考虑多能互补的清洁能源协同优化调度及效益均衡研究

随着能源危机和环境污染问题的日益加重,传统能源结构及利用方式难以为继,能源结构转型和发展可再生清洁能源占比势在必行。党的十九大报告提出“树立社会主义生态文明观,坚持绿色发展理念,推动能源生产与消费革命,构建清洁低碳、安全高效能源体系”战略布局,为我国能源行业发展指明了方向。2016年国家发改委、能源局、工信部印发《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》,指出要加强多能协同分布式能源网络建设,电、气、热、冷等不同类型能源间的稱合互动和综合利用。传统能源系统中,由于不同类型的能源系统相对独立,整体能源利用效率较低。如何打破各能源系统之间的壁垒,构建集成互补的综合能源体系,协调优化多种资源出力,成为能源领域的主要发展趋势。同时,我国资源环境约束不断加强,集中式能源开发已难以满足传输损耗、利用效率、环境污染等方面要求,具备近用户、高能效等优势的分布式能源将成为能源结构转型的新主体。《能源发展“十三五”规划》提出到2020年分布式天然气发电、光伏装机要达到1500万千瓦和6000万千瓦,并积极发展分散式风电。未来,我国能源开发模式将呈现集中式与分布式并举局面。因此,本文围绕着能源集中式开发与分布式开发两种模式,构造考虑多能互补清洁能源协同调度优化模型,并提出了多类型主体效益动态均衡机制,主要研究内容如下:(1)梳理了多能互补和清洁能源协同利用的成果与理论,论证了论文研究的可行性和必要性,突出了论文研究的背景及意义。首先,从多能互补系统实践现状、作用机理,协调调度,利益均衡四方面总结了论文研究内容相关的国内外研究现状,介绍了多能互补的基本含义和相关政策。然后,明晰了多能互补的运行模式,包括集中式和分布式两类,其中,集中式包括风光水火储大型能源基地协同运行和电热冷气综合能源系统,而分布式包括虚拟电厂调度优化模型和微能源站运营优化模型。最后,文章对比分析了国内外多能互补实践现状,并给出了相应的经验启示。(2)提出了考虑多能互补的风光水火储能源基地协同调度优化模型。首先,围绕风-光-抽水蓄能协同运行问题,建立了系统输出功率模型及常规调度优化模型;为了解决风光不确定性给系统稳定运行带来的冲击,借助鲁棒随机优化理论构造了随机调度优化模型;进而,针对风-光-水-火-储耦合系统运行优化问题,介绍了耦合系统的基本构成,以最大化运营收益、最小化弃能成本和最小化出力波动为目标函数,构造了多目标调度模型及求解算法。(3)构造了考虑多能互补的综合能源系统冷热电气协同调度优化模型。首先,逐层设计了电热互联系统、电气互联系统、冷热电气互联系统的基本构成思路,并明确了能源设备的功能特性。然后,针对风光不确定性给系统运行带来的影响,利用CVaR方法和鲁棒随机优化方法,逐步构造电热耦合调度模型、电气互联多目标调度模型以及冷热电气互联协调调度优化模型。最后,通过对上述相关模型进行算例分析,验证了所提模型的有效性和适用性。(4)创建了考虑多能互补的分布式能源聚合微能源站调度优化模型。针对能源分布式开发方式,讨论多类型分布式能源聚合利用问题。一方面,讨论风、光、燃气轮机等分布式电源聚合虚拟电厂,构造了虚拟电厂风险规避调度优化模型及低碳调度优化模型。另一方面,介绍了电热耦合微能源站、电热气耦合微能源站的系统结构;然后,建立了不同类型分布式能源的输出功率模型,进而构造电热微能源站风险规避优化模型和电热气微能源站多目标调度模型,并线性化处理模型中的非线性目标函数及约束条件。(5)设计了考虑多能互补的清洁能源系统效益评价及效益均衡模型。首先,从经济效益、技术效益、环境效益和社会效益四个维度建立了考虑多能互补的清洁能源系统效益评价指标体系,并利用改进云模糊的综合评价方法,形成考虑多能互补的清洁能源系统效益综合评价模型,从而为清洁能源系统项目评价选择问题提供理论基础和决策支撑。在清洁能源系统效益评价体系的基础上,分别从能源系统内部和跨区域两个角度分别分析了多类型能源耦合系统中参与方的角色关系,沿能量传递链明晰了不同类型参与方的效益关系,对清洁能源系统效益最优进行了分析,构建了效益优化分析模型;最后,基于典型效益分配方法,构建了清洁能源系统多主体效益均衡模型,利用核心法和夏普利值法,通过算例分析验证了所提模型的有效性和适用性。