《不同滲透率情況下微網(wǎng)穩(wěn)定運行所需各種儲能容量和用電成本分析》9000字（論文）

PAGE14PAGE15不同滲透率情況下微網(wǎng)穩(wěn)定運行所需各種儲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)定性將對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行造成較大沖擊。通過目前的研究結(jié)果來看，通過配置一定量的儲能可以應(yīng)對高比例清潔能源供電所帶來的問題，因此本論文在此基礎(chǔ)上，研究儲能結(jié)構(gòu)對新型電力系統(tǒng)的影響，構(gòu)建了以氫能發(fā)電作為集中式長效儲能，以化學(xué)儲能作為分布式短效儲能的高比例清潔能源出力的微網(wǎng)運行模型，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個維度量化分析系統(tǒng)的儲能需求，將儲能規(guī)劃與電源規(guī)劃共同組成混合整數(shù)優(yōu)化模型進行整體求解。以微網(wǎng)日常運行的用電數(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)定運行所需各種儲能的裝機容量、各類清潔能源發(fā)電裝機容量和用電成本。結(jié)果表明，僅依靠以短效化學(xué)電池為代表的短時儲能無法滿足新型電力系統(tǒng)發(fā)展需要，長期儲能和短期儲能混合配置可以滿足新型電力系統(tǒng)對清潔能源短時調(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)運行；儲能規(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國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 435071.3本文主要研究內(nèi)容 581382儲能需求的量化分析方法 6275112.1儲能需求維度 6234282.2量化分析流程 6324682.3儲能需求量化分析優(yōu)化方法框架 718183儲能量化分析模型 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模型針對性分析 14208774.3.1模型計及儲能和新能源設(shè)備成本預(yù)測運行結(jié)果分析 1422384.3.2儲能對系統(tǒng)棄電、切負(fù)荷的影響 15192924.3.3儲能對火力發(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，國家主席習(xí)近平在氣候雄心峰會上發(fā)表題為《繼往開來，開啟全球應(yīng)對氣候變化新征程》的重要講話，講話中提出我國“3060”的建設(shè)目標(biāo)。并做出具體承諾：到二零三零年，實現(xiàn)風(fēng)電和太陽能發(fā)電總裝機容量達(dá)到12億千瓦以上[1]。其中特別提到對風(fēng)電和太陽能發(fā)電的建設(shè)及加快優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)。十三五”期間我國電能占終端能源消費比達(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施進一步加大，我國能源消耗以煤炭為主，火電作為我國主要發(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)對高比例清潔能源發(fā)電對電力系統(tǒng)沖擊的準(zhǔn)備。我國現(xiàn)有電力系統(tǒng)在建設(shè)時具有一定的余量且目前清潔能源發(fā)電占比尚不足20%，所以對我國現(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)電對電網(wǎng)的沖擊也會越來越大，終會對現(xiàn)有電網(wǎng)產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p害，儲能技術(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能結(jié)構(gòu)，對長期儲能和短期儲能進行分類分析，構(gòu)建了以分布式化學(xué)儲能作為短期儲能和集中式氫能發(fā)電作為長期儲能分析模型如圖1-1所示，并通過算法模擬驗證模型的合理性和分析對電力系統(tǒng)的影響。圖SEQ圖\*ARABIC1-1模型事實結(jié)構(gòu)示意圖國內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前，針對儲能在新型電力系統(tǒng)中的應(yīng)用已有學(xué)者進行了廣泛的研究。趙乙潼等學(xué)者分析了用戶側(cè)通過配置儲能并進行優(yōu)化儲能運行來降低用電成本[4]。蘇向敬等學(xué)者對含高比例清潔能源配網(wǎng)中配置分布式儲能解決清潔能源出力的不確定性和負(fù)荷的不平衡問題進行細(xì)致分析[5]。文獻(xiàn)[6]運用先進的集成技術(shù)將多個儲能系統(tǒng)之間進行串并聯(lián)得到規(guī)?；瘍δ芟到y(tǒng)，分析并建立了規(guī)?；瘍δ芟到y(tǒng)的凈現(xiàn)值計算模型，驗證了儲能應(yīng)用于用戶側(cè)的經(jīng)濟性。文獻(xiàn)[7]在普通用戶用電場景下，深度分析了應(yīng)用于削峰填谷的儲能系統(tǒng)的調(diào)度問題。文獻(xiàn)[8]針對園區(qū)場景，建立基于能效、經(jīng)濟、環(huán)境的多目標(biāo)優(yōu)化模型，采用粒子群算法對模型進行求解，實現(xiàn)對園區(qū)儲能功率和容量的配置。文獻(xiàn)[9]構(gòu)建了孤網(wǎng)運行模式下的綜合能源微網(wǎng)多能存儲系統(tǒng)優(yōu)化配置模型,提出了包含儲電系統(tǒng)和儲熱系統(tǒng)的功率、容量的配置方法。文獻(xiàn)[10]對含風(fēng)光柴儲的獨立微網(wǎng)中各電源進行數(shù)學(xué)建模，在保證供電可靠性的基礎(chǔ)上通過配置各電源容量實現(xiàn)綜合用電成本最低文獻(xiàn)[11]針對工業(yè)對象的負(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最大為目標(biāo)，構(gòu)建了工業(yè)微電網(wǎng)的光伏和儲能容量優(yōu)化配置的多目標(biāo)優(yōu)化模型，并采用NSGA-II算法對所建模型進行求解。通過實際應(yīng)用驗證了模型可靠性。文獻(xiàn)[12]以投資回報率最大為優(yōu)化目標(biāo)建立儲能規(guī)劃模型，采用多步動態(tài)優(yōu)化方法求解得出最優(yōu)的儲能容量。文獻(xiàn)[13]分析了單一種類儲能技術(shù)對系統(tǒng)靈活調(diào)度和經(jīng)濟性的影響。以上方法雖然對儲能的應(yīng)用場景和功能進行了較為詳細(xì)的分析，但并未針對功率型儲能和能量型儲能的配置進行研究。本文主要研究內(nèi)容首先，分析儲能在高比例清潔能源出力的電力系統(tǒng)中發(fā)揮的作用，給出儲能在高比例清潔能源微網(wǎng)運行量化分析流程。其次，建立儲能與發(fā)電設(shè)備聯(lián)合規(guī)劃優(yōu)化模型，模型計及系統(tǒng)的運行約束和投資約束，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)?；旌险麛?shù)線性規(guī)劃模型，對火電、可再生能源（風(fēng)電、光伏）、短期和長期兩類儲能設(shè)備容量進行協(xié)同優(yōu)化。最后，通過CPLEX軟件包對各滲透率下的模型進行優(yōu)化求解進行優(yōu)化求解，將結(jié)果進行對比分析來驗證模型的合理性。儲能需求的量化分析方法儲能需求維度電力由于自身的特點，發(fā)電和用電需時刻保持平衡，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，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能來平抑清潔能源發(fā)電的波動，并且儲能在電力系統(tǒng)調(diào)頻、削峰填谷等方面具有很高的系統(tǒng)價值，但應(yīng)用儲能尚有許多問題需要解決，目前以化學(xué)儲能為代表的短期儲能，化學(xué)儲能就不得不面對其運行安全和環(huán)保問題，在局部配置過多化學(xué)儲能亦會對周圍環(huán)境造成影響，形成安全隱患，且運行調(diào)度不便并不能對整體的電力系統(tǒng)運行起到很好的調(diào)節(jié)作用，但化學(xué)儲能調(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)能并不能滿足我國電力系統(tǒng)建設(shè)需求；以氫能發(fā)電為代表的長期儲能，在電-氫-電轉(zhuǎn)換和長期儲存過程中能量損耗過大，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)電運行過程中有著啟停約束靈活調(diào)度能力略遜于化學(xué)儲能，但氫氣可以長期儲存以應(yīng)對清潔能源季節(jié)性長周期發(fā)電不均情況，且發(fā)電功率大，對環(huán)境影響小，碳排放量低。本文從系統(tǒng)運行角度分析在不同滲透率下微網(wǎng)穩(wěn)定運行的儲能需求，結(jié)合現(xiàn)有研究，本文給出的微網(wǎng)模型中將儲能分成分布式短期儲能和集中式長期儲能兩種，因此本文所述模型的儲能需求共有三個維度：①總量，儲能總量包括長期儲能容量和短期儲能容量；②結(jié)構(gòu)，因儲能分為長期和短期兩類，本文將儲能結(jié)構(gòu)分為四類：長期儲能和短期儲能、長期儲能、短期儲能、無儲能；③成本，即儲能所需要的成本。新型電力系統(tǒng)對儲能的需求表現(xiàn)在三個方面：①配置儲能來滿足高滲透率的電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的需求；②配置儲能來滿足新型電力系統(tǒng)供電充裕度不下降；③配置儲能降低用電成本。量化分析流程儲能需求量化分析流程如圖2-1所示。首先，通過明確新型電力系統(tǒng)發(fā)展階段確定電力系統(tǒng)中清潔能源供電占比，進而預(yù)測微網(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能成本，通過系統(tǒng)運行仿真預(yù)測出微網(wǎng)負(fù)荷數(shù)據(jù)和清潔能源出力數(shù)據(jù)，通過現(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)展趨勢合理預(yù)測出各設(shè)備的發(fā)電成本和儲能成本。本文采用磷酸鐵鋰電池作為短期儲能的參考，采用氫能發(fā)電作為長期儲能的參考。然后，以用電數(shù)據(jù)作為輸入，在模型中求解出儲能優(yōu)化配置結(jié)果（包括儲能的結(jié)構(gòu)、容量及成本），通過改變儲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)運行的儲能需求以及分析儲能配置對系統(tǒng)用電經(jīng)濟性的影響。圖2-1儲能需求量化分析流程圖儲能需求量化分析優(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。次算法模型以各類預(yù)測成本、負(fù)荷數(shù)據(jù)等作為輸入數(shù)據(jù)，采用計及系統(tǒng)靈活運行約束建立24小時運行模型，同時模型計及各種投資及系統(tǒng)運行約束，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)?；旌险麛?shù)線性規(guī)劃模型，通過MATLAB軟件編寫模型算法并調(diào)用CPLEX求解包進行求解。圖2-2儲能需求量化分析優(yōu)化算法框架儲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\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)電機組、光伏、風(fēng)電、長期儲能和短期儲能的日分?jǐn)偨ㄔO(shè)成本；、、、、分別火電機組發(fā)電容量、光伏發(fā)電裝機容量、風(fēng)電發(fā)電裝機容量、長期儲能容量和短期儲能容量。分?jǐn)偟蕉入姷倪\維成本表達(dá)式為：（3-3）式（3-3）中：、、、、分別為火電、光伏、風(fēng)電、長期儲能和短期儲能單位輸出電能所需的運維成本；、、、、分別為火電、光伏、風(fēng)電、長期儲能和短期儲能輸出的電能總量。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)濟性的約束，電源容量不能過高，儲能容量不宜超過單日負(fù)荷的10%，但光伏及風(fēng)電的出力比例低并不能100%的按容量滿發(fā)，所以適當(dāng)增大新能源發(fā)電的裝機容量。電源容量上限約束為：(3-5)式（3-5）中：、分別為各儲能的容量和各電源的裝機容量；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)不同時期電網(wǎng)轉(zhuǎn)型的建設(shè)要求，不同時期的電力系統(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時段切除負(fù)荷功率。清潔能源發(fā)電波動性及間歇性約束由于清潔能源發(fā)電具有波動性和間歇性并不能保持長期穩(wěn)定發(fā)電所以其清潔能源發(fā)電波動性及間歇性約束為：，(3-8)式(3-8)中：為清潔能源r在t時段供電功率；為清潔能源r在t時段的發(fā)電率；為清潔能源裝機容量。儲能設(shè)備運行約束，，(3-9)-，(3-10)，(3-11)，(3-12)(3-13)式中：和為儲能電池b在t時段充電功率和電池放電功率；和為0-1變量，1表示儲能電池b在t時段處于充電或放電狀態(tài)，0表示儲能電池b在t時段處于靜止?fàn)顟B(tài)；為儲能電池b在t時段的荷電狀態(tài)；為儲能電池b的充放電效率；和為長期儲能在t時段的充放電功率。式（3-9）表示儲能的充放電功率不能超過儲能容量；式（3-10）表示儲能的荷電狀態(tài)應(yīng)符合能量平衡；式（3-11）表示儲能的荷電狀態(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）表示長期儲能在T時段內(nèi)的充放電為平衡狀態(tài)?；痣姍C組運行約束（3-14）（3-15）式中：為火電機組在t時段輸出功率；為火電機組爬坡速率。式（3-14）表示火電機組發(fā)電功率不超過火電機組裝機容量并且不允許火電機組冷啟動；式（3-15）表示火電機組上坡和下坡速率約束。發(fā)電-負(fù)荷平衡約束（3-16）式中：、、分別為火電機組、光伏、風(fēng)力發(fā)電在t時段供電功率；、、、分別為長期儲能和短期儲能在t時段的充放電功率；為模型在t時段的負(fù)荷功率；為模型在t時段切除負(fù)荷功率。式（3-16）表示模型在任意時刻功率平衡約束。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碳達(dá)峰碳中和的發(fā)展目標(biāo)，我國預(yù)計在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)運行的清潔能源滲透率也應(yīng)滿足相應(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][對全球清潔能源滲透率預(yù)測成果作為參考條件，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)威組織對可再生能源發(fā)電設(shè)備和儲能成本發(fā)展趨勢的預(yù)測結(jié)果[15-17]計算各環(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)荷特性曲線圖4-2風(fēng)力發(fā)電特性曲圖4-3光伏發(fā)電特性曲線案例優(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年運行的滲透率為30%、在2050年運行的滲透率為62.7%，通過CPLEX求解器分別得出模型的運行結(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，初步驗證了模型運行結(jié)果的可靠性。表4-130%和62.7%滲透率配置長短期儲能模型運行結(jié)果清潔能源滲透率總費用/元度電成本/元·（kW·h）-1短期儲能容量/kW·h長期儲能容量/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，用電總費用和度電成本下降了24.64%，儲能總量有所下降，其中短期儲能容量下降，長期儲能容量提高，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。但僅由上述運行結(jié)果并不能分析出儲能在高比例清潔能源電力系統(tǒng)中的作用，故將系統(tǒng)改變運行條件再進行多次運行出結(jié)果對比，如下表4-2所示：表4-2各儲能結(jié)構(gòu)模型運行結(jié)果清潔能源滲透率模型儲能結(jié)構(gòu)總費用

/元度電成本/元·（kW·h）-1長期儲能容量/kW·h短期儲能容量/kW·h風(fēng)電容量/kW·h光伏容量/kW·h火電容量/kW·h30%長期和短期儲能1558.40.44054.2180117.337.2144.6短期儲能1563.60.442002409766.7147.4長期儲能1607.10.454331.70121.616.3156.6無儲能1706.50.48240087.463.4576.062.7%長期和短期儲能1174.30.331916.6150196.1134.2104.9短期儲能1218.70.34450240124.8230.3198.8長期儲能1209.10.341822.90163164.8134.0無儲能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)運行圖分析，在30%滲透率下，儲能結(jié)構(gòu)為長期儲能和短期儲能時用電成本和度電成本最低，無儲能配置是用電成本和度電成本最高約較配置長短期儲能情況下增加9.5%；在電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面，在配置長短期儲能情況下，占用的火電機組容量最小，無儲能情況下所需的火電機組容量最多約比配置長短期儲能情況下多占用3倍容量，單獨配置一種儲能與配置長短期儲能相比占用的火電機組容量并無過大增漲，這種情況證明了儲能在高比例清潔能源系統(tǒng)中起到了至關(guān)重要的作用，滿足了電力系統(tǒng)清潔運行的要求。在62.7%滲透率下，儲能亦發(fā)揮了更加重要的作用，儲能結(jié)構(gòu)為長期短期儲能時用電成本和度電成本最低，且與無儲能結(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，配置長短期儲能情況下，占用的火電機組容量最小僅為無儲能情況下占用容量的12.5%，且清潔能源的裝機容量也較少，發(fā)電利用率較高。圖4-430%滲透率各儲能結(jié)構(gòu)下電源結(jié)構(gòu)圖4-562.7%滲透率各儲能結(jié)構(gòu)下電源結(jié)構(gòu)氫氣發(fā)電電池放電風(fēng)機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%滲透率長短期儲能系統(tǒng)運行圖圖4-730%滲透率僅配置短期儲能系統(tǒng)運行圖圖4-830%滲透率僅配置長期儲能系統(tǒng)運行圖圖4-930%滲透率無儲能系統(tǒng)運行圖圖4-1062.7%滲透率長短期儲能系統(tǒng)運行圖圖4-1162.7%滲透率僅配置短期儲能系統(tǒng)運行圖圖4-1262.7%滲透率僅配置長期儲能系統(tǒng)運行圖圖4-1362.7%滲透率無儲能系統(tǒng)運行圖模型針對性分析模型計及儲能和新能源設(shè)備成本預(yù)測運行結(jié)果分析以上分析模型數(shù)據(jù)并未計及儲能和新能源設(shè)備成本隨時間的下降，根據(jù)儲能成本預(yù)測在2050年長期儲能成本將下降40%左右，短期儲能將下降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，計及儲能和新能源成本預(yù)測的模型運行數(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比如圖4-14所示，由對比可知其符合上述結(jié)論，并且隨著儲能及新能源設(shè)備成本的下降模型用電成本也隨之下降，同等運行模式下均下降10%左右。證明本文所建立的模型在儲能和新能源設(shè)備成本下降時更具優(yōu)勢。度電成本/元度電成本/元圖4-14兩種成本情況運行對比表4-3計及儲能及新能源發(fā)電設(shè)備成本預(yù)測各儲能結(jié)構(gòu)下棄電切負(fù)荷情況清潔能源滲透率模型儲能結(jié)構(gòu)總費用

/元度電成本/元·（kW·h）-1長期儲能容量/kW·h短期儲能容量/kW·h風(fēng)電容量/kW光伏容量/kW火電容量/kW62.7%長期和短期儲能1055.20.298319.3240199.6132.186.2短期儲能1099.20.31070240124.8230.3198.8長期儲能1071.60.302934.80169.8158.2119.6無儲能1247.90.352800141.5195.6619儲能對系統(tǒng)棄電、切負(fù)荷的影響儲能不僅在經(jīng)濟性方面起著重要的作用，儲能在系統(tǒng)穩(wěn)定運行和供電可靠性方面起著更重要的作用，各儲能結(jié)構(gòu)下系統(tǒng)運行切負(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，短期儲能在系統(tǒng)中起著負(fù)荷調(diào)節(jié)的作用，長期儲能起著降低清潔能源棄電率的作用，通過兩種滲透率系統(tǒng)運行結(jié)果對比可以發(fā)現(xiàn)：隨著清潔能源滲透率的提高，長期儲能和短期儲能對系統(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，儲能設(shè)備可以很好的解決清潔能源出力不穩(wěn)定的問題，儲能將在未來新型電力系統(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)荷長短期儲能/kW·h僅短期儲能/kW·h僅長期儲能/kW·h無儲能/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儲能對火力發(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；采用增加占用傳統(tǒng)發(fā)電設(shè)備容量會造成傳統(tǒng)發(fā)電設(shè)備出力出現(xiàn)劇烈波動，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，但火電機組的利用率極低，發(fā)電量僅為滿載發(fā)電的8.9%左右，頻繁的啟停對機組損害巨大，對能源浪費也較大。在加入儲能的情況下，火電機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)了儲能對電能很好的調(diào)節(jié)作用，三種儲能結(jié)構(gòu)下占用火電容量對比，長期儲能和短期儲能結(jié)構(gòu)占用容量略小于另兩種結(jié)構(gòu)，但優(yōu)勢略小，以目前形式分析多以化學(xué)儲能為主，長短期儲能配合模式較短期儲能模型優(yōu)勢明顯?；痣姍C組容量/kW火電機組容量/kW圖4-15四種儲能結(jié)構(gòu)新能源裝機容量變化火電機組容量/kW火電機組容量/kW圖4-16四種儲能結(jié)構(gòu)火力發(fā)電裝機容量變化結(jié)論與展望結(jié)論本論文建立了一種配置長期儲能和短期儲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能結(jié)構(gòu)——分布式短期儲能和集中式長期儲能，模型利用長期儲能和短期儲能的特點，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，通過模型優(yōu)化結(jié)果驗證了模型的合理性和可靠性，滿足電力系統(tǒng)低碳運行的要求，對未來新型電力系統(tǒng)的建設(shè)提供了一種可能的新型儲能配置方法，具有一定的參考價值。在本模型運行結(jié)果可以得出在配置長短期儲能的情況下，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能成本和低新能源建設(shè)成本情況下更具優(yōu)勢，這一場景符合當(dāng)下新型電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，這種運行模式將可能在不久的將來大放異彩。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展望在我國加緊建設(shè)新型電力系統(tǒng)的背景下，新型電力系統(tǒng)的各種問題更是亟待解決，本文以我國3060建設(shè)目標(biāo)為條件，測算出某負(fù)荷條件下的儲能需求（儲能種類、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題，例如：根據(jù)最新的新型電力系統(tǒng)建設(shè)要求進行臺區(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；本文模型限于運行條件僅以單日時間長度運行并不能很好的驗證結(jié)論，隨著系統(tǒng)運行時間的加長，長期儲能的優(yōu)勢也會越發(fā)明顯；模型的約束條件、負(fù)荷、清潔能源發(fā)電過于簡單并不能很好的模擬真實的運行情況?；谏鲜鰡栴}在以后的研究中應(yīng)加強對新型電力系統(tǒng)現(xiàn)有建設(shè)要求的落實，模型應(yīng)加長運行的時間長度、增加模型的運行條件、采用更廣泛的數(shù)據(jù)來完善模型和結(jié)果，盡可能模擬實際情況，并對未來電力系統(tǒng)的變革合理預(yù)測。PAGE20PAGE19參考文獻(xiàn)習(xí)近平.繼往開來，開啟全球應(yīng)對氣候變化新征程[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].中國電力報,2021-04-01.胡鞍鋼.中國實現(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(社會科學(xué)版),2021,21(03):1-15.趙乙潼，王慧芳，何奔騰，等.面向用戶側(cè)的電池儲能配置與運行優(yōu)化策略[J].電力系統(tǒng)自動化，2020，44（6）：121-1