高比例新能源发电系统储能需求优化方案

2022-01-12郝晓明陈燕龙孔锋超

光源与照明 2021年6期

郝晓明，陈燕龙，孔锋超

中国三峡新能源（集团）股份有限公司河北分公司，河北石家庄 050000

0 引言

高比例新能源发电系统分析储能需求方面主要围绕抽水蓄能、空气压缩、电化学储能等展开，在深入研究电站容量效益、电量效益、调峰成本效益与分析模型方面都具有较大优势。目前，高比例新能源发电系统已经被应用在我国西北地区，在电网中发挥了调频、调峰等功能，真正构建了储能与电网一体优化模型。

1 整体思路

目前，高比例新能源发电系统在储能需求优化方面建立了储能双层规划模型，其中外层主要配置了储能容量，内层则用于优化储能充放电功率。整体而言，即利用生产模拟程序计算电网发电系统在不同场景中的储能需求，并建立综合优化模型对储能设备进行运行规划优化。通过运用仿真算例，确保模型被应用于系统，以提高风电接入的能力。考虑到发电系统本身具有预测误差，因此在保证经济效益的同时，需提升微电网的并网能力，建立专门的储能服务市场生产机制，并提出典型的储能配置案例，最终构建储能随机规划技术机制与方法，基于系统期望运行成本基础上优化平均值最小模型。

在建立高比例新能源系统的过程中，需要分析储能需求与效益评估模型，了解生产仿真模拟过程，最终形成储能效益分析模型，对不同类型的储能容量效益与电量效益进行分析，折算形成经济指标，从而对储能成本进行对比，保证研究结果为电站储能容量优化创造有利条件[1]。

2 优化方案

在分析高比例新能源发电系统储能需求优化过程中，首先全面分析储能容量需求与类型，然后建立生产模拟数学模型，最后评估储能效益。

2.1 分析储能容量需求与类型

在电站规划水平年内系统的净收益最大目标过程中，需要提出针对电站优化规划的启发式计算方法，并明确其具体计算流程。

首先，利用生产仿真模拟程序，深度分析系统新能源弃电量与弃电时段的具体分布情况，确定高比例新能源系统储能电站的基本容量需求。在针对新能源消纳配额过程中，需要计算新能源门槛值约束机制，将新能源弃电率始终保持在5%以下。

其次，在系统供电可靠性水平不变的基础上，计算储能电站投入运行过程，结合系统分析降低火电装机与煤耗情况。在分析不同类型储能电站容量效益过程中优化提升电量效益，进而获得不同储能类型的净效益。

最后，对不同储能类型的净效益进行有效排序，最终选择最合适的优秀储能类型，满足容量变化需求。

2.2 建立生产模拟数学模型

首先需明确目标函数，确保在满足负荷需求约束的基础上减少新能源发电煤耗，并通过目标函数确定储能容量需求。具体而言，就是在生产模拟过程中，计算区域内电网新能源弃电量与弃电率，明确电网新能源储能运行方式，并对储能电站规模序列进行排序。在生产模拟过程中，需计算不同储能电站的基本容量效益与电量效益，同时比较不同储能净效益成本，确保做到从大到小排序，完成排序计算过程。在建立节点集合过程中，需要分析节点集合内容，了解生产模拟数字模型约束条件，主要对系统平衡约束、电站、机组运行约束内容进行分析，建立完整的储能约束机制，分析充电功率。其计算公式[2]为

2.3 评估系统储能效益

在高比例新能源系统中需要加入储能机制，可以有效减少新能源弃电量，同时减少火电厂发电量与燃料消耗成本，并折算成经济指标，展开相应计算，了解系统全年耗煤量与标煤单价。在储能电站投入运行后，有效减少了高比例新能源系统常规电源的装机容量，计算在可靠性水平不变条件下储能电站的运行效果，有效降低火电装机指标，并折算形成经济指标，有助于延长火电机组的整体寿命。高比例新能源系统储能电站替代容量原理示意图[3]如图1所示。

图1 高比例新能源系统储能电站替代容量原理示意图

在储能单位容量的年运维成本系数分析过程中，需要了解储能年发电量，以及储能大于或小于零两种情况，如果大于零，说明储能可以产生经济效益；如果小于零，说明储能难以产生经济效益[4]。

3 实例分析

以国内某地区高比例新能源发电系统储能需求进行优化分析，需要提出需求优化算例，结合基础数据与技术经济指标分析不同储能类型。其中，对于负荷指标类型的分析指标内容，最大负荷应达到29 000 MW，电量需求最大达到2×1011kW·h，利用小时数7 000 h。在储能容量需求进行分析过程中，按照新能源机制中的弃电控制率进行分析（＜5%），做到对储能容量的逐步增加，以满足新能源弃电约束要求[5]。

第一，必须针对同一储能装机容量进行分析，因为伴随储能时长的不断增加，弃电率会相应降低。针对同一储能时长进行分析过程中，需了解储能装机容量的增长弃电率变化，可知其整体变化趋势是逐步走低的[6]。

第二，必须对储能装机容量＜3 000 MW这一状况进行分析，确保其储能时长控制在10 h以内。考虑到新能源的弃电率较难降低至5%以下，因此需要对系统储能需求进行全面分析，分析在系统装机储能选定3 000 MW时的储能时长，将储能时长控制在7 h内为最理想结果，可满足系统储能需求全面优化。

第三，需分析高比例新能源系统的储能成本效益，测算在不同类型基础上的储能效益变化，并对不同储能类型进行分类排序。考虑到储能效益发挥不同，提出系统储能策略：当电站高比例新能源系统电网中存在新能源弃电情况时，要对起点发生时的储电情况进行分析，如系统不弃电且火电持续输出电能压力过程中的发电腾空情况，结合新能源弃电情况分析储能电站变化，有效降低弃电率不良效果。在这一过程中，需合理把握储能与发电功能切换模式，以满足全系统最优运行技术目标，解决调度运行技术风险较高问题[7]。