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近期，中國(guó)知網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)首發(fā)了《中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)》刊發(fā)的、由現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制與綠色電能新技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（東北電力大學(xué)）崔楊教授等合著的論文《考慮光熱電站調(diào)峰補(bǔ)償?shù)母弑壤履茉措娏ο到y(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度》。

文章表示：近年來(lái)，西北地區(qū)新能源裝機(jī)容量不斷增加，電力系統(tǒng)調(diào)峰問(wèn)題凸顯，通過(guò)當(dāng)?shù)匦屡d靈活可控的光熱發(fā)電參與調(diào)峰能有效緩解上述問(wèn)題。作為一種新型的發(fā)電形式，光熱發(fā)電在西北地區(qū)有很大的商業(yè)開(kāi)發(fā)潛能。含儲(chǔ)熱的光熱電站可以將多余熱量?jī)?chǔ)存起來(lái)，實(shí)現(xiàn)能量時(shí)移，從而具備理想的調(diào)峰特性，減小棄風(fēng)、棄光量，實(shí)現(xiàn)“以新能源消納新能源”。

研究人員在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，首先考慮光熱電站在不同出力下熱電轉(zhuǎn)換效率的變化，提出一種光熱電站深度調(diào)峰的成本損失測(cè)算方法，并得出其參與調(diào)峰輔助服務(wù)的補(bǔ)償定價(jià)；其次結(jié)合西北地區(qū)實(shí)際情況，以系統(tǒng)綜合成本最優(yōu)為目標(biāo)，建立光熱電站和火電共同參與調(diào)峰輔助服務(wù)的調(diào)度模型；最后通過(guò)算例仿真驗(yàn)證本文所提模型的有效性。

算例結(jié)果表明：

1)采用本文補(bǔ)償策略，光熱電站參與調(diào)峰輔助服務(wù)后的總收益提高了2.95%，提高了光熱電站參與調(diào)峰的主動(dòng)性。

2)本文所提優(yōu)化模型在典型日的優(yōu)化調(diào)度成本為107.57萬(wàn)元，無(wú)棄風(fēng)、棄光，與光熱電站不參與調(diào)峰輔助服務(wù)的模型相比分別降低了6.74%和4.21%。

3)隨著光熱電站儲(chǔ)熱容量的增加，電力系統(tǒng)運(yùn)行總成本先增大后減小；風(fēng)光棄電率、調(diào)峰成本呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但儲(chǔ)熱容量增大到一定程度后，逐漸趨于平緩。

4)光熱電站參與調(diào)峰輔助服務(wù)，可以有效降低火電調(diào)峰深度，減少火電機(jī)組的投油調(diào)峰次數(shù)。通過(guò)不同場(chǎng)景下的調(diào)度結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了本文所提模型在提升風(fēng)光消納水平和降低系統(tǒng)運(yùn)行成本的有效性。

為擴(kuò)大成果宣傳，經(jīng)《中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)》和作者本人同意，將相關(guān)研究?jī)?nèi)容摘錄如下，以供參考：

1、光熱電站參與調(diào)峰輔助服務(wù)的機(jī)理及必要性分析

相較于火電機(jī)組，光熱電站通過(guò)導(dǎo)熱工質(zhì)加熱水蒸氣推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電，具有更快的熱電轉(zhuǎn)化速率，因此汽輪發(fā)電機(jī)組的調(diào)節(jié)速度更快；并且其出力下限遠(yuǎn)低于火電機(jī)組，具有更大的調(diào)節(jié)范圍。光熱電站具有能量時(shí)移特性和快速調(diào)節(jié)能力，能夠有效提升風(fēng)光消納量，緩解電網(wǎng)調(diào)峰壓力。

圖光熱電站運(yùn)行結(jié)構(gòu)圖

光熱發(fā)電作為一種具有調(diào)峰能力的新能源，在電力系統(tǒng)調(diào)度過(guò)程中，中午時(shí)段降低機(jī)組出力為光伏發(fā)電讓路，實(shí)際上已參與了電網(wǎng)調(diào)峰，但電力市場(chǎng)現(xiàn)行政策中沒(méi)有其參與調(diào)峰輔助服務(wù)的補(bǔ)償機(jī)制，在深度調(diào)峰過(guò)程中產(chǎn)生的損失，并未得到相應(yīng)補(bǔ)償，這大大降低了光熱電站參與調(diào)峰的積極性。然而在未來(lái)高比例可再生能源的電力系統(tǒng)中，光熱發(fā)電將成為重要的調(diào)峰資源，故亟須制定調(diào)峰輔助服務(wù)的補(bǔ)償機(jī)制，對(duì)參與深度調(diào)峰的光熱電站進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)償，彌補(bǔ)光熱電站的損失，提高其參與調(diào)峰的積極性，從而替代部分火電機(jī)組參與電力系統(tǒng)調(diào)峰，提高新能源并網(wǎng)率。

2、光熱電站調(diào)峰輔助服務(wù)定價(jià)策略分析

目前電力市場(chǎng)上的調(diào)峰需求主要由火電機(jī)組承擔(dān)，火電機(jī)組根據(jù)調(diào)峰深度可分為基本調(diào)峰和有償調(diào)峰，根據(jù)是否投油又可以將有償調(diào)峰分為不投油深度調(diào)峰與投油深度調(diào)峰。與火電機(jī)組不同，光熱發(fā)電無(wú)煤炭燃燒過(guò)程，其深度調(diào)峰成本包括因降低發(fā)電機(jī)組出力導(dǎo)致的熱電轉(zhuǎn)換效率損失成本、機(jī)組機(jī)械損耗成本、人工成本以及因參與調(diào)峰導(dǎo)致多余儲(chǔ)熱的熱量耗散成本，但大部分損失為調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)組出力導(dǎo)致的熱電轉(zhuǎn)換效率損失成本與多余儲(chǔ)熱的熱量耗散成本，其余成本暫不考慮。

在光熱電站降低出力運(yùn)行向下調(diào)峰的過(guò)程中，隨著機(jī)組出力的減小，熱電轉(zhuǎn)換效率不斷降低，同時(shí)儲(chǔ)熱罐中儲(chǔ)熱量增加，熱量耗散增多，產(chǎn)生額外損失，應(yīng)該進(jìn)行相應(yīng)補(bǔ)償。當(dāng)電力系統(tǒng)需要向上調(diào)峰時(shí)，光熱電站增加出力運(yùn)行，熱電轉(zhuǎn)換效率增加，儲(chǔ)熱罐中蓄熱量相對(duì)減小，熱量損失減少，光熱電站從中獲利，借鑒輔助服務(wù)補(bǔ)償細(xì)則，不需要對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。所以，需要計(jì)算光熱電站向下調(diào)峰的附加成本，根據(jù)成本得出調(diào)峰補(bǔ)償。

由于光熱電站運(yùn)行維護(hù)成本受深度調(diào)峰的影響較小，可不考慮其附加成本。此外，雖然機(jī)械損耗成本會(huì)隨著出力的減小而增大，但考慮到本文已將此成本計(jì)入上網(wǎng)電價(jià)中，故不做額外計(jì)算。因此，光熱電站調(diào)峰成本主要考慮熱電轉(zhuǎn)換效率損失成本以及儲(chǔ)熱裝置額外熱量耗散成本。

3、計(jì)及光熱電站調(diào)峰補(bǔ)償?shù)碾娏ο到y(tǒng)日前優(yōu)化調(diào)度模型

由于風(fēng)電、光伏出力和用電負(fù)荷具有不確定性，預(yù)測(cè)結(jié)果存在誤差，為保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，發(fā)電機(jī)組需要預(yù)留足夠的旋轉(zhuǎn)備用容量。本文采用模糊機(jī)會(huì)約束模型解決上述問(wèn)題，通過(guò)三角模糊參數(shù)處理風(fēng)光出力和負(fù)荷需求的不確定性，以此確定系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)備用容量。

本文綜合考慮風(fēng)電、光伏、光熱發(fā)電運(yùn)行維護(hù)成本、火電機(jī)組發(fā)電成本、棄風(fēng)棄光成本以及系統(tǒng)調(diào)峰輔助服務(wù)成本，并以系統(tǒng)成本最低為目標(biāo)，建立系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度成本模型。

新能源發(fā)電能量流動(dòng)示意圖

4、算例分析

本文采用改進(jìn)的IEEE-30節(jié)點(diǎn)進(jìn)行算例分析，系統(tǒng)包括3臺(tái)火電機(jī)組，1個(gè)風(fēng)電場(chǎng)、1個(gè)光伏電站以及1個(gè)光熱電站，其中光伏電站、風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量為200MW，光熱電站裝機(jī)容量為100MW。為了驗(yàn)證光熱電站參與調(diào)峰輔助服務(wù)的可行性，算例中以典型夏日負(fù)荷、風(fēng)電及太陽(yáng)輻射指數(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)行模型計(jì)算，首先計(jì)算出光熱電站的調(diào)峰成本，得出補(bǔ)償定價(jià)，然后以系統(tǒng)綜合運(yùn)行成本最小為目標(biāo)對(duì)本文所提模型進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)比分析各模型最終的成本以及棄風(fēng)、棄光量。

根據(jù)光熱電站熱電轉(zhuǎn)換效率曲線和標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)確定機(jī)組深度調(diào)峰時(shí)的損失。如文圖6所示，3條曲線分別表示有償調(diào)峰基準(zhǔn)為光熱電站額定功率50%、60%、70%時(shí)每降低1MW電量的發(fā)電效率損失成本。由圖可知，當(dāng)基本調(diào)峰出力固定時(shí)，隨著機(jī)組出力的降低，機(jī)組損失成本先增大后減小，這是因?yàn)闄C(jī)組出力較高時(shí)，熱電轉(zhuǎn)換效率高，損失的電能少。

在光熱電站參與調(diào)峰輔助服務(wù)過(guò)程中，中午降低出力為光伏發(fā)電騰出上網(wǎng)空間。光熱電站降低出力將多余熱量?jī)?chǔ)存至儲(chǔ)熱罐中，儲(chǔ)熱罐內(nèi)蓄熱量增加，產(chǎn)生額外的熱量損失，通過(guò)計(jì)算可得光熱電站當(dāng)日由于參與調(diào)峰輔助服務(wù)導(dǎo)致的平均機(jī)會(huì)成本損失為15.0元/MW·h。

按照補(bǔ)償成本、合理收益的基本原則，采用成本加成定價(jià)法，并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)得到的調(diào)峰報(bào)價(jià)目標(biāo)利潤(rùn)率計(jì)算出補(bǔ)償費(fèi)用，3種情況的成本及費(fèi)用如文表2所示，由于現(xiàn)存有償調(diào)峰基準(zhǔn)大多為機(jī)組額定功率的50%，所以本文后續(xù)算例采用50%額定功率為有償調(diào)峰基準(zhǔn)計(jì)算。

根據(jù)上述分析可知，光熱電站深度調(diào)峰容量報(bào)價(jià)和有償調(diào)峰基準(zhǔn)、光熱發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)的大小以及調(diào)峰需求緊密相關(guān)。有關(guān)部門(mén)在具體制定調(diào)峰輔助服務(wù)補(bǔ)償細(xì)則時(shí)，應(yīng)該根據(jù)電價(jià)政策和本地區(qū)電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀況，對(duì)區(qū)域內(nèi)參與調(diào)峰輔助服務(wù)的光熱電站的各類典型調(diào)峰數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)算，確定本區(qū)域的基本調(diào)峰標(biāo)準(zhǔn)，并通過(guò)大量數(shù)據(jù)分析得出調(diào)峰補(bǔ)償價(jià)格區(qū)間。

為了驗(yàn)證光熱電站參與調(diào)峰輔助服務(wù)的合理性以及聯(lián)合系統(tǒng)優(yōu)化模型的經(jīng)濟(jì)性，本文設(shè)置了3個(gè)典型調(diào)度場(chǎng)景進(jìn)行對(duì)比分析：

1）場(chǎng)景1：僅火電機(jī)組參與深度調(diào)峰，光熱電站只參與基本調(diào)峰,儲(chǔ)熱罐儲(chǔ)熱容量為3000MW·h。

2）場(chǎng)景2：光熱電站與火電機(jī)組共同參與調(diào)峰輔助服務(wù)，儲(chǔ)熱罐儲(chǔ)熱容量為2500MW·h。

3）場(chǎng)景3：光熱電站與火電機(jī)組共同參與調(diào)峰輔助服務(wù)，儲(chǔ)熱罐儲(chǔ)熱容量為3000MW·h。

風(fēng)電在0:00-10:00處于高發(fā)時(shí)段，12:00-19:00出力較低，而光伏在10:00-18:00時(shí)段內(nèi)出力較高，風(fēng)光發(fā)電有明顯的互補(bǔ)效應(yīng)，有利于電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，但風(fēng)電具有不確定性，且中午時(shí)段光伏發(fā)電量較大，導(dǎo)致需要較多的調(diào)峰容量。

表3為3種場(chǎng)景下重要指標(biāo)對(duì)比，分析表3中數(shù)據(jù)可知，場(chǎng)景3的風(fēng)光棄電率、棄電懲罰成本以及總運(yùn)行成本均為最低。由于場(chǎng)景1中參與調(diào)峰的電源較少，調(diào)峰成本更低，但因此存在更多的棄風(fēng)、棄光。本文所提模型中，光熱電站參與調(diào)峰輔助服務(wù)增加了系統(tǒng)的調(diào)峰靈活性。因此，場(chǎng)景3無(wú)棄風(fēng)、棄光，較場(chǎng)景1、場(chǎng)景2分別降低了4.21%、3.52%；總成本僅為107.57萬(wàn)元，比場(chǎng)景1、場(chǎng)景2分別降低了6.74%、4.45%。

以場(chǎng)景3為例分析光熱電站參與調(diào)峰輔助服務(wù)意愿，數(shù)據(jù)對(duì)比如表4所示，光熱電站在參與調(diào)峰輔助服務(wù)后，按照本文定價(jià)方法進(jìn)行補(bǔ)償，所得調(diào)峰收益為4.25萬(wàn)元，總收益與不計(jì)補(bǔ)償時(shí)的發(fā)電收益相比提高2.95%，提高了光熱電站參與調(diào)峰輔助服務(wù)的積極性。

儲(chǔ)熱系統(tǒng)容量是影響光熱電站調(diào)峰的重要指標(biāo)，具備足夠大的儲(chǔ)熱系統(tǒng)容量是光熱電站參與調(diào)峰輔助服務(wù)的前提。文章對(duì)儲(chǔ)熱裝置容量改變對(duì)電力系統(tǒng)風(fēng)光消納以及經(jīng)濟(jì)性影響進(jìn)行了分析，如表5所示。在其他條件不變的前提下，隨著光熱電站儲(chǔ)熱系統(tǒng)容量逐漸增加，電源的調(diào)節(jié)能力逐步增強(qiáng)，電力系統(tǒng)風(fēng)光棄電率、調(diào)峰成本、運(yùn)行總成本均有所下降，但下降速率由快變慢，最后基本保持不變。

作者：崔楊1，于世鵬1*，張節(jié)潭2，王茂春3，王學(xué)斌2，傅國(guó)斌2

1．現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制與綠色電能新技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（東北電力大學(xué)）

2．國(guó)網(wǎng)青海省電力公司電力科學(xué)研究院

3．國(guó)網(wǎng)青海省電力公司調(diào)度控制中心

引用格式：崔楊，于世鵬，張節(jié)潭，王茂春，王學(xué)斌，傅國(guó)斌．考慮光熱電站調(diào)峰補(bǔ)償?shù)母弑壤履茉措娏ο到y(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度[J/OL]．中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào).

https://doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.220054