碳交易背景下發(fā)電系統(tǒng)復(fù)合儲能優(yōu)化調(diào)度研究

黨佳偉

摘要：由于傳統(tǒng)方法對發(fā)電系統(tǒng)的調(diào)度未充分考慮碳交易機(jī)制，且總偏差電量較大，導(dǎo)致復(fù)合儲能優(yōu)化調(diào)度效果不佳，為此，研究碳交易背景下發(fā)電系統(tǒng)復(fù)合儲能優(yōu)化調(diào)度。選取發(fā)電系統(tǒng)初始荷電狀態(tài)，控制充放電能量的變化區(qū)間。將碳交易機(jī)制引入發(fā)電系統(tǒng)，就地消納分布式能源。構(gòu)建復(fù)合儲能優(yōu)化調(diào)度模型，約束系統(tǒng)功率及備用容量。經(jīng)實驗分析，研究方法在各調(diào)度周期的電量偏差值較小，與傳統(tǒng)方法相比，碳排放量及系統(tǒng)運(yùn)行成本更低，證明研究方法更具有效性。

關(guān)鍵詞：碳交易機(jī)制;發(fā)電系統(tǒng);荷電狀態(tài);復(fù)合儲能;調(diào)度模型

引言

能源是社會持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，也是人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡谋匾镔|(zhì)來源。在我國工業(yè)發(fā)展規(guī)模逐步擴(kuò)大與發(fā)展的同時，能源日益緊缺的問題越來越凸顯，同時為環(huán)境帶來了嚴(yán)重的污染，因此對可再生能源開發(fā)與利用逐漸走入大眾視野[1]。在碳交易背景下，風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電等可再生能源技術(shù)在電力工業(yè)的應(yīng)用比例越來越大，同時也為電力系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行帶來了一定的安全隱患[2]。為控制發(fā)電系統(tǒng)的碳排放量，并實現(xiàn)各區(qū)域能源的就地消納，將多能源協(xié)同運(yùn)行并增加儲能電源，形成低碳化能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)已成為我國電力工業(yè)可再生能源用電的發(fā)展方向，儲能具有可充可放的運(yùn)行特性，能夠在一定程度上平衡可再生能源的不確定性，因此在發(fā)電系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，但由于單一的儲能形式已不能滿足多能源需求，因此需要綜合分析多種儲能技術(shù)特性，根據(jù)風(fēng)電回電、水電風(fēng)電等實際需求配置，研究復(fù)合儲能優(yōu)化調(diào)度方法。本文研究為促進(jìn)多種可再生能源發(fā)電發(fā)展提供一定的參考依據(jù)，同時在碳交易背景下，對實現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)低碳化具有重要的現(xiàn)實意義。

1碳交易背景下發(fā)電系統(tǒng)復(fù)合儲能優(yōu)化調(diào)度研究

1.1選取發(fā)電系統(tǒng)初始荷電狀態(tài)

由于各可再生能源在24小時的周期內(nèi)存在著一定的波動，因此在發(fā)電系統(tǒng)的復(fù)合儲能優(yōu)化調(diào)度中，對低碳的初始和約束的荷電狀態(tài)不限定會使次日的系統(tǒng)荷電狀態(tài)過高或過低，無法提供平抑不平衡功率所需的功率[3]。系統(tǒng)初始荷電狀態(tài)的選取直接與充放電能量的變化區(qū)間有關(guān)，因此在選取荷電初始狀態(tài)時考慮在最小容量配置下，滿足24小時周期內(nèi)重放電量連續(xù)變化的需求，優(yōu)化電池容量調(diào)度并設(shè)置初始值為Km，其實際初始能量為：

式中C和D分別為發(fā)電機(jī)組的實際碳排放量與分配額度， 為碳交易的市場價格，E和E 為價格在后續(xù)2、3階段的漲幅，N為劃分的碳排放量的不同階段長度。發(fā)電系統(tǒng)的負(fù)荷儲能包括能量儲能和功率儲能，考慮碳交易背景，以磷酸鐵鋰電池作為能量儲能的媒介，該電池由磷酸鐵鋰和磷酸鐵之間實現(xiàn)充放電動作，通過鋰離子的嵌入，用于儲能。采用超級電容作為功率儲能媒介，利用超級電容吸收沖擊負(fù)荷，平抑清潔能源發(fā)電的出力波動，針對具體清潔能源的處理特性和負(fù)載沖擊特性，設(shè)置大功率小儲能的超級電容[4]。將分布式能源在各區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)就地消納，避免發(fā)電系統(tǒng)在各區(qū)域之間的功率流動所帶來的功率損耗，考慮到儲能系統(tǒng)的容量平衡，在除了用電高峰以外的其他時間段內(nèi)，系統(tǒng)應(yīng)保證為滿充狀態(tài)，為避免影響發(fā)電系統(tǒng)復(fù)合儲能壽命，應(yīng)避免用電量的過度投資。

1.3構(gòu)建復(fù)合儲能優(yōu)化調(diào)度模型

由于可再生能源出力具有隨機(jī)性的特點(diǎn)，因此在對發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)合

儲能優(yōu)化調(diào)度中，應(yīng)控制其出力的影響。能量儲能部分主要以電池儲能實現(xiàn)，通過大容量功率，調(diào)節(jié)發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行。超級電容作為功率儲能，使發(fā)電站的出力波動率滿足發(fā)電系統(tǒng)的要求，控制各可再生能源的出力特性[5]。構(gòu)建發(fā)電系統(tǒng)的復(fù)合儲能優(yōu)化調(diào)度模型，其發(fā)電系統(tǒng)的復(fù)合儲能優(yōu)化調(diào)度需要進(jìn)行以下約束，首先是系統(tǒng)功率的約束，具體表達(dá)式為：

2實驗分析

為驗證本文提出的復(fù)合儲能優(yōu)化調(diào)度方法的有效性，本文以某發(fā)電場為例，從該發(fā)電場歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)中，抽取一般情況下24小時的功率值作為發(fā)電場實際出力，進(jìn)行仿真實驗分析。其發(fā)電場的額定容量為180MW，時間分辨率為1min，數(shù)據(jù)總數(shù)為1200個，設(shè)定電池儲能的最大充放電功率為25MW，額定容量為30MWh，允許放電深度為25-100%，初始荷電狀態(tài)為50%，充放電效率為90%。本文假設(shè)該發(fā)電場的發(fā)電功率最大誤差在該發(fā)電場額定容量的10%以內(nèi)，將兩種不同的優(yōu)化調(diào)度方法應(yīng)用于本文系統(tǒng)，對其功率特性進(jìn)行分析。采用偏差電量作為發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度計劃的量化指標(biāo)，設(shè)定系統(tǒng)實際出力偏離發(fā)電計劃曲線±3%以上時，統(tǒng)計相應(yīng)的偏差電量為：

由圖1可知，對于不同優(yōu)化調(diào)度方法下發(fā)電系統(tǒng)復(fù)合儲能調(diào)度性能進(jìn)行對比，本文方法的總偏差電量為54.76MWh，傳統(tǒng)方法的總偏差電量為89.73MWh，未加儲能的總偏差電量為266.39MWh，證明本文方法具有較好的儲能調(diào)度性能。為驗證本文引入碳交易機(jī)制的優(yōu)化調(diào)度的合理性，將傳統(tǒng)方法經(jīng)濟(jì)調(diào)度結(jié)果與本文方法低碳調(diào)度結(jié)果對比，得到的不同調(diào)度結(jié)果如表1所示。

由表1可知，本文方法充分考慮了碳排放因素，使清潔機(jī)組能夠高效使用，碳交易成本相比于傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法明顯降低了碳排放量，碳交易成本系統(tǒng)運(yùn)行總成本也得到了相應(yīng)的減少，因此可以看出，本文優(yōu)化調(diào)度方法能夠使清潔能源在調(diào)度過程中更具有競爭力，對碳排放量具有更嚴(yán)格的約束，說明本文方法具有有效性。

3結(jié)束語

本文在碳交易背景下，選取發(fā)電系統(tǒng)初始荷電狀態(tài)，充分考慮碳排放量及系統(tǒng)運(yùn)行成本，建立復(fù)合儲能優(yōu)化調(diào)度模型，提出了本文的復(fù)合儲能優(yōu)化調(diào)度方法，實現(xiàn)了對發(fā)電系統(tǒng)用電量的控制，并對碳排放量進(jìn)行了有效約束。同時，由于時間和條件的限制，本文研究還存在著諸多不足，有待于在日后的研究中進(jìn)一步深入探討，如未對電力系統(tǒng)的日內(nèi)優(yōu)化調(diào)度運(yùn)行制定具體的方案，對電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性進(jìn)行深刻總結(jié)未考慮電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度的各種成本，在今后的研究中，應(yīng)考慮對電力系統(tǒng)的電壓進(jìn)行穩(wěn)定控制的方法進(jìn)行優(yōu)化，并對本文算法加以改進(jìn)，使其具有更高的準(zhǔn)確度，使電力系統(tǒng)實現(xiàn)復(fù)合儲能優(yōu)化調(diào)度的基礎(chǔ)上更加安全穩(wěn)定地運(yùn)行。

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