考虑核电调峰运行的电力系统优化调度模型研究
发布时间：2020-05-22 06:44
【摘要】：目前我国核电正处于快速发展时期。核电站建设集中于靠近负荷中心的沿海地区,核电机组的带基荷满功率运行方式给电网带来巨大的调峰压力,加之风电的大规模并网与负荷峰谷差的持续增大,核电参与调峰的需求日益迫切。虽然现代核电机组在设计上具备负荷跟踪能力,但目前电力系统优化调度中极少考虑核电参与调峰,核电调峰成本、安全约束和风险评估等工作并未深入开展。因此,对考虑核电调峰的电力系统优化调度相关问题进行研究具有重要的理论价值和实际应用意义。本文在查阅大量国内外文献和资料的基础上,结合多项科研课题,对核电参与电网调峰的成本计算、负荷跟踪运行方式、联合运行优化调度和调峰风险评估等相关问题进行了系统深入的研究。论文的主要研究内容如下:对电力系统优化调度、核电参与电网调峰运行和核电调峰安全经济评估三个方面的相关研究现状与发展趋势进行了归纳和总结。从核电机组的典型功率控制模式、功率调节性能与负荷跟踪运行方式三个方面对核电机组的负荷跟踪运行特性进行了分析。从调峰影响核电运行经济性的角度出发,提出了核电调峰相关成本的计算分析方法。建立了核电机组运行指标体系并在此基础上综合应用全寿命周期理论,提出了计及调峰影响的核电机组平准化发电成本计算方法;针对调峰运行影响核燃料循环过程的关键环节,基于核电机组运行指标体系提出了燃料附加成本和乏燃料处理附加成本的测算方法,实现了核电调峰成本的全面综合量化;根据历史运行数据对核电机组参与电网调峰的平准化发电成本与调峰成本进行实际计算,通过调峰成本曲线对核电参与电网调峰的效益进行了分析,为核电参与电网调峰的运行策略研究奠定了基础。综合考虑调峰经济性与安全运行要求,建立了核电机组负荷跟踪方式下的优化运行模型。该模型根据核电机组负荷跟踪的燃料寿期要求与中长期规划安排确定机组基本运行方式;以考虑售电净效益、调峰成本和偏移计划出力惩罚费用的核电站运行效益最大化为优化目标;针对核电运行的安全性要求提出了核电机组运行状态变量,建立了满足核电调峰出力特性的基本约束、恒功率持续运行时间约束和升/降功率状态转换约束;结合实际算例对所建模型的有效性进行了验证,分析了峰谷电价、偏移出力惩罚力度和调峰补偿标准等因素对核电调峰运行方式的影响。在火电、核电、抽水蓄能机组联合运行模式下,建立了计及核电调峰灵活性的电力系统经济调度模型。该模型以包括机组运行成本、启停成本与调峰成本的运行总费用最低为目标函数;在常规火电、抽水蓄能机组出力约束基础上,从下调峰时间、调峰深度和调节速率三个角度分析了核电机组负荷跟踪运行的功率调节能力,结合核电运行状态变量提出了计及调峰运行灵活性的核电机组出力约束;通过算例分析验证了所建模型的有效性,对比分析了核电机组不同运行方式下的电网调峰策略及其经济性,研究了旋转备用需求、火电机组深度调峰能力和成本要素对调峰策略的影响。考虑调峰运行对核电机组安全性造成的影响,建立了计及核电调峰风险的电力系统优化调度模型。对核电调峰运行相关风险因子引发停运故障的机理进行分析,提出了核电调峰风险指标体系,根据安全风险理论建立了核电调峰风险评估模型并提出了核电调峰安全风险评估方法,实现了核电调峰安全风险增量的计算分析;将核电调峰风险以调峰安全成本的形式纳入到系统运行成本,计及风电功率随机性与波动性,建立了风-火-核-蓄联合运行下的电力系统优化调度模型。通过实际算例对模型进行计算验证,分析了核电安全价值对电网调峰策略、调度经济性与核电安全性的影响。
【图文】：
作带来了严峻挑战｜１】。在供给侧结构性改革、美丽中国建设等国家战略大力实施的背景逡逑下，我国能源结构持续优化调整，风电、光伏、核电等优质清洁能源在电力能源结构中逡逑的占比得到快速增长并仍然有广阔的发展空间。我国电力能源结构１２１如图１．１所示。逡逑水电，１９．２％逡逑风电，９．２％逡逑Ｆｌ光伏发电，，３％逡逑逦逡逑图１．１我国电力能源结构逡逑核能发电因具有年运行时间长、能量密度高、供电稳定可靠、运行成本低且不受燃逡逑料价格影响以及可大幅减少温室气体和污染物排放等特点，成为了绿色低碳、安全高效逡逑的现代能源体系中举足轻重、不可替代的组成部分｜３］。我国核电己具备相当规模且发展逡逑势头强劲【４｜，在运核电机组数量位居世界第四，同时是世界上核电建设规模最大的国家。逡逑截至２０１７年１２月３０日，我国大陆在运核电机组达到３７台，总装机容量为３５８０７．１６＾１％；逡逑当年核能累计发电量为２４７４．６９亿千瓦时，比２０１６年上升了邋１７．５５％；累计上网电量为逡逑２３１６．４２亿千瓦时
逡逑组群１６，７１。近年来我国核电发展趋势如图１．２所示。逡逑４０逦３５逦３７逦３０００逡逑３０逦２８逦ｇ逡逑？逦２２逦悘W 逦９逦２０００逦＾逡逑｜邋－ｆｌ邋３邋＾逡逑Ｑ逦Ｑ逡逑２０１３邋年逦２０１４邋年逦２０１５邋年逦２０１６邋年逦２０１７年逡逑＾８？机组数量－■发电量逡逑图１．２我国核电发展逡逑考虑到核电建设成本较高，运行成本较低，且核电在电源结构中占比相对较小，从逡逑保障核电运行安全性与经济性的角度出发，我国核电机组通常以带基荷满功率运行为主逡逑要运行方式，并同步开展抽水蓄能等调峰电源的配套建设，以核蓄联合运行模式参与电逡逑网调峰１８？叱然而，随着核电发展速度的不断加快，特别是核电站建设集中于靠近负荷中逡逑心的沿海地区的分布特点，，使得局部电网核电装机已达到相当规模；抽水蓄能电站受自逡逑然条件的限制，调峰容量十分有限。大规模核电机组的基荷运行方式给部分区域的电力逡逑调峰形势形成了很大压力ｌ１Ｇ］。图１．３为我国在运核电厂分布及堆型特点。逡逑２ｘｌ０６０ＭＷｍ／ｋｉｔＡＥＳ－９１逡逑逦宁c郏儒逯绣澹蝈澹村澹兀桑埃福梗停族澹恚辏妫妫颍校遥桑希希襄义闲聐U申邋ｒ邋４邋ｘ邋ＫｉｍｆＷ邋Ｈｉ邋／ｋｉｆｔＭ邋Ａ３邋丨邋０逦逡逑．V．逡逑／逦妗渖衿电ｒ邋一期邋２邋Ｘ９９０ＭＷ邋汛水堆ＭＡ３１０逡逑／逦岭澉衿电厂二期：！邋ｘｌ０８６ＭＷ邋压／ｋ地ｒＰＲＩＯＯＯ逡逑柋|沙Вⅲ縍眨遥蓿澹麇蔚绯А梗啵叨褘p。逡逑出ｍ丨ｄa鳀卞澹阱危軕湹纭浮⒈閫o丨}保颍恚铮铮铮咤义贤迹保澄夜
本文编号：2675599
【图文】：
作带来了严峻挑战｜１】。在供给侧结构性改革、美丽中国建设等国家战略大力实施的背景逡逑下，我国能源结构持续优化调整，风电、光伏、核电等优质清洁能源在电力能源结构中逡逑的占比得到快速增长并仍然有广阔的发展空间。我国电力能源结构１２１如图１．１所示。逡逑水电，１９．２％逡逑风电，９．２％逡逑Ｆｌ光伏发电，，３％逡逑逦逡逑图１．１我国电力能源结构逡逑核能发电因具有年运行时间长、能量密度高、供电稳定可靠、运行成本低且不受燃逡逑料价格影响以及可大幅减少温室气体和污染物排放等特点，成为了绿色低碳、安全高效逡逑的现代能源体系中举足轻重、不可替代的组成部分｜３］。我国核电己具备相当规模且发展逡逑势头强劲【４｜，在运核电机组数量位居世界第四，同时是世界上核电建设规模最大的国家。逡逑截至２０１７年１２月３０日，我国大陆在运核电机组达到３７台，总装机容量为３５８０７．１６＾１％；逡逑当年核能累计发电量为２４７４．６９亿千瓦时，比２０１６年上升了邋１７．５５％；累计上网电量为逡逑２３１６．４２亿千瓦时
逡逑组群１６，７１。近年来我国核电发展趋势如图１．２所示。逡逑４０逦３５逦３７逦３０００逡逑３０逦２８逦ｇ逡逑？逦２２逦悘W 逦９逦２０００逦＾逡逑｜邋－ｆｌ邋３邋＾逡逑Ｑ逦Ｑ逡逑２０１３邋年逦２０１４邋年逦２０１５邋年逦２０１６邋年逦２０１７年逡逑＾８？机组数量－■发电量逡逑图１．２我国核电发展逡逑考虑到核电建设成本较高，运行成本较低，且核电在电源结构中占比相对较小，从逡逑保障核电运行安全性与经济性的角度出发，我国核电机组通常以带基荷满功率运行为主逡逑要运行方式，并同步开展抽水蓄能等调峰电源的配套建设，以核蓄联合运行模式参与电逡逑网调峰１８？叱然而，随着核电发展速度的不断加快，特别是核电站建设集中于靠近负荷中逡逑心的沿海地区的分布特点，，使得局部电网核电装机已达到相当规模；抽水蓄能电站受自逡逑然条件的限制，调峰容量十分有限。大规模核电机组的基荷运行方式给部分区域的电力逡逑调峰形势形成了很大压力ｌ１Ｇ］。图１．３为我国在运核电厂分布及堆型特点。逡逑２ｘｌ０６０ＭＷｍ／ｋｉｔＡＥＳ－９１逡逑逦宁c郏儒逯绣澹蝈澹村澹兀桑埃福梗停族澹恚辏妫妫颍校遥桑希希襄义闲聐U申邋ｒ邋４邋ｘ邋ＫｉｍｆＷ邋Ｈｉ邋／ｋｉｆｔＭ邋Ａ３邋丨邋０逦逡逑．V．逡逑／逦妗渖衿电ｒ邋一期邋２邋Ｘ９９０ＭＷ邋汛水堆ＭＡ３１０逡逑／逦岭澉衿电厂二期：！邋ｘｌ０８６ＭＷ邋压／ｋ地ｒＰＲＩＯＯＯ逡逑柋|沙Вⅲ縍眨遥蓿澹麇蔚绯А梗啵叨褘p。逡逑出ｍ丨ｄa鳀卞澹阱危軕湹纭浮⒈閫o丨}保颍恚铮铮铮咤义贤迹保澄夜
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