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可再生能源發電集群優化規劃與評價 版權信息
- ISBN：9787030647672
- 條形碼：9787030647672 ; 978-7-03-064767-2
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
可再生能源發電集群優化規劃與評價 內容簡介
高密度分布式可再生電源并網給智能配電網規劃設計、運維調控、仿真測試等方面帶來巨大挑戰，“可再生能源發電集群”是有效的解決措施之一。本書旨在對可再生能源發電集群優化規劃領域的工作進行總結，探討分布式可再生能源發電集群劃分、接入規劃、分布式可再生能源發電集群和配電網協同規劃、分布式儲能規劃等問題。本書第1章概述分布式發電集群優化規劃方法現狀；第2章介紹分布式可再生能源發電接入方式與技術特點；第3章介紹分布式可再生能源發電接入分析技術；第4章介紹分布式可再生能源發電接納能力評估方法；第5章介紹分布式可再生能源發電集群；第6章介紹分布式可再生能源發電集群接入規劃；第7章介紹分布式可再生能源發電集群與儲能規劃；第8章介紹分布式可再生能源發電集群與配電網協同規劃。
可再生能源發電集群優化規劃與評價 目錄
目錄
“智能電網技術與裝備叢書”序
前言
第1章 緒論 1
1.1 可再生能源發電 1
1.1.1 光伏發電 2
1.1.2 風力發電 2
1.1.3 新能源發展政策 3
1.2 分布式可再生能源發電技術特點 4
1.3 高滲透率分布式可再生能源發電并網的主要挑戰 7
1.3.1 可再生能源發電出力的間歇性和不可調度 7
1.3.2 高滲透率分布式可再生能源發電并網產生的影響 9
1.4 高滲透率分布式可再生能源發電規劃技術 10
1.4.1 分布式可再生能源發電接入規劃 11
1.4.2 分布式可再生能源發電與儲能規劃 13
1.4.3 分布式可再生能源發電與電網協同規劃 14
1.4.4 考慮不確定因素的分布式發電、儲能與配電網協同規劃 15
1.4.5 分布式可再生能源規劃模型求解方法 18
1.4.6 高滲透率分布式可再生能源發電集群規劃 21
參考文獻 21
第2章 分布式可再生能源發電接入方式與技術特點 31
2.1 分布式可再生能源發電接入方式 31
2.1.1 低壓單相接入 32
2.1.2 低壓三相接入 32
2.1.3 中壓分散接入 33
2.1.4 中壓專線接入 33
2.2 分布式可再生能源發電運營模式 34
2.2.1 我國分布式發電的運營模式 34
2.2.2 分布式發電的經濟效益分析 35
2.2.3 分布式發電補貼政策 35
2.3 分布式發電及電儲能 40
2.3.1 分布式風力發電模型 40
2.3.2 分布式光伏發電模型 43
2.3.3 分布式水力發電模型 46
2.3.4 分布式生物質能發電模型 47
2.3.5 鋰電池儲能系統 48
2.4 分布式可再生能源和負荷的功率特性分析 49
2.4.1 光伏發電功率特性 49
2.4.2 風力發電功率特性 54
2.4.3 負荷特性分析 58
參考文獻 70
第3章 分布式可再生能源發電接入分析技術 74
3.1 含分布式發電的潮流計算方法 74
3.1.1 常用的潮流計算方法 74
3.1.2 含分布式發電的潮流計算方法 80
3.1.3 含分布式發電的概率潮流計算方法 82
3.1.4 分布式發電接入的電壓分析和網損分析 90
3.2 含分布式發電的配電網可靠性計算方法 94
3.2.1 含分布式發電的配電網可靠性計算原理 94
3.2.2 含分布式發電的可靠性計算指標 96
3.2.3 含分布式發電的可靠性計算方法 98
3.3 案例分析 105
3.3.1 典型地區潮流計算 105
3.3.2 典型地區電壓與網損分析 114
3.3.3 典型地區可靠性計算 118
參考文獻 122
第4章 分布式可再生能源發電接納能力評估方法 123
4.1 概述 123
4.2 分布式可再生能源發電的接納原則 123
4.3 分布式可再生能源發電*大接納能力的影響因素 124
4.3.1 區域配電網負荷的時序特性 124
4.3.2 分布式可再生能源發電的空間特性 127
4.4 分布式可再生能源發電*大接納能力計算方法 129
4.4.1 數學模型 129
4.4.2 運行場景劃分方法 130
4.4.3 *大接納能力計算流程 132
4.5 考慮配電網重構的分布式可再生能源發電*大接納能力評估 133
4.5.1 配電網重構對接納能力的影響 133
4.5.2 數學模型 134
4.5.3 模型求解 136
4.6 考慮電壓調節的分布式可再生能源發電*大接納能力評估 137
4.6.1 電壓調節對接納能力的影響 138
4.6.2 數學模型 139
4.6.3 模型求解 142
4.7 案例分析 144
4.7.1 算例概況 144
4.7.2 分布式可再生能源發電接納能力評估 145
參考文獻 150
第5章 分布式可再生能源發電集群 152
5.1 分布式可再生能源發電集群含義 152
5.2 分布式可再生能源發電集群劃分整體思路 153
5.3 分布式可再生能源發電集群劃分方法 156
5.3.1 集群劃分方法分類 156
5.3.2 集群劃分指標 157
5.3.3 集群劃分算法 162
5.4 分布式可再生能源發電集群控制方法 166
5.4.1 中壓配電網的集群電壓協調控制方法 166
5.4.2 高-中壓配電網分層分布式電壓協調優化控制方法 174
5.5 案例分析 182
5.5.1 35kV可再生能源發電集群劃分 182
5.5.2 10kV可再生能源發電集群劃分 190
5.5.3 中壓配電網的集群電壓協調控制方法 193
5.5.4 高-中壓配電網分層分布式電壓協調優化控制方法 198
參考文獻 206
第6章 分布式可再生能源發電集群接入規劃 208
6.1 分布式可再生能源發電集群規劃研究背景與意義 208
6.2 分布式可再生能源發電集群規劃特點和一般模型 210
6.2.1 集群規劃特點 210
6.2.2 一般規劃模型 211
6.2.3 多層規劃模型 212
6.3 分布式可再生能源發電規劃場景生成方法 213
6.3.1 非時序場景生成 213
6.3.2 時序場景生成 219
6.4 分布式可再生能源發電集群接入規劃 221
6.4.1 高電壓等級接入規劃 222
6.4.2 中低壓等級接入規劃 239
參考文獻 253
第7章 分布式可再生能源發電集群與儲能規劃 256
7.1 儲能系統運行及壽命模型 256
7.1.1 運行模型 257
7.1.2 壽命模型 257
7.2 分布式發電集群與儲能兩階段雙層規劃 258
7.2.1 儲能的分群配置模式 259
7.2.2 分布式發電集群與儲能兩階段雙層規劃模型 260
7.2.3 求解算法 265
7.2.4 算例分析 268
7.3 配電網中多光儲微網系統的優化配置方法 276
7.3.1 配電網與多光儲微電網協調運行策略 277
7.3.2 配電網中考慮多光微電網運行策略的光儲容量規劃 278
7.3.3 算例分析 282
參考文獻 287
第8章 分布式可再生能源發電集群與配電網協同規劃 290
8.1 分布式發電與配電網協同規劃特點及一般模型 290
8.1.1 分布式發電與配電網協同規劃內容及特點 290
8.1.2 分布式可再生能源發電與配電網協同規劃的一般模型 291
8.1.3 分布式可再生能源發電集群與配電網協同規劃的研究思路 293
8.2 含分布式可再生能源發電的主動配電網擴展規劃 293
8.2.1 含分布式可再生能源發電的主動配電網擴展規劃框架 294
8.2.2 考慮網架動態重構的主動配電網雙層擴展規劃模型及求解 295
8.3 分布式可再生能源發電與配電網協同規劃 298
8.3.1 分布式可再生能源發電與配電網協同規劃雙層模型 299
8.3.2 分布式可再生能源發電與配電網協同規劃雙層模型求解方法 300
8.4 分布式可再生能源發電、儲能與配電網協同規劃 301
8.4.1 自消費模式下的光伏、儲能運行策略 301
8.4.2 光儲選址定容與主動配電網擴展規劃的雙層優化模型 302
8.4.3 光儲選址定容與主動配電網擴展規劃的雙層優化模型求解方法 306
8.5 案例分析 308
8.5.1 典型地區含分布式可再生能源發電的配電網擴展規劃 308
8.5.2 典型地區分布式可再生能源發電與配電網協同規劃 313
8.5.3 典型地區分布式可再生能源發電、儲能與配電網協同規劃 315
參考文獻 319
附錄 320
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可再生能源發電集群優化規劃與評價 節選
第1章 緒論 1.1 可再生能源發電 能源是人類賴以生存的基礎，隨著世界經濟的高速發展，全球能源需求量也呈現出與日俱增的態勢。2021年國際能源署(International Energy Agency，IEA)預測，到2030年十年間全球能源需求量預計每年增長1.3%[1]。過去的一百年中，煤炭和石油一直占據著全球能源供給的中心地位，隨著全球化石類能源開發量的減少、能源需求的日益增加、生態環境的不斷惡化，加快開發利用可再生能源已成為世界各國的普遍共識。 根據國際能源署可再生能源工作組[2]的定義，可再生能源是指“從持續不斷地補充的自然過程中得到的能量來源”，主要包括風能、太陽能、水能、生物質能、地熱能、海洋能等非化石類能源。目前電能是可再生能源的主要轉化形式。國際可再生能源署(International Renewable Energy Agency，IRENA)統計顯示[3]，截至2020年底，全球可再生能源發電裝機總量達到約2922GW，其中，水力發電裝機1211GW，風力發電裝機732GW，太陽能發電裝機709GW，其他包括生物質能發電、地熱能發電、海洋能發電等總裝機265GW。圖1.1展示了全球可再生能源發電累計裝機容量的變化趨勢。從圖中可以看出，隨著全球流域內梯級水電站的持續開發和建設成本的不斷攀升，近年來水力發電裝機容量增長緩慢；生物質能的發展受制于高昂的建設和運營成本以及環境問題，而地熱能和海洋能的研究尚處于起步階段，缺乏大規模商業化開發的條件。風能和太陽能發電技術由于其靈活性和良好的商業開發價值，隨著制造成本的逐年下降，迎來了一個快速增長的過程，正逐漸成為可再生能源發電領域的主力軍。 圖1.1 全球可再生能源發電累計裝機容量變化趨勢 1.1.1 光伏發電 光伏組件的平均成本在近幾十年內呈現大幅下降的趨勢，1976年光伏組件的平均成本高達79美元/W，是2017年平均成本0.37美元/W的200多倍[4]。相比于2000年1200MW的裝機容量，2017年底全球光伏發電累計裝機容量為390GW，規模擴大了上百倍；到2020年，全球光伏發電裝機容量達到709GW[5]。我國作為世界光伏發電產業增長的主力軍，2006年《可再生能源法》實施以來，光伏發電產業迎來了發展黃金時代；2013年確立分類光伏發電標桿電價政策后，光伏發電的開發進程進一步加快。圖1.2展示了我國近年來光伏發電累計裝機容量，截至2021年底，中國光伏發電裝機容量達到306GW，突破3億 kW大關，連續七年位居全球首位[6]，同比增長達到20.9%。 圖1.2 我國光伏發電累計裝機容量發展趨勢 1.1.2 風力發電 截至2020年底，全球風力發電累計裝機容量達到約732GW，相比2000年的17GW擴大了約42倍。到2026年底全球風力發電預計將新增裝機容量469GW[7]。在國家法律和政策的支持下，我國的風力發電進入了快速發展期，2006～2018年的12年間，風電裝機容量年平均增長率達43%。截至2021年底，全國風力發電裝機總量約330GW，同比增長16.6%[6]。圖1.3為我國近年來風力發電累計裝機容量發展趨勢。 圖1.3 我國風力發電累計裝機容量變化趨勢 1.1.3 新能源發展政策 為了進一步推動可再生能源發展，近年來世界各國先后出臺了多項推進可再生能源發電的產業政策。2014年，美國環保署( U.S. Environmental Protection Agency，EPA)公布了其“清潔能源計劃”(Clean Power Plan)，承諾十年內可再生能源使用量增加一倍。2018年8月，美國環保署提出了“經濟清潔能源條約”(Affordable Clean Energy Rules)，旨在大力減少碳排放，并要求各州在法律生效的三年內制定各自的能源發展計劃。美國目前有超過30個州明確了新能源發展目標，特別是加利福尼亞州在2018年9月頒布的“SB 100”法案中，提出2026年加州可再生能源發電占比達到50%，2030年占比達到60%的目標，為其他國家和地區新能源產業的發展提供了借鑒意義。 德國早在2000年正式頒布了《可再生能源法》( Eerneuerbare Energien Gesetz， EEG)，旨在建立可再生能源發電的固定上網電價制度，對推動風電、太陽能等可再生能源的發展發揮了決定性的作用。2014年德國提出了2025年可再生能源發電占比達到40%以上，2030年占比超過55%的宏偉目標；接著在2017年對《可再生能源法》進行了修訂，進一步確立了采用招投標來提供可再生能源津貼的新模式。日本政府在2018年7月公布的“第5次能源基本計劃”中也制定了面向2030年及2050年的能源中長期發展戰略，提出到2030年可再生能源發電在總發電量中占比要提升至22%～24%的目標，并首次將可再生能源定位為2050年的“主力能源”。 我國一直以來都把發展清潔能源作為實施能源供給側結構性改革的主攻方向。在《能源生產和消費革命戰略(2016—2030)》中，我國提出了到2020年、2030年非化石能源占一次能源消費比重分別提高到15%、20%的目標。緊接著在2016年制定的《可再生能源發展“十三五”規劃》中進一步明確了可再生能源的發展目標和主要任務，部署了與發展新能源發電技術相關的一系列重點及重大示范工程項目，提出的一系列2020年可再生能源開發利用主要指標如表1.1所示。其中，風力發電和光伏發電均超額完成[6]。 表1.1 2020年可再生能源開發利用主要指標 可再生能源產業不斷發展壯大，產業規模和技術裝備水平連續躍上新臺階，但是發展不平衡、不充分的矛盾也日益凸顯。特別是可再生能源發電消納問題突出，已嚴重制約了電力行業健康可持續發展。2018年我國頒布了一系列可再生能源政策著力解決這一問題，可再生能源產業的發展已由高速增長階段轉向高質量發展階段。2021年國家發展和改革委員會、國家能源局《關于2021年可再生能源電力消納責任權重及有關事項的通知》[8]中指出：從2021年起，每年初滾動發布各省權重，同時印發當年和次年消納責任權重，當年權重為約束性指標，各省按此進行考核評估，次年權重為預期性指標，各省按此開展項目儲備。此外，風能和太陽能發電的實施成本呈現出逐年降低的趨勢，預計在2030年投產的風電、光伏電站的平均度電成本將比2020年分別下降31%和61%[9]，“十四五”初期風電、光伏發電將逐步實現平價，屆時將有效緩解中央補貼資金壓力，實現可再生能源的高質量發展。 1.2 分布式可再生能源發電技術特點 集中式發電和分布式發電是可再生能源規模化利用的兩種方式。集中式發電(centralized generation)通過集中布局大規模可再生能源發電，通過高電壓等級線路接入輸電系統，結合統一管理、綜合調控的手段，供給遠距離負荷。集中式發電布局集中、選址固定，與電網之間保持單向的電力交換，便于管理和運行維護。我國的集中式可再生能源電站多分布在土地資源以及風、光等可再生資源豐富的甘肅、新疆和青海等西部地區，圖1.4為西寧共和縣集中光伏電站的現場圖。以光伏電站為例，截至2020年上半年，我國在甘肅、新疆、青海集中式光伏裝機容量已超過2990萬 kW，占全國的20%[10]。 圖1.4 西寧共和縣集中光伏電站 我國西部地區地廣人稀，整體用電量小，雖然國家建設了龐大的“西電東輸”工程，但現有的電網設施還遠不能完全滿足“西電”的大規模輸送，由此造成了西部地區嚴重的“棄光、棄風限電”現象。僅2017年上半年，新疆(含新疆生產建設兵團)和甘肅省的棄光率高達26%和22%。由于甘肅、新疆(含新疆生產建設兵團)、寧夏目前“棄能限電”嚴重，我國已決定暫不安排這三地2017～2020年新增光伏電站的建設計劃[10]。 相對集中式發電，分布式發電是指分布在不同位置的中小型可再生能源發電，單個電源的裝機容量通常在幾千瓦至幾十兆瓦之間。我國在2017年12月1日實施的國家標準《分布式電源并網技術要求》（GB/T 33593—2017）中，對分布式電源(distributed resources，DR)、分布式發電( distributed generation，DG)等做了詳細規定，分布式電源定義為“接入35kV及以下電壓等級電網、位于用戶附近，在35kV及以下電壓等級就地消納為主的電源”。按能量轉換技術的不同，分布式發電通常采用的技術類型有：往復式發電機、斯特林發電機、微型燃氣輪機、天然氣燃氣輪機、燃料電池、光伏發電、風力發電、水力發電以及各種儲能技術等。IEEE 1547.2—2008標準提供了分布式發電技術的兩種分類方法[11]：按原動機的不同，可以分為旋轉型和非旋轉型兩種；按并網接口和功率變換的不同，可以分為同步發電機、異步發電機和基于電力電子變換裝置并網的分布式電源。 與傳統的集中式發電相比，分布式可再生能源發電技術具有如下特點[12-14]。 (1)實現了“源-荷”的就近消納。大型集中式發電需要將電力升壓接入輸電網，僅作為發電站運行。而分布式發電是直接接入配電網用戶側，發電用電并存，且要求盡可能地在35kV及以下電壓等級范圍內消納，可以在一定程度上提高電網對分布式發電的消納率。 (2)經濟效益良好。分布式發電靠近負荷，不但可以降低輸電網損耗，而且由于分布式發電占用的土地面積和物理空間少，降低了投資費用。相對于集中式發電所配套的電力設施建設周期長、投資風險大的缺點，分布式發電具有技術和設備小型化、模塊化，建設周期短，可緊密跟蹤負荷增長進行擴建，投資費用低，風險小等優點。 (3)提高供電可靠性。合理的分布式發電運行方式，特別是與儲能系統配合，將提高配電網用戶側的供電可靠性，可以在一定程度上緩解電網投資。當電網出現大面積停電事故時，具有特殊設計的分布式發電系統(如與重合閘相結合的計劃孤島模式)仍能保持正常運行。 (4)綠色環保。可再生能源分布式發電項目在發電過程中，不僅基本實現了零排放、零污染，還可以有效降低建設高壓輸電線路造成的電磁污染和對線路沿途植被的破壞。 可再生能源以分布式發電的形式接入配電網，是實現大規模可再生能源并網消納的重要方式。我國近些年不斷出臺政策刺激分布式可再生能源發電的發展。以光伏發電為例，我國大力支持在已建成且具備條件的工業園區、經濟開發區等用電集中區域規模化推廣屋頂光伏發電系統，同時也積極鼓勵在電力負荷大、工商業基礎好的中東部城市和工業區周邊，按照就近利用的原則建設光伏電站項目。目前，我國全額就近消納的分布式光伏項目，如自愿放棄補貼，可不受規模限制[15]。同時政府也在積極推進分布式發電市場化，2021年起，對新備案集中式光伏電站、工商業分布式光伏項目，中央財政不再補貼，實行平價上網。新建項目上網電價按當地燃煤發電基準價執行。新建項目可自愿通過參與市場化交易形成上網電價，以更好體現光伏發電、風電的綠色電力價值[16]。 在政策的激勵下分布式發電發展迅速，天津大學26樓屋頂分布式發電項目如圖1.5所示，該項目建設當年獲得了“金太陽”項目的支持。
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