低碳背景下大规模风电并网消纳决策模型及方法研究

【摘要】：当前,环境污染与气候环境的变化牵动我国社会各界的神经,大力治理环境污染、构建低碳社会,促进人与自然的和谐发展既是国际社会广泛共识,更是我国可持续发展的内在要求。今年的全国人民代表大会上,低碳发展已经作为一项国家战略被提出,能源消费的低碳化将会给我国带来巨大的经济、社会和环境效应,同时将避免一次能源枯竭带来的危机。风能是地球表面大规模空气流动所产生的动能,在地球上资源丰富并可以直接转换为电能,其发电具有可再生、无污染的特点,是替代传统能源的最佳选择。目前,风力发电在世界多国已经形成了成熟运营模式,在脱离政府补贴的情况下可以与传统能源在市场上进行竞争,如丹麦、美国。我国风能资源丰富,东北、西北以及华北风能资源丰富的地区,风电机组有效风功率密度可高达200-300W/m2,有的甚至可达500W/m2以上。由于我国一次能源以煤炭为主,在资源日益枯竭的今天,大力发展风电已经成为解决能源环境危机的途径之一,随着风电技术和产业链的逐渐成熟,截至2015年2月底,我国并网风电装机容量首次突破1亿千瓦,达到10004万千瓦,继续稳居我国第三大发电类型和世界风电装机首位。然而,在庞大的装机容量背后也隐藏着一些令人忧虑的问题。自2011以来,我国风电出现明显的弃风现象,有关数据显示,2014年全国风电累计平均利用小时数1884小时,相比2013年又下降160个小时。个别省区风电利用小时数甚至低于盈亏平衡点,不仅造成了大量资源的浪费,还给企业带来很大的资金损失。因此,研究低碳背景下大规模风电并网消纳决策模型及方法以应对当前风电消纳形势至关重要。本文将首先分析造成弃风的原因,并从成本、投资规划、调度三个角度对大规模风电并网消纳问题展开研究,构建决策模型及方法,最后为决策模型提供保障机制。具体分为如下几部分：(1)低碳背景下大规模风电并网消纳的瓶颈分析。分析风电消纳瓶颈是解决弃风问题的第一步。该部分首先对低碳背景下大规模风电并网消纳面临的问题展开分析,从低碳背景下风电并网价格政策瓶颈分析、低碳背景下风电与常规电源及输电网协调规划瓶颈分析、低碳背景下风电环保经济调度瓶颈分析三个方面展开；然后,基于对风电并网瓶颈分析结果确定文章的四个主要研究方向：低碳背景下电源电网协调规划投资决策、低碳背景下电力系统调度决策方法、低碳背景下电网企业经营策略及低碳电力系统可持续发展运行机制。(2)低碳背景下风电并网附加成本模型及方法研究。风电的大规模友展在很大程度上取决于风电的经济性,因此,研究风力发电并网附加成本及其影响因素,对于促进风电产业有序发展有着极为重要的现实意义。本部分针对含风力发电的电力系统,重点研究风电入网后电力系统成本的变化情况,以系统总成本最小化为目标,综合考虑地区发电资源储量与承载能力、发电资源环境效益、相关能源政策等条件,以资源储量、电力电量平衡、备用容量和水电调度为约束,构建研究风电附加成本的确定性模型,在此基础上,引入情景树来描述风力发电的特殊性,建立随机性模型。(3)低碳背景下风电与多能源及输电网协调规划决策模型及方法研究。由于风电具有间歇性、波动性等特点,风电场的接入对电源规划就有了新的要求,既不能把风电机组简单地作为负负荷来处理,也不能直接采用传统电源规划模型,需要采取适应风电特点的电源规划模型和算法。本章将首先总结电源与电网规划的常见模式及方法,在此基础上研究低碳背景下风电与常规电源发电容量协调规划决策问题,然后进一步考虑其他新能源及储能方式,对低碳背景下风电与多能源及输电网协调规划决策问题展开研究。(4)低碳背景下大规模风电并网的环保经济调度决策模型及方法研究。本部分首先深入分析了低碳背景下大规模风电并网的环保经济调度模式,从理论上阐明实施环保节能调度的作用和重要意义；其次研究了环保节能调度模型,在传统经济调度的基础上,考虑各机组的排放成本,构建了低碳背景下大规模风电并网的环保经济调度模型；最后通过变搜索半径优化的多目标粒子群算法(RMOPSO)对模型进行求解,并将其与传统求解方法的求解精度和速度进行了对比。(5)我国大规模风电并网消纳保障机制研究。解决大规模弃风问题首先需要分析弃风的原因,而后对弃风原因进行深入挖掘,得到影响这些因素的定性及定量指标,形成指标体系。为了验证该指标体系的科学性,可以利用其评价我国不同地区风电并网消纳能力,将评价结果与实际情况相比较。最后,在指标体系的基础上,提出解决大规模弃风问题的保障机制,为决策者提供建议。 【关键词】：风电 消纳 成本 投资规划 调度
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-16
• 第一章 绪论16-27
• 1.1 选题背景及其意义16-17
• 1.2 国内外研究动态17-23
• 1.2.1 低碳电源电网协调规划投资决策研究动态17-19
• 1.2.2 低碳电力调度研究动态19-21
• 1.2.3 风电并网成本价格决策模型研究动态21-23
• 1.3 研究内容及创新点23-27
• 1.3.1 研究总体思路及框架23-24
• 1.3.2 具体研究内容24-25
• 1.3.3 研究难点25-26
• 1.3.4 主要成果和创新点26-27
• 1.3.4.1 预期成果26
• 1.3.4.2 可能创新点26-27
• 第二章 低碳背景下大规模风电并网消纳的瓶颈分析及研究框架27-37
• 2.1 引言27
• 2.2 大规模风电并网消纳现状分析27-32
• 2.2.1 我国风能资源现状27-29
• 2.2.2 我国风电装机容量29-31
• 2.2.3 我国风电消纳近况31-32
• 2.3 低碳背景下大规模风电并网消纳瓶颈分析32-36
• 2.3.1 低碳背景下风电并网经济效益瓶颈分析32-34
• 2.3.2 低碳背景下风电与常规电源及输电网协调规划瓶颈分析34-35
• 2.3.3 低碳背景下风电环保经济调度瓶颈分析35-36
• 2.4 本章小结36-37
• 第三章 低碳背景下风电并网附加成本模型及方法研究37-56
• 3.1 引言37
• 3.2 低碳背景下风电并网附加成本分析方法研究37-41
• 3.2.1 直接分析法38-40
• 3.2.2 间接分析法40-41
• 3.2.3 两种方法总结和对比41
• 3.3 低碳背景下大规模风电并网附加成本模型研究41-47
• 3.3.1 电力系统运营成本模型42-47
• 3.3.2 风电并网附加成本模型47
• 3.4 风电并网附加成本模拟仿真47-54
• 3.5 本章小结54-56
• 第四章 低碳背景下风电与多能源及输电网协调规划决策模型及方法研究56-83
• 4.1 引言56-57
• 4.2 电力系统电源及电网规划类型及模式研究57-63
• 4.3 低碳背景下风电与常规电源发电容量协调规划决策模型研究63-70
• 4.3.1 发电容量长期协调投资规划模型64-66
• 4.3.2 和声搜索算法66-67
• 4.3.3 算例分析67-70
• 4.4 低碳背景下风电与多能源及输电网协调规划决策模型研究70-81
• 4.4.1 风电与多能源及输电网协调规划模型71-75
• 4.4.2 情景分析75-81
• 4.5 本章小结81-83
• 第五章 低碳背景下大规模风电并网的环保经济调度决策模型及方法研究83-94
• 5.1 引言83
• 5.2 低碳背景下大规模风电并网的环保经济调度模式研究83-86
• 5.2.1 大规模风电并网对调度运行的影响83-84
• 5.2.2 改进传统发电调度模式的必要性84-85
• 5.2.3 低碳背景下大规模风电并网的环保经济调度模式85-86
• 5.3 低碳背景下大规模风电并网的环保经济调度模型研究86-93
• 5.3.1 环保经济调度模型建立86-88
• 5.3.2 变搜索半径优化的多目标粒子群算法88-90
• 5.3.3 算例结果90-93
• 5.4 本章小结93-94
• 第六章 我国大规模风电并网消纳保障机制研究94-107
• 6.1 引言94
• 6.2 我国大规模风电并网消纳能力综合评价模型研究94-104
• 6.2.1 我国大规模风电并网消纳能力综合评价指标体系研究94-97
• 6.2.2 基于TOPSIS和灰色聚类的综合评价方法97-101
• 6.2.3 算例分析101-104
• 6.3 我国大规模风电并网消纳保障机制研究104-106
• 6.4 本章小结106-107
• 第七章 结论与展望107-109
• 参考文献109-116
• 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果116-117
• 攻读博士学位期间参加的科研工作117-118
• 致谢118-119
• 作者简介119

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