技术, 2022, 43(1): 10-18.

Baozhong ZHOU, Dunnan LIU, Jiguang ZHANG, Yi LI, Erfeng XU, Sheng BI. Research on Optimal Allocation of Multi-Energy Complementary Project of Wind-Solar-Thermal Integration[J]. Power Generation Technology, 2022, 43(1): 10-18.

图/表 8

图1 “风光火一体化”多能互补项目优化配置模型整体框架图

Fig. 1 Overall framework of optimal allocation model for multi-energy complementary project of wind-solar-thermal integration

图2 送端地区A四季典型日风电和光伏出力曲线

Fig. 2 Typical daily wind power and photovoltaic output curves of four seasons in sending end area A

表1 火电电能成本和开机成本

Tab. 1 Thermal power cost and start-up cost

序号i	电能成本/(元/MW)			开机成本/ (10⁶元/次)
序号i	a_i /10^-5	b_i	c_i	开机成本/ (10⁶元/次)
1和5	0.644	0.224	11.71	6
2和6	0.935	0.219	13.21	6
3和7	0.944	0.218	8.80	6
4和8	0.631	0.222	12.68	6

表2 不同类型电源装机容量、年发电量和利用时间

Tab. 2 Install capacity, annual power and utilization time of different generations

电源类型	装机容量/MW	装机容量占比/%	年发电量/(亿kW·h)	年发电量占比/%	年利用时间/h
风电	7 889	53.3	190	41.3	2 405
光伏	2 096	14.2	40	8.7	1 894
火电	4 800	32.5	229	50.0	4 779

表3 不同季节外送电量及其占比和火电运行方式

Tab. 3 Sending power and its proportion and operation mode of thermal power

季节	外送电量/ (亿kW·h)	风电电量占比/%	光伏电量占比/%	火电电量占比/%	火电运行方式
春季	104	56.7	10.7	32.6	开4停4
夏季	126	27.2	8.6	64.2	开8停0
秋季	123	41.5	7.6	50.9	开8停0
冬季	106	43.1	8.0	49.0	开6停2

图3 四季典型日“风光火一体化”多能互补项目出力曲线

Fig. 3 Output curves of multi-energy complementary project of wind-solar-thermal integration on typical days of four seasons

图4 四季典型日送端地区A外送曲线和受端地区B负荷曲线

Fig. 4 Sending curves in sending area A and load curves in receiving area B on typical days of four seasons

表4 2种场景对比分析

Tab. 4 Comparative analysis of two scenarios

场景	配套建设输电通道容量/MW	年总成本/ (10¹²元)	曲线匹配程度/ (10⁹MW²)
多能互补	7 894	2.83	7.73
独立运行	8 540	2.92	443.00

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Research on Optimal Allocation of Multi-Energy Complementary Project of Wind-Solar-Thermal Integration

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