山东大学 邹世豪 曹永吉 等:考虑碳捕集电厂运行灵活性的网‒储联合规划

科技   2024-12-16 16:51   北京  

本期精选

2024年第11


考虑碳捕集电厂运行灵活性的网-储联合规划

邹世豪,曹永吉,张恒旭,肖晋宇,侯金鸣,赵小令

DOI: 10.13336/j.1003-6520.hve.20230810

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研究背景




随着我国“双碳”目标的逐步推进,风电、光伏等可再生能源开发利用规模扩大,在能源结构低碳化转型中发挥着主导作用。可再生能源出力的强波动性和随机性给电力系统的有功功率平衡及稳定运行等带来了新的挑战。电力系统灵活调节能力是实现高比例可再生能源并网后低碳化运行的关键,如何高效整合灵活性资源是迫切需要研究的问题。碳捕集电厂(CCPP)具有碳捕集和存储的功能,具有良好的灵活调节能力,是能源结构低碳化转型的有力支撑。






重点内容




2.1 风电典型出力场景生成

构建风电出力特征指标,基于特征指标来表征的风电出力场景,以降低待分析数据的维度。风电特征指标包括日出力率、日峰谷差率、日平均出力、最大和最小出力时刻。采用归一化方法对数据进行处理,并基于熵权法计算各特征指标的权重,以确定聚类分析的目标函数。利用CHI指标、误差平方和(SSE)指标和DBI指标来确定聚类分析的最优聚类数。根据Spearman相关性系数分别计算场景集中的每一出力场景与剩余场景间的相关性系数和,选取最大系数和对应场景作为典型场景。


2.2 考虑CCPP的电力系统灵活性分析

CCPP的运行功率由净出力与捕集能耗两部分组成,如图1所示。

图1 CCPP运行示意图


CCPP相参与系统灵活性调节能力,可表示为:


火电机组和储能装置的灵活调节能力受运行状态影响,如图2和图3所示。

图2 火电机组灵活调节能力 


图3  储能装置灵活调节能力


2.3 考虑CCPP的网‒储双层规划模型

规划层模型以线路扩建和储能装置配置成本最小为目标,包括线路扩建约束、储能配置容量约束。运行层模型综合考虑火电机组煤耗成本、弃风成本、碳交易成本和储能运维成本,包括储能装置运行约束、机组运行约束、CCPP运行约束、碳捕集功率调节约束、风电消纳约束、碳排放约束、潮流约束、备用约束和灵活性供给平衡约束。


本文所提模型为双层优化模型,需要进行内外层模型的交互迭代求解。规划层确定线路扩建和储能配置节点、容量以及功率方案,运行层基于规划层方案优化运行功率并向规划层返回计算结果,如图4所示。


图4 双层规划模型求解方法



2.4 算例分析

以改进IEEE RTS-24节点系统为算例进行分析,将G18、G21和G22设置为CCPP,G13设置为风电场,其余电厂为常规火电厂。为了验证所提方法的性能,设置两种对比方法。其中,方法1为不考虑CCPP的输电网络优化方法;方法2为不考虑CCPP的网‒储协同规划方法。从灵活性供需裕度和网络灵活性承载度的角度,对比3种方法的灵活性,如表1所示。上述结果表明,所提方法有利于提升系统的运行灵活性。

表1  不同场景下的系统灵活性






总结



本文提出了一种考虑CCPP运行灵活性的网‒储联合规划方法。基于改进k-means算法和Spearman系数生成典型场景,分析CCPP运行和电力系统灵活性供给的机理,构建网‒储双层规划模型,主要结论为:

1)所提风电出力场景削减方法,对风电数据指标降维后进行聚类,相比于对历史数据进行直接聚类方法的效果更好。

2)在规划过程中,考虑CCPP的灵活调节能力,能够提升电力系统的灵活性裕度,降低系统对储能配置容量的需求,减少投资成本。

3)相比于单一的输电线路规划,网‒储联合规划能够明显增强系统的灵活性调节能力,提升线路的利用率,降低冗余度。





后续研究内容




本文在网‒储联合规划中考虑了CCPP参与电力系统调度所能提供的灵活性,下一步将研究CCPP、网架和储能间的协同规划。


引文信息:

邹世豪 , 曹永吉 , 张恒旭 , 等. 考虑碳捕集电厂运行灵活性的网-储联合规划[J]. 高电压技术. 2024, 50(11): 5164-5173 

作者及团队介绍

邹世豪,硕士,主要从事电力系统灵活性资源规划的研究工作。



曹永吉,博士,副研究员,主要从事电力系统稳定分析与控制、可再生能源并网及储能技术应用的研究工作。

张恒旭,博士,教授,主要从事电力系统稳定分析与控制、电力系统监测和电力系统数值仿真的研究工作。




责编:何秋萍



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