“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

参考文献 28

1	新华社．习近平在气候雄心峰会上的讲话(全文)[EB/OL]．(2020-12-13)[2021-08-01]．． doi:10.1055/a-0975-0507
	Xinhua News Agency ．Full text：President Xi’s speech at climate ambition summit[EB/OL]．(2020-12-13)[2021-08-01]．． doi:10.1055/a-0975-0507
2	新华社．习近平主持召开中央财经委员会第九次会议[EB/OL]．(2021-03-15)[2021-08-01]．． doi:10.37544/0173-363x-2021-03-04-15
	Xinhua News Agency ．A meeting of the Central Committee for Financial and Economic Affairs presided over by President Xi[EB/OL]．(2021-03-15)[2021-08-01]．． doi:10.37544/0173-363x-2021-03-04-15
3	国家发展改革委，国家能源局．关于推进电力源网荷储一体化和多能互补发展的指导意见[EB/OL]．(2021-02-25)[2021-08-01]．． doi:10.1016/j.est.2021.103293
	NDRC，NEA ．Guidance on promoting the development of Generation-grid-load-storage integration and multi-energy complementary[EB/OL]．(2021-02-25)[2021-08-01]．． doi:10.1016/j.est.2021.103293
4	曾鸣，杨雍琦，刘敦楠，等．能源互联网“源-网-荷-储”协调优化运营模式及关键技术[J]．电网技术，2016，40(1)：114-124． doi:10.13335/j.1000-3673.pst.2016.01.016
	ZENG M， YANG Y Q， LIU D N，et al. “Generation-grid-load-storage” coordinative optimal operation mode of energy internet and key technologies[J]．Power System Technology，2016，40(1)：114-124． doi:10.13335/j.1000-3673.pst.2016.01.016
5	刘敦楠，徐尔丰，许小峰．面向园区微网的“源-网-荷-储”一体化运营模式[J]．电网技术，2018，42(3)：681-689．
	LIU D N， XU E F， XU X F ．“Source-network-load-storage” integrated operation model for microgrid in park[J]．Power System Technology，2018，42(3)：681-689．
6	卓振宇，张宁，谢小荣，等．高比例可再生能源电力系统关键技术及发展挑战[J]．电力系统自动化，2021，45(9)：171-191． doi:10.7500/AEPS20200922001
	ZHUO Z Y， ZHANG N， XIE X R，et al ．Key technologies and developing challenges of power system with high proportion of renewable energy[J]．Automation of Electric Power Systems，2021，45(9)：171-191．[7] 周兵兵，林宏宇，杨莘博，等．可再生能源多能互补系统多主体效益均衡模型[J]．智慧电力，2020，48(1)：74-79． doi:10.7500/AEPS20200922001
	ZHOU B B， LIN H Y， YANG S B，et al ．Multi-agent benefit equilibrium model for renewable energy in multi-energy complementary system[J]．Smart Power，2020，48(1)：74-79． doi:10.7500/AEPS20200922001
8	欧阳斌，袁志昌，陆超，等．考虑源-荷-储多能互补的冷-热-电综合能源系统优化运行研究[J]．发电技术，2020，41(1)：19-29． doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.19100
	OYANG B， YUAN Z C， LU C，et al ．Research on optimal operation of cold-thermal-electric integrated energy system considering source-load-storage multi-energy complementarity[J]．Power Generation Technology，2020，41(1)：19-29． doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.19100
9	华丽云，孙坚栋，王振，等．基于多能互补的综合能源控制系统研究及应用[J]．浙江电力，2020，39(7)：108-114．
	HUA L Y， SUN J D， WANG Z，et al ．Research and application of an integrated energy control system based on multi-energy complement[J]．Zhejiang Electric Power，2020，39(7)：108-114．
10	李高潮，卢怀宇，孙启德，等．基于可再生能源的冷热电联供系统集成配置与运行优化研究进展[J]．电网与清洁能源，2021，37(3)：106-119． doi:10.3969/j.issn.1674-3814.2021.03.015
	LI G C， LU H Y， SUN Q D，et al ．Research progress in configuration and operation optimization of combined cooling，heating and power (CCHP) systems based on renewable energy[J]．Power System and Clean Energy，2021，37(3)：106-119． doi:10.3969/j.issn.1674-3814.2021.03.015
11	王智冬．特高压直流风电火电联合外送电源规模优化方法[J]．电力建设，2015，36(10)：60-66． doi:10.3969/j.issn.1000-7229.2015.10.009
	WANG Z D ．Optimization method of UHVDC combined wind-thermal power transmission scale[J]．Electric Power Construction，2015，36(10)：60-66． doi:10.3969/j.issn.1000-7229.2015.10.009
12	刘振亚，张启平，董存，等．通过特高压直流实现大型能源基地风、光、火电力大规模高效率安全外送研究[J]．中国电机工程学报，2014，34(16)：2513-2522．
	LIU Z Y， ZHANG Q P， DONG C，et al ．Efficient and security transmission of wind，photovoltaic and thermal power of large-scale energy resource bases through UHVDC projects[J]．Proceedings of the CSEE，2014，34(16)：2513-2522．
13	许丹，王斌，张加力，等．特高压直流外送风光火电力一体化调度计划模型[J]．电力系统自动化，2016，40(6)：25-29． doi:10.7500/AEPS20150727003
	XU D， WANG B， ZHANG J L，et al ．Integrated transmission scheduling model for wind-photovoltaic-thermal power by ultra-high voltage direct current system[J]．Automation of Electric Power Systems，2016，40(6)：25-29． doi:10.7500/AEPS20150727003
14	胡伟，戚宇辰，张鸿轩，等．风光水多能源电力系统互补智能优化运行策略[J]．发电技术，2020，41(1)：9-18． doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.19173
	HU W， QI Y C， ZHANG H X，et al ．Complementary intelligent optimization operation strategy of wind-solar-hydro multi-energy power system[J]．Power Generation Technology，2020，41(1)：9-18． doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.19173
15	檀勤良，丁毅宏，李渝，等．考虑经济环境平衡的风光火联合外送调度策略多目标优化[J]．电力建设，2020，41(8)：129-136．
	TAN Q L， DING Y H， LI Y，et al ．Multi-objective optimization of combined wind-solar-thermal power dispatching strategy considering economic-environmental equilibrium[J]．Electric Power Construction，2020，41(8)：129-136．
16	刘敦楠，徐尔丰，刘明光，等．面向分布式电源就地消纳的园区分时电价定价方法[J]．电力系统自动化，2020，44(20)：19-28． doi:10.7500/AEPS20200123004
	LIU D N， XU E F， LIU M G，et al ．TOU pricing method for park considering local consumption of distributed generator[J]．Automation of Electric Power Systems，2020，44(20)：19-28． doi:10.7500/AEPS20200123004
17	周玮，孙辉，顾宏，等．计及风险备用约束的含风电场电力系统动态经济调度[J]．中国电机工程学报，2012，32(1)：47-55．
	ZHOU W， SUN H， GU H，et al ．Dynamic economic dispatch of wind integrated power systems based on risk reserve constraints[J]．Proceedings of the CSEE，2012，32(1)：47-55．
18	姜文玲，王勃，汪宁渤，等．多时空尺度下大型风电基地出力特性研究[J]．电网技术，2017，41(2)：493-499． doi:10.13335/j.1000-3673.pst.2016.0945
	JIANG W L， WANG B， WANG N B，et al ．Research on power output characteristics of large-scale wind power base in multiple temporal and spatial scales[J]．Power System Technology，2017，41(2)：493-499． doi:10.13335/j.1000-3673.pst.2016.0945
19	姜海洋，杜尔顺，朱桂萍，等．面向高比例可再生能源电力系统的季节性储能综述与展望[J]．电力系统自动化，2020，44(19)：194-207． doi:10.7500/AEPS20200204003
	JIANG H Y， DU E S， ZHU G P，et al ．Review and prospect of seasonal energy storage for power system with high proportion of renewable energy[J]．Automation of Electric Power Systems，2020，44(19)：194-207． doi:10.7500/AEPS20200204003
20	张宁，周天睿，段长刚，等．大规模风电场接入对电力系统调峰的影响[J]．电网技术，2010，34(1)：152-158． doi:doi:10.1097/ICO.0b013e3182000add
	ZHANG N， ZHOU T R， DUAN C G，et al ．Impact of large-scale wind farm connecting with power grid on peak load regulation demand[J]．Power System Technology，2010，34(1)：152-158． doi:doi:10.1097/ICO.0b013e3182000add
21	BUTTLER A， DINKEL F， FRANZ S，et al ．Variability of wind and solar power：an assessment of the current situation in the European Union based on the year 2014[J]．Energy，2016，106：147-161． doi:10.1016/j.energy.2016.03.041
22	时珉，周海，韩雨彤，等．一种考虑季节特性的光伏电站多模型功率预测方法[J]．电网与清洁能源，2019，35(7)：75-82． doi:10.3969/j.issn.1674-3814.2019.07.010
	SHI M， ZHOU H， HAN Y T，et al ．A multi-model power forecasting approach of photovoltaic plant based on seasonal characteristics[J]．Power System and Clean Energy，2019，35(7)：75-82． doi:10.3969/j.issn.1674-3814.2019.07.010
23	张曦，康重庆，张宁，等．太阳能光伏发电的中长期随机特性分析[J]．电力系统自动化，2014，38(6)：6-13． doi:10.7500/AEPS20131009012
	ZHANG X， KANG C Q，Z N，et al ．Analysis of mid/long term random characteristics of photovoltaic power generation[J]．Automation of Electric Power Systems，2014，38(6)：6-13． doi:10.7500/AEPS20131009012
24	HAMID S， HAMIDREZA Z， DAVID W ．Impacts of largescale wind and solar power integration on California’s net electrical load[J]．Renewable and Sustainable Energy Reviews，2016，58：761-774． doi:10.1016/j.rser.2015.12.287
25	刘吉臻．新能源电力系统建模与控制[M]．北京：科学出版社，2016． doi:10.17775/cseejpes.2016.00050
	LIU J Z ．Modeling and controlling of alternate electrical power systems[M]．Beijing：Science Press，2016． doi:10.17775/cseejpes.2016.00050
26	徐浩，李华强．火电机组灵活性改造规划及运行综合随机优化模型[J]．电网技术，2020，44(12)：4626-4635． doi:10.13335/j.1000-3673.pst.2019.1585
	XU H， LI H Q ．Planning and operation stochastic optimization model of power systems considering the flexibility reformation[J]．Power System Technology，2020，44(12)：4626-4635． doi:10.13335/j.1000-3673.pst.2019.1585
27	刘斌，张玉琼，麻林巍，等．西北地区源端基地综合能源系统的技术方案设计及优化研究[J]．中国电机工程学报，2021，41(2)：568-580．
	LIU B， ZHANG Y Q， MA L W，et al ．Design and optimization of technical schemes of supply-side base integrated energy systems in northwest China[J]． Proceeding of the CSEE，2021，41(2)：568-580．
28	刘明明，崔春风，童小娇，等．混合整数非线性规划的算法软件及最新进展[J]．中国科学：数学，2016，46(1)：1-20． doi:10.1360/N012014-00278
	LIU M M， CUI C F， TONG X J，et al ．Algorithms，softwares and recent developments of mixed integer nonlinear programming[J]．Scientia Sinica Mathemation，2016，46(1)：1-20． doi:10.1360/N012014-00278

[1]	赵斌, 梁告, 姜孟浩, 邹港, 王力. 光储系统并网功率波动平抑及储能优化配置[J]. 发电技术, 2024, 45(3): 423-433.
[2]	孙健浩, 初壮. 考虑碳交易和无功补偿的分布式电源优化配置[J]. 发电技术, 2024, 45(1): 142-150.
[3]	刘洪波, 刘珅诚, 盖雪扬, 刘永发, 阎禹同. 高比例新能源接入的主动配电网规划综述[J]. 发电技术, 2024, 45(1): 151-161.
[4]	王若为, 李音璇, 葛维春, 张诗钽, 刘闯, 楚帅. 沙漠光伏电能外送技术综述[J]. 发电技术, 2024, 45(1): 32-41.
[5]	彭道刚, 税纪钧, 王丹豪, 赵慧荣. “双碳”背景下虚拟电厂研究综述[J]. 发电技术, 2023, 44(5): 602-615.
[6]	陈皓勇, 黄宇翔, 张扬, 王斐, 周亮, 汤君博, 吴晓彬. 基于“三流分离-汇聚”的虚拟电厂架构设计[J]. 发电技术, 2023, 44(5): 616-624.
[7]	张宁, 朱昊, 杨凌霄, 胡存刚. 考虑可再生能源消纳的多能互补虚拟电厂优化调度策略[J]. 发电技术, 2023, 44(5): 625-633.
[8]	郁海彬, 张煜晨, 刘扬洋, 陆增洁, 翁锦德. 碳交易机制下多主体虚拟电厂参与电力市场的优化调度竞标策略[J]. 发电技术, 2023, 44(5): 634-644.
[9]	刘含笑. 双碳背景下电除尘器的节能减碳分析[J]. 发电技术, 2023, 44(5): 738-744.
[10]	曹冬惠, 杜冬梅, 何青. 氢储能安全及其检测技术综述[J]. 发电技术, 2023, 44(4): 431-442.
[11]	许洪华, 邵桂萍, 鄂春良, 郭金东. 我国未来能源系统及能源转型现实路径研究[J]. 发电技术, 2023, 44(4): 484-491.
[12]	李建林, 邵晨曦, 张则栋, 梁忠豪, 曾飞. 氢能产业政策及商业化模式分析[J]. 发电技术, 2023, 44(3): 287-295.
[13]	康俊杰, 赵春阳, 周国鹏, 赵良. 风光水火储多能互补示范项目发展现状及实施路径研究[J]. 发电技术, 2023, 44(3): 407-416.
[14]	张全斌, 周琼芳. 基于“双碳”目标的中国火力发电技术发展路径研究[J]. 发电技术, 2023, 44(2): 143-154.
[15]	杨锡勇, 张仰飞, 林纲, 张玉卓, 安允展, 杨昊天. 考虑需求响应的源-荷-储多时间尺度协同优化调度策略[J]. 发电技术, 2023, 44(2): 253-260.

“风光火一体化”多能互补项目优化配置研究

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

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

图/表 8

参考文献 28

相关文章 15

编辑推荐

Metrics