考虑集中供热系统热动态特性的风电消纳研究
发布时间：2020-04-12 20:16
【摘要】：规模化风电和高比例热电联产并存的我国“三北”地区,供热期热电联产机组通常运行在“以热定电”模式,形成的强耦合运行约束限制了其调峰能力,导致系统灵活性不足,造成严重弃风。相比于已有提升系统灵活性的措施,如引入储能和电热转换装置等,利用业已存在于城镇集中供热基础设施中的管网与建筑物的热动态特性,可以在无需较大额外投资并保证用户供热质量和热舒适度的条件下,通过热电联合系统协调控制打破强耦合运行约束,进而提高系统风电消纳水平。本文对此展开研究,具体如下:通过对集中供热系统的基本构成和各关键环节主要特性的分析,结合热力学相关原理和电力优化调度理论,建立了各关键环节的基础数学模型,可分别刻画热源热电联产机组的电热运行特性、供热管网的热力水力和网络拓扑结构特性、热负荷建筑物的室内热力动态平衡特性,以及热源-管网-热负荷之间的热传递关系特性,为后续系统性研究奠定模型基础。通过对传统“以热定电”运行模式与考虑管网与建筑物热动态特性的电热协调运行模式的对比剖析,明确了所提模式的内涵和拓展热电联产机组运行区间的机理,基于上述详细模型,考虑电力系统和热力系统相关约束,以包含弃风惩罚成本在内的系统总运行成本最小为目标,构建了综合考虑二者以及仅考虑其一热动态特性的热电联合调度模型,与不考虑二者热动态特性的传统调度模型相比,能够显著增加风电消纳水平并有效降低系统总运行成本。面向大规模区域中的实际应用,在表征集中供热系统热动态特性的详细模型基础上,建立了基于储热装置等效和基于自回归分布滞后时间序列的两种集中参数简化模型,针对电力集中控制而热力分散控制的特点,提出了分层热电联合调度模式,与基于详细模型的热电联合调度模式相比,调度模型的变量数量和计算时间有效减少,可减轻电力调度控制中心设备层面的计算难度和通信压力以及人员层面的认知负担。以我国东北电力调峰辅助服务市场专项改革试点为背景,研究了利用集中供热系统热动态特性促进风电消纳的方案对市场各主体的电、热出力和实时深度调峰辅助服务费用所产生的影响,通过对各主体个体效益和系统整体效益的阐述,明确了实施所提方案能够从个体层面激励热电联产机组利用管网与建筑物热动态特性主动参与调峰,并进一步从整体层面实现系统稀缺调峰资源的优化配置。
【图文】：
严峻的挑战。风电具有很强的随机性、间歇性和波动性，其出力往往具有一定程度的反逡逑调峰特性，导致实际负荷减去风电出力之后的等效负荷曲线波动更加剧烈，造成等效负逡逑荷曲线某些时段的爬坡更陡、峰谷差更大、低谷更严重，如图１．２所示。风电接入前或逡逑者并网容量较小的情况下，系统原始负荷曲线波动较小，始终处在由系统最大和最小出逡逑力构成的灵活性调整区间内部，一般不存在弃风；规模化风电接入的情况下，系统等效逡逑负荷曲线波动范围超出系统灵活性调整区间，系统向下调峰容量不足，导致大量弃风。逡逑为此电力系统必须具备足够的灵活性以应对等效负荷曲线的剧烈波动，这对于提高系统逡逑风电消纳水平至关重要。逡逑系统最大出力逡逑一？：逦灵活性调整冈间逡逑＾逦逦—ＪＳ７７逡逑原始Ｗｊ１逦＇＇Ｖ逡逑吾系统最小出力—逦—逡逑逦岭抒笮逦逡逑Ｉ邋．邋Ｉ邋．邋Ｉ邋．邋Ｉ邋■邋Ｉ邋．邋Ｉ邋．邋Ｉ邋．邋Ｉ邋．邋Ｉ邋．邋Ｉ邋．邋Ｉ邋．邋Ｉ邋Ｉ邋＾逡逑９邋１１邋１３邋１５邋１７邋１９邋２１邋２３邋１邋３邋５邋７逡逑时间／邋ｈ逡逑图１．２规模化风电接入对系统灵活性的影响逡逑Ｆｉｇ．邋１，２邋Ｉｍｐａｃｔ邋ｏｆ邋ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ邋ｗｉｎｄ邋ｐｏｗｅｒ邋ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ邋ｏｎ邋ｔｈｅ邋ｓｙｓｔｅｍ邋ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ逡逑导致电力系统灵活性不足，使得电力系统调峰困难，进而造成大量弃风是一个多主逡逑体、多要素、多时空共同构成的复杂问题，主要涉及技术和经济两个层面的原因，其中逡逑技术层面的原因是直接原因
分别为６４．０％和２０．２％［９］；在局部地区层面，，以吉林电网为例，根据实际运行数据统计，逡逑总装机容量为２０５１万ｋＷ，其中火电和水电所占比重分别为７０．５％和０．３％。全国整体逡逑和局部地区主要电源装机容量及所占比例如图１．３所示，水电等灵活性电源装机容量所逡逑占比重呈现整体偏低、局部加重的局面。逡逑单位：万ｋＷ邋３３６４邋７７４２邋丨４８６４逦单位：万ｋＷ逦９４．３逡逑＾邋Ｍ逦灥６％逡逑■核电■光伏■风电■水电．１火电逦■光伏■风电■水电：３火电逡逑⑶全国整体逦（ｂ）局部地区逡逑图１．３全国整体和局部地区电源装机结构及比例［９］逡逑Ｆｉｇ．邋１．３邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ａｎｄ邋ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｉｎｓｔａｌｌｅｄ邋ｐｏｗｅｒ邋ｓｏｕｒｃｅｓ逡逑ｉｎ邋ｔｈｅ邋ｗｈｏｌｅ邋ｃｏｕｎｔｒｙ邋ａｎｄ邋ｓｏｍｅ邋ｌｏｃａｌ邋ａｒｅａ［９］逡逑燃煤机组具有一定的调峰能力，但受运行经济性和安全性的制约，其最小出力通常逡逑被限制在额定功率的４５％？５０％，若继续降低出力而工作在深度调峰状态，偏离了设计逡逑工况，会大幅X椉踊槊汉暮头缦铡⑹倜鹗У瘸杀竞说缁槌鲇诎踩熬眯藻义峡悸牵ǔ４陕β试诵校静痪弑傅鞣迥芰Γ凰纭⑷计楹统樗钅艿缯惧义希矗义
本文编号：2625133
【图文】：
严峻的挑战。风电具有很强的随机性、间歇性和波动性，其出力往往具有一定程度的反逡逑调峰特性，导致实际负荷减去风电出力之后的等效负荷曲线波动更加剧烈，造成等效负逡逑荷曲线某些时段的爬坡更陡、峰谷差更大、低谷更严重，如图１．２所示。风电接入前或逡逑者并网容量较小的情况下，系统原始负荷曲线波动较小，始终处在由系统最大和最小出逡逑力构成的灵活性调整区间内部，一般不存在弃风；规模化风电接入的情况下，系统等效逡逑负荷曲线波动范围超出系统灵活性调整区间，系统向下调峰容量不足，导致大量弃风。逡逑为此电力系统必须具备足够的灵活性以应对等效负荷曲线的剧烈波动，这对于提高系统逡逑风电消纳水平至关重要。逡逑系统最大出力逡逑一？：逦灵活性调整冈间逡逑＾逦逦—ＪＳ７７逡逑原始Ｗｊ１逦＇＇Ｖ逡逑吾系统最小出力—逦—逡逑逦岭抒笮逦逡逑Ｉ邋．邋Ｉ邋．邋Ｉ邋．邋Ｉ邋■邋Ｉ邋．邋Ｉ邋．邋Ｉ邋．邋Ｉ邋．邋Ｉ邋．邋Ｉ邋．邋Ｉ邋．邋Ｉ邋Ｉ邋＾逡逑９邋１１邋１３邋１５邋１７邋１９邋２１邋２３邋１邋３邋５邋７逡逑时间／邋ｈ逡逑图１．２规模化风电接入对系统灵活性的影响逡逑Ｆｉｇ．邋１，２邋Ｉｍｐａｃｔ邋ｏｆ邋ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ邋ｗｉｎｄ邋ｐｏｗｅｒ邋ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ邋ｏｎ邋ｔｈｅ邋ｓｙｓｔｅｍ邋ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ逡逑导致电力系统灵活性不足，使得电力系统调峰困难，进而造成大量弃风是一个多主逡逑体、多要素、多时空共同构成的复杂问题，主要涉及技术和经济两个层面的原因，其中逡逑技术层面的原因是直接原因
分别为６４．０％和２０．２％［９］；在局部地区层面，，以吉林电网为例，根据实际运行数据统计，逡逑总装机容量为２０５１万ｋＷ，其中火电和水电所占比重分别为７０．５％和０．３％。全国整体逡逑和局部地区主要电源装机容量及所占比例如图１．３所示，水电等灵活性电源装机容量所逡逑占比重呈现整体偏低、局部加重的局面。逡逑单位：万ｋＷ邋３３６４邋７７４２邋丨４８６４逦单位：万ｋＷ逦９４．３逡逑＾邋Ｍ逦灥６％逡逑■核电■光伏■风电■水电．１火电逦■光伏■风电■水电：３火电逡逑⑶全国整体逦（ｂ）局部地区逡逑图１．３全国整体和局部地区电源装机结构及比例［９］逡逑Ｆｉｇ．邋１．３邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ａｎｄ邋ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｉｎｓｔａｌｌｅｄ邋ｐｏｗｅｒ邋ｓｏｕｒｃｅｓ逡逑ｉｎ邋ｔｈｅ邋ｗｈｏｌｅ邋ｃｏｕｎｔｒｙ邋ａｎｄ邋ｓｏｍｅ邋ｌｏｃａｌ邋ａｒｅａ［９］逡逑燃煤机组具有一定的调峰能力，但受运行经济性和安全性的制约，其最小出力通常逡逑被限制在额定功率的４５％？５０％，若继续降低出力而工作在深度调峰状态，偏离了设计逡逑工况，会大幅X椉踊槊汉暮头缦铡⑹倜鹗У瘸杀竞说缁槌鲇诎踩熬眯藻义峡悸牵ǔ４陕β试诵校静痪弑傅鞣迥芰Γ凰纭⑷计楹统樗钅艿缯惧义希矗义
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