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電力系統源-網-荷-儲協調規劃模型介紹

作者:中國儲能網新聞中心 來源:中國電力 發布時間:2020-06-09 瀏覽:
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當前世界范圍內能源轉型加速,國家電網公司也提出建設具有中國特色國際領先的能源互聯網企業的戰略目標。建設能源互聯網是承接國家能源安全新戰略,推動電網和發展高質量發展的關鍵。在新時代和新戰略下,對能源互聯網的認識也需要不斷深化。國網能源院能源互聯網研究所聚焦于能源互聯網基礎理論、綜合能源系統規劃優化與市場機制、能源電力轉型發展、能源互聯網新技術新元素、城市智慧能源系統等領域開展了深入研究。本專欄圍繞能源互聯網關鍵問題,從理論研究、模型方法和經驗實踐等方面展開,結合相關成果和研究思考與讀者進行交流分享。

文章導讀:源網荷儲協調優化是能源電力高質量發展的前沿趨勢,也是能源互聯網環境下電力系統轉型升級的重要特征,需求側資源和儲能將逐漸成為電力系統中的重要元素。國網能源院能源互聯網研究所構建了電力系統源-網-荷-儲協調規劃模型,自主開發了程序代碼,支撐了《中國能源電力發展展望》及多個項目研究工作。本文從模型功能、模型構成、程序開發、模型應用等方面對該模型進行簡介,希望同感興趣的讀者進行交流共享。

電力系統源-網-荷-儲協調規劃模型介紹

執筆人:張寧

國網能源院

能源互聯網研究所

一、模型功能

國網能源院能源互聯網研究所構建了電力系統源-網-荷-儲協調規劃模型,自主開發了程序代碼,能夠對規劃期內中國各區域各類電源、輸電通道、需求側資源、儲能等電力系統各個部分進行統籌規劃,得到電力系統整體最優發展路徑。求解方式為通過建立數學優化模型,將規劃期內各年份各區域各類源網荷儲元素的發展規模設為待求解變量,構建目標函數與約束條件,通過計算機編程的方式,求得一組滿足各項約束條件、且使得目標函數值最小的解。

模型主要輸入包括:

● 規劃期內逐年各區域各類電源裝機成本、運行成本及補貼水平

● 各類電源電力平衡貢獻置信系數、利用小時范圍、最大調峰深度、爬坡速率、二氧化碳和主要污染物排放系數

● 碳排放外部成本

● 逐年各類電源存量機組退役容量

● 逐年各跨區輸電通道建設成本

● 各跨區輸電通道輸電功率變化范圍、線損率

● 逐年各區域內部平均輸配電線損率

● 逐年各區域電量需求、最大負荷、負荷峰谷差

● 逐年各區域需求側資源激勵成本

● 各區域需求側資源的峰荷同時率、等效利用小時

● 逐年各區域各類儲能建設成本

● 各類儲能的充放電效率、SOC范圍、峰荷同時率

● 規劃期起始年各區域各類電源、跨區輸電通道、需求側資源和儲能的已有容量

● 各區域各類電源、跨區輸電通道、需求側資源和儲能的發展規模上限

● 清潔能源發電裝機占比、發電量占比等發展目標

● 折現率

模型主要輸出包括:

● 規劃期內逐年各區域各類電源裝機容量

● 逐年各跨區輸電通道容量

● 逐年各區域需求側資源容量

● 逐年各區域儲能裝機容量

● 逐年系統建設成本及運行成本

● 逐年系統二氧化碳及主要污染物排放

二、模型構成

作為非線性數學規劃問題,該模型由目標函數和約束條件構成。

目標函數方面,是使規劃期內系統總成本凈現值最小化,包括電源建設成本、電網建設成本、需求側資源利用成本、儲能裝機成本、系統運行成本與排放成本。

約束條件方面,包括各區域電力平衡約束、電量平衡約束、調峰能力約束、調節速率約束、輸電容量約束、輸電電量約束、源網荷儲各類元素擴展規模約束、清潔能源占比約束、二氧化碳和主要污染物排放約束等十余類約束。其中,為適應高比例新能源發展,確保電力系統調節能力與新能源發展規模相適應,減少因系統對新能源接納能力不足導致的棄風、棄光問題,在規劃模型中加入了調峰容量約束與調節速率約束。

圖1  源-網-荷-儲協調規劃模型示意圖

三、程序開發

基于國際頂尖數學優化建模開發環境GAMS完成模型程序開發,全部代碼為院研究人員自主編寫。目前基于中國區域尺度的規劃應用中,模型程序包括總計10000余個公式,7000余個決策變量和53000余個非零參數。

圖2  源-網-荷-儲協調規劃模型GAMS程序運行截圖

四、模型應用

支撐開展《中國能源電力發展展望》研究,用于中長期分區域源、網、荷、儲各類元素優化發展規模展望分析,模型部分代表性求解結果如下所示。支撐開展《全球能源研究統一平臺模型體系研究與系統研發》,用于電力系統源網荷儲協調規劃模塊開發。支撐《智庫研究平臺全領域一體化仿真方法與實用技術研究》《能源互聯網企業決策支撐關鍵模型研發》等國網公司科技項目推進。支撐與IRENA聯合報告《Electrification with Renewables》編寫。相關成果曾獲得中國產學研合作創新成果獎一等獎、中國能源研究會能源創新獎三等獎、國家電網公司軟科學成果獎二等獎。

圖3  電氣化加速情景下2019—2050年全國各類

電源裝機容量


圖4  電氣化加速情景下2019—2050年全國各類

電源發電量

圖5  電氣化加速情景2035年電力流示意圖

圖6  電氣化加速情景下規劃期內需求響應發展情況

圖7  電氣化加速情景下規劃期內新型儲能發展情況

專家介紹

張寧,國網能源院能源互聯網研究所高級研究員,電力系統自動化專業博士,高級工程師。主要從事能源電力規劃、能源轉型、能源互聯網、綜合能源等領域研究。發表SCI、EI檢索論文30余篇,其中一作一區SCI4篇,一作SCI論文他引200余次,擔任《Energy》等20余個SCI期刊審稿人。主筆《中國能源電力發展展望》等著作,參編國網標準3項。曾獲行業級一等獎、二等獎,國家電網公司特等獎、一等獎、二等獎等獎項。

團隊簡介:國網能源院能源互聯網研究所(簡稱互聯網所)于2015年7月份成立,主要負責能源互聯網市場分析及技術經濟研究、能源互聯網發展政策與戰略規劃研究、綜合能源系統規劃運行、城市智慧能源系統研究、綜合能源服務業務發展及市場分析、國際能源政策及戰略研究等?;ヂ摼W所內設國際能源政策研究室、物聯網經濟研究室、綜合能源研究室,共有19名員工,平均年齡34歲,其中博士12人,具有高級職稱14人,專業覆蓋電氣工程及其自動化、經濟學、環境科學與工程、法學、計算機科學等。曾多次獲得“國家電網公司先進集體”、“國家電網公司先進班組”、“國網能源院先進集體”、“先進黨支部”以及“課題攻關黨員創新團隊”等稱號。

關鍵字:源-網-荷-儲協

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