储热提升风电消纳能力的实施方式及效果分析_陈磊
耦合电锅炉和储热的热电联合系统风电消纳分析
ｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１００９－３２３０.２０２１.０５.００９耦合电锅炉和储热的热电联合系统风电消纳分析金㊀齐ꎬ刘㊀红ꎬ尹洪超(大连理工大学能源与动力学院ꎬ大连１１６０２４)摘㊀要:冬季供暖期 以热定电 的运行模式限制了电力系统的灵活性ꎬ导致风电消纳能力不高ꎬ因此需要加强对电网和热网的协调调度ꎮ文中建立了一个包含电锅炉和储热装置的热电联合系统优化调度模型ꎬ并以一个实际的案例为例ꎬ分析了四种场景下系统的风电消纳情况和运行成本ꎮ结果表明ꎬ电锅炉和储热装置在风电消纳机理上有明显不同ꎬ电锅炉更能够增强系统的风电消纳能力ꎬ而储热装置更容易降低系统的运行成本ꎬ电锅炉与储热装置的协调运行可使系统的风消纳能力和运行成本达到最优ꎮ关键词:风电消纳ꎻ电锅炉ꎻ储热ꎻ优化调度中图分类号:ＴＭ７３㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀文章编号:１００９－３２３０(２０２１)０５－００３０－０６ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＷｉｎｄＰｏｗｅｒＡｃｃｏｍｍｏｄａｔｉｏｎｉｎＣｏｍｂｉｎｅｄＨｅａｔａｎｄＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓＩｎｃｌｕｄｉｎｇＥｌｅｃｔｒｉｃＢｏｉｌｅｒａｎｄＨｅａｔＡｃｃｕｍｕｌａｔｏｒＪＩＮＱｉꎬＬＩＵＨｏｎｇꎬＹＩＮＨｏｎｇ－ｃｈａｏ(ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｅｒｇｙａｎｄＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＤａｌｉａｎ１１６０２４ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙｂｙｈｅａｔ ｍｏｄｅｏｆｔｈｅＣＨＰｄｕｒｉｎｇｔｈｅｈｅａｔｉｎｇｓｅａｓｏｎｒｅｓｔｒｉｃｔｓｔｈｅｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍａｎｄｌｅａｄｓｔｏｌｏｗｗｉｎｄｐｏｗｅｒａｃｃｏｍｍｏｄａｔｉｏｎｃａｐａｃｉｔｙꎬｓｏｉｔｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｏｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇｏｆｔｈｅｐｏｗｅｒｇｒｉｄａｎｄｈｅａｔｎｅｔｗｏｒｋ.Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒꎬａｎｏｐｔｉｍａｌｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇｍｏｄｅｌｏｆｃｏｍｂｉｎｅｄｈｅａｔａｎｄｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｉｎｃｌｕｄｉｎｇｅｌｅｃｔｒｉｃｂｏｉｌｅｒｓａｎｄｈｅａｔａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄꎬａｎｄｔｈｅｗｉｎｄｐｏｗｅｒａｃｃｏｍｍｏｄａｔｉｏｎａｎｄｏｐｅｒａｔｉｏｎｃｏｓｔｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｕｎｄｅｒｆｏｕｒｓｃｅｎａｒｉｏｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｉｎａｒｅａｌｃａｓｅ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｅｌｅｃｔｒｉｃｂｏｉｌｅｒａｎｄｈｅａｔａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒｉｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｎｗｉｎｄｐｏｗｅｒａｃｃｏｍｍｏｄａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｓꎬａｎｄｅｌｅｃｔｒｉｃｂｏｉｌｅｒｉｓｍｏｒｅｃａｐａｂｌｅｏｆｅｎｈａｎｃｉｎｇｔｈｅｗｉｎｄｐｏｗｅｒａｃｃｏｍｍｏｄａｔｉｏｎｃａｐａｃｉｔｙꎬｗｈｉｌｅｈｅａｔａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒｉｓｍｏｒｅｌｉｋｅｌｙｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｏｓｔｓｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍꎬａｎｄｔｈｅｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｂｏｉｌｅｒａｎｄｈｅａｔａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒｃａｎｏｐｔｉｍｉｚｅｔｈｅｗｉｎｄｐｏｗｅｒａｃｃｏｍｍｏｄａｔｉｏｎｃａｐａｃｉｔｙａｎｄｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｏｓｔｓｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｗｉｎｄｐｏｗｅｒａｃｃｏｍｍｏｄａｔｉｏｎꎻｅｌｅｃｔｒｉｃｂｏｉｌｅｒꎻｈｅａｔａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒꎻｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ０㊀引㊀言收稿日期:２０２１－０３－１６㊀㊀修订日期:２０２１－０４－２１基金项目:国家重点研发计划项目(２０１７ＹＦＡ０７００３００)作者简介:金㊀齐(１９９６－)ꎬ男ꎬ硕士研究生ꎬ研究方向为热电综合能源系统统一建模与优化ꎮ我国北方地区供热期热电联产机组(ＣＨＰ)以热定电 的运行方式使得机组调峰能力受限ꎬ严重限制了电力系统的灵活性[１]ꎬ与可再生能源随机性㊁波动性强的特点相矛盾ꎬ无法满足新能源发电高比例并网的要求ꎮ因此需要深入研究热能和电能的协调方法ꎬ以实现热能和电能的协调调度ꎮ热能相比于电能ꎬ热能的易存储㊁难传输与电能的易传输㊁难存储存在着天然的互补特性[２]ꎬ然而电力系统和热力系统往往作为两个独立的系统分开运行ꎬ难以统一规划调度ꎬ严重阻碍了热能与电能的协调互补[３]ꎮ因此对热能和电能进行联合分析和优化ꎬ对于实现热能和电能的协调互补ꎬ提高能源利用效率和可再生能源的消纳能力具有十分重要的意义ꎮ热电联合调度方案主要可分为以下三个方面:(１)对于抽汽式ＣＨＰ机组ꎬ通过改变抽汽量的方式改变ＣＨＰ机组的热电比ꎬ可在一定程度上提高ＣＨＰ机组的灵活性[４]ꎻ(２)以系统的运行成本最小或可再生能源的消纳比例最高为目标ꎬ在设备容量和供需平衡的约束下ꎬ对包含可再生能源的热电联合系统进行优化调度[５－６]ꎻ(３)在热电联合系统内增加电锅炉或者储热装置ꎬ增强电能和热能的转换关系ꎬ以提高系统的灵活性[７－８]ꎮ本文在上述研究内容的基础上ꎬ以系统的运行成本最低为优化目标ꎬ以一个实际应用案例为例ꎬ建立了热能和电能的联合优化调度模型ꎬ对比分析了在系统中分别添加电锅炉和储热装置等不同场景对系统的运行调度策略㊁各设备的出力情况以及风电消纳能力的影响ꎬ并进一步研究了系统在不同场景下的风电消纳机理ꎮ本文的研究内容旨在对电锅炉和储热装置在实际能源系统中的具体应用提供理论指导ꎮ１㊀包含电锅炉和储热的热电联合系统热电联合系统是一个包含电力网络和供热网络以及热电耦合设备的统一有机整体ꎬ电力网络和供热网络通过热电耦合设备相互影响和交互ꎮ电热联合系统有多种不同的能源结构形式ꎬ本文所研究主要为一个包含热电联产机组㊁风力发电㊁电锅炉和储热罐等装置的热电联合系统ꎬ其中电力网络和供热网络通过ＣＨＰ㊁电锅炉和循环泵实现热能与电能的耦合转换ꎮ以下分别对它们的数学模型进行介绍ꎮ(１)热电联产机组热电联产机组主要可以分为背压式热电联产机组和抽凝式热电联产机组两种类型[９]ꎮ背压式机组的热电比基本不可调节ꎬ而抽凝式机组可以通过改变抽汽量的方式在一定范围内调节机组运行的热电比ꎮ背压式机组热功率出力与电功率出力的关系如式(１)所示:ψ＝ＨＣＨＰＰＣＨＰ(１)式中ꎬＰＣＨＰ为机组的电功率出力ꎻＨＣＨＰ为机组的热功率出力ꎻψ为机组的热电比ꎮ抽凝式机组热功率出力与电功率出力的关系如式(２)所示:χ＝ＨＣＨＰＰｃｏｎ－ＰＣＨＰ(２)式中ꎬχ是抽凝式机组的运行特性参数ꎬ表示因抽取蒸汽而产生的热功率增加量与电功率减少量的比值ꎻＰｃｏｎ表示当机组在纯凝模式下时的电功率出力ꎮ(２)电锅炉电锅炉是一种通过电流的热效应将电能转换为热能的供热设备ꎮ电锅炉的热效率是电锅炉将电能转换为热能的主要参数ꎬ其关系式为:ηＥＢ＝ＨＥＢＰＥＢ(３)式中ꎬηＥＢ为电锅炉的热效率ꎻＨＥＢ为电锅炉的供热功率ꎻＰＥＢ为电锅炉消耗的电功率ꎮ(３)循环泵循环泵是维持载热流体在供热网络中循环流动的机械设备ꎬ通过将电能转化为机械能ꎬ为流体的流动提供压力ꎮ循环泵的电功率与流量和扬程有关ꎬ关系如下式所示:Ｐｐ＝̇ｍｇｈｐ１０６ηｐ(４)式中ꎬＰｐ表示循环泵消耗的电功率ꎻ̇ｍ表示经过循环泵的质量流量ꎻｈｐ表示循环泵的扬程ꎻηｐ表示循环泵的效率ꎻｇ表示重力加速度ꎮ(４)储热装置储热装置一般是根据热量的供求关系ꎬ将热量进行短期存储和释放的容器设备ꎮ当储热装置的热损失忽略不计时ꎬ储热装置内部存储的热量与其热功率出力的关系如式(５)所示:ＱｔＳ＝Ｑｔ－１Ｓ－ＨｔＳΔｔ(５)式中ꎬＱｔＳ为装置在ｔ时段后剩余热量ꎻＱｔ－１Ｓ为装置在ｔ－１时段后的剩余热量ꎻＨｔＳ为装置在ｔ时段的热出力ꎮ当ＨｔＳ大于零时ꎬ装置向外释放热量ꎻ当ＨｔＳ小于零时ꎬ装置向内存储热量ꎮΔｔ为时间间隔ꎮ２㊀热电联合系统调度模型为了分析电锅炉和储热装置对降低运行成本的作用ꎬ并分析二者对系统的运行策略和风电消纳能力的影响ꎬ本节以系统的运行成本最低为目标ꎬ建立了热电联合系统的优化调度模型ꎮ２.１㊀目标函数本文建立的优化调度模型以系统的运行成本最低为优化目标ꎬ系统的运行成本主要包括:热电联产机组的燃料成本和外购电成本ꎬ其表达式如式(６)所示:ｍｉｎðＮｉ＝１ðＴｔ＝１[(ａｉＰｉＣＨＰꎬｔ２＋ｂｉＰｉＣＨＰꎬｔ＋ｃｉ)＋νｔＰＥꎬｔ](６)式中ꎬＮꎬＴ分别为热电联产装置数和时段数ꎻａｉ㊁ｂｉ㊁ｃｉ均为ＣＨＰ机组相应的成本系数ꎬＰｉＣＨＰꎬｔ为第ｉ台机组在ｔ时段的电功率出力ꎻνｔ为ｔ时段的电价ꎻＰＥꎬｔ为ｔ时段的外购电量ꎮ２.２㊀约束条件模型的约束条件除包括式(１)－式(６)所示的设备模型约束外ꎬ还应包括电网平衡和热网平衡的等式约束条件以及各设备的出力限制的不等式约束条件ꎮ(１)电网平衡约束电力系统的平衡可分为有功功率平衡和无功功率平衡ꎬ对于每一个节点ꎬ它们均可用电网的潮流方程表示:Ｐｉ＝ＵｉðｋＵｋ(Ｇｉｋｃｏｓφｉｋ＋Ｂｉｋｓｉｎφｉｋ)Ｑｉ＝ＵｉðｋＵｋ(Ｇｉｋｓｉｎφｉｋ－Ｂｉｋｃｏｓφｉｋ)ìîíïïïï(７)式中ꎬｉ㊁ｋ分别为节点的编号ꎻＰ为节点的有功功率ꎻＱ为节点的无功功率ꎻＵ为节点的节点电压幅值ꎻＧ为节点之间的电导ꎻＢ为节点之间的电纳ꎻφ为节点之间的电压相角ꎮ(２)热网平衡约束热网的平衡约束可分为水力平衡约束和热力平衡约束ꎮ对于水力平衡ꎬ由流量连续方程可知ꎬ流入热网节点ｉ的所有质量流量之和等于流出该节点的所有质量流量之和ꎬ即:ðｊɪｉ̇ｍ(ｊ)()ｉｎ＝ðｊɪｉ̇ｍ(ｊ)()ｏｕｔ(８)式中ꎬｊ为与节点ｉ相连的对应的支路编号ꎻ̇ｍ为支路的质量流量ꎮ此外ꎬ水力平衡还应考虑流体流动过程中的压力损失ꎬ即沿着基本闭合回路上所有支路两端水头损失的代数和等于零ꎮ如式(９)所示:ðｊɪｌ(ｋ(ｊ)̇ｍ(ｊ)２＋ｈｐ(ｊ)＋ｈｚ(ｊ))＝０(９)式中ꎬｌ为基本闭合回路的编号ꎻｊ为属于基本闭合回路ｓ中的支路的编号ꎻｋ为支路的管道阻力特性系数ꎻｈｚ为支路的末端与始端的高度差ꎻｈｐ为管道附件的压强水头ꎮ对于热力平衡ꎬ由能量守恒知ꎬ流入热网节点ｉ的所有热量之和等于流出该节点的所有热量之和ꎬ即:ðｊɪｉ(ｍ(ｊ)Ｔｉｎ(ｊ))＝ðｊɪｉ(ｍ(ｊ)Ｔｏｕｔ(ｊ))(１０)式中ꎬＴｉｎ和Ｔｏｕｔ分别为支路的进口温度和出口温度ꎮ考虑热网中流体在管道内流动时因向环境散热而产生的的能量损失ꎬ应有:λ(ｉ)Ｌ(ｊ)ΔＴ(ｊ)＝̇ｍ(ｊ)ｃｐ(Ｔｉｎ(ｊ)－Ｔｏｕｔ(ｊ))(１１)式中ꎬλ为支路的散热系数ꎻＬ为支路的长度ꎻΔＴ为散热温差ꎻｃｐ为流体的比热容ꎮ(３)热电联产机组出力约束热电联产机组的出力受其最大功率和爬坡速率的限制ꎬ即:ＰｔＣＨＰɤＰＣＨＰꎬｍａｘ(１２)｜ＰｔＣＨＰ－Ｐｔ－１ＣＨＰ｜ɤＲＣＨＰ(１３)式中ꎬＰＣＨＰꎬｍａｘ㊁ＲＣＨＰ分别是热电联产机组的最大发电功率和最大爬坡速率ꎮ(４)储热装置出力约束与热电联产机组类似ꎬ储热装置的出力也受其容量和充放热功率所限制ꎬ即对所有的时段ｔꎬ都有:ＱｔＳɤＱＳꎬｍａｘ(１４)｜ＨｔＳ｜ɤＲＳ(１５)式中ꎬＱＳꎬｍａｘ㊁ＲＳ分别为储热装置的最大储热容量和充放热的速率ꎮ由于储热装置本身不能够产生热量ꎬ为了维持储热装置充放热的连续性ꎬ需要保证储热罐在周期结束时存储的热量等于初始时刻罐内存储的热量ꎬ即一个周内储热装置充放热的总和等于零ꎮðｔＨｔＳ＝０(１６)㊀㊀(５)电锅炉出力约束电锅炉的出力受其所消耗的最大电功率的限制ꎬ即:ＰｔＥＢɤＰＥＢꎬｍａｘ(１７)式中ꎬＰＥＢꎬｍａｘ为电锅炉的最大功率ꎮ(６)风电出力约束风电出力受当地的风力条件所限制ꎬ风电的电出力不能超过当地的风力发电的预测值ꎮＰｔｗɤＰｔｗꎬｍａｘ(１８)其中ꎬＰｔｗꎬｍａｘ为ｔ时段风电最大出力的预测值ꎮ３㊀算例分析３.１㊀算例数据为了对电锅炉和储热装置对风电消纳的影响效果和影响机理进行分析ꎬ基于本文所建立的优化调度模型ꎬ以某实际热电联合系统为例进行优化ꎮ系统的拓扑结构图可简化为如图１所示ꎮ系统的所有负荷可简化为６个电负荷和８个热负荷ꎮ电负荷通过ＣＨＰ机组和风力发电进行供电ꎬ供电不足部分可向外部电网进行购电作为补充ꎻ热负荷通过ＣＨＰ机组进行供热ꎮ系统的逐时总负荷和风电预测出力情况如图２所示ꎮ图１㊀热电联合系统结构拓扑图图２㊀系统的逐时总负荷与风电出力预测以图１所示的案例为例ꎬ本文分别优化得到了在系统中加入电锅炉和储热装置等四种不同场景下的调度方案ꎬ并对四种场景下的优化结果进行了分析ꎮ四种优化场景的配置见表１ꎮ㊀表１四种优化场景场景１场景２场景３场景４电锅炉无有无有储热装置无无有有３.２㊀优化结果分析(１)不同场景优化效果分析在一个调度周期内ꎬ四种场景下系统的风电消纳比例和运行成本见表２ꎮ㊀表２不同场景下风电消纳比例和运行成本风电消纳比例/％ＣＨＰ成本/万元购电成本/万元总成本/万元场景１５６.１２３.５００.６０４.１０场景２８９.４４３.０００.６０３.６０场景３５９.３２３.４９０.００３.４９场景４９３.２８２.９９０.００２.９９㊀㊀根据表２的优化结果ꎬ就提升风电消纳效果而言ꎬ场景４>场景２>场景３>场景１ꎻ就降低系统运行成本效果而言ꎬ场景４>场景３>场景２>场景１ꎮ可知加装电锅炉场景的风电消纳能力要优于加装储热装置ꎬ而加装储热装置比加装电锅炉更能降低系统的运行成本ꎮ(２)电锅炉和储热装置风电消纳机理研究为了研究电锅炉和储热装置的风电消纳机理ꎬ分别对比分析了系统在场景２(加装电锅炉)㊁场景３(加装储热装置)和场景４(加装电锅炉和储热装置)下热网与电网所承担实际电负荷㊁实际热负荷的逐时分布与场景１(未加装电锅炉与储热装置)下原电负荷㊁原热负荷的逐时分布ꎮ对比结果分别如图３－图５所示ꎮ图３㊀场景２下逐时负荷对比由图３知ꎬ在加装电锅炉时ꎬ系统的电负荷在低谷时被提高ꎬ而热负荷在高峰时被降低ꎬ因此电锅炉是通过对电负荷进行 填谷 ꎬ并对热负荷进行 削峰 ꎬ从而消除系统热负荷和电负荷在不同图４㊀场景３下逐时负荷对比图５㊀场景４下逐时负荷对比的时段的峰谷差ꎮ由图４可知ꎬ在加装储热装置时ꎬ系统电负荷并未受影响ꎬ即原电负荷与实际电负荷在图４中显示为同一条线ꎮ而热负荷则在高峰时被降低ꎬ在低谷时被提高ꎬ即储热装置将高峰时段的部分热量需求转移给了低谷时段ꎬ从而降低电热之间的负荷峰谷差ꎮ由于储热装置本身并不能产生热量ꎬ且受设备的容量限制ꎬ对热量的转移能力有限ꎬ因此这种方式提升风电消纳的能力不大ꎬ但可显著降低外购电成本ꎮ根据图５可知ꎬ当同时加装电锅炉和储热装置时ꎬ系统既可实现电负荷和热负荷的 削峰填谷 ꎬ也可对不同时段的热量需求进行转移ꎬ因此在四种场景中ꎬ场景４提高风电消纳的能力和降低系统运行成本的效果均为最好ꎮ４㊀结束语本文建立了考虑电锅炉和储热装置的热电联合系统优化调度模型ꎬ并以一个实际的案例分析了四种不同场景下的风电消纳效果和消纳机理ꎬ研究结果总结如下:(１)在系统加装电锅炉和储热装置均可提高风电消纳能力并降低系统的运行成本ꎬ其中加装电锅炉场景的风电消纳能力要优于加装储热装置ꎬ而加装储热装置比加装电锅炉更能降低系统的运行成本ꎮ(２)电锅炉主要是通过对电负荷和热负荷分别进行 填谷 和 削峰 ꎬ以消除系统热负荷和电负荷在不同的时段的峰谷差ꎬ从而显著增强风电的消纳能力ꎬ但电锅炉并不能减少外购电的成本ꎮ(３)储热装置主要是通过周期性的储热和放热将系统在高峰时段的部分热量需求转移给了低谷时段ꎬ以降低电热负荷之间的峰谷差ꎬ但这种方式对热量的转移能力有限ꎬ因此提升风电消纳的能力不大ꎬ但可显著降低系统的外购电成本ꎮ参考文献[１]㊀李㊀平.考虑集中供热系统热动态特性的风电消纳研究[Ｄ].大连理工大学ꎬ２０１８.[２]㊀ＺｈｅｎｇＪꎬＺｈｏｕＺꎬＺｈａｏＪꎬｅｔａｌ.Ｆｕｎｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｆｏｒｄｙ￣ｎａｍｉｃｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｄｉｓｔｒｉｃｔｈｅａｔｉｎｇｎｅｔ￣ｗｏｒｋ[Ｊ].ＡｐｐｌｉｅｄＴｈｅｒｍａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１７ꎬ１２３:６８２－６８８.[３]㊀ＹａｏＬꎬＹａｎｇＢꎬＣｕｉＨꎬｅｔａｌ.Ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓａｎｄｐｒｏｇｒｅｓｓｅｓｏｆｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｐｏｗ￣ｅｒｓｙｓｔｅｍｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｏｄｅｒｎＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓａｎｄＣｌｅａｎＥｎｅｒｇｙꎬ２０１６ꎬ４(４):５１９－５２８.[４]㊀张㊀磊ꎬ罗㊀毅ꎬ罗恒恒ꎬ等.基于集中供热系统储热特性的热电联产机组多时间尺度灵活性协调调度[Ｊ].中国电机工程学报ꎬ２０１８ꎬ３８(４):９８５－９９８. [５]㊀ＷｕＪꎬＷａｎｇＪꎬＬｉＳ.Ｍｕｌｔｉ－ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｏｐｔｉｍａｌｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｔｒａｔｅｇｙｓｔｕｄｙｏｆｍｉｃｒｏ－ＣＣＨＰｓｙｓｔｅｍ[Ｊ].Ｅｎｅｒｇｙꎬ２０１２ꎬ４８(１):４７２－４８３.[６]㊀ＬｉＪꎬＦａｎｇＪꎬＺｅｎｇＱꎬｅｔａｌ.Ｏｐｔｉｍａｌｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｉｎ￣ｔｅｇｒａｔｅｄｅｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄｈｅａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍｓｔｏａｃｃｏｍｍｏｄａｔｅｔｈｅｉｎｔｅｒｍｉｔｔｅｎｔｒｅｎｅｗａｂｌｅｓｏｕｒｃｅｓ[Ｊ].ＡｐｐｌｉｅｄＥｎｅｒ￣ｇｙꎬ２０１６ꎬ１６７:２４４－２５４.[７]㊀陈㊀磊ꎬ徐㊀飞ꎬ王㊀晓ꎬ等.储热提升风电消纳能力的实施方式及效果分析[Ｊ].中国电机工程学报ꎬ２０１５ꎬ３５(１７):４２８３－４２９０.[８]㊀ＦａｎｇＢꎬＷａｎｇＢꎬＧａｏＤＷ.Ｏｐｔｉｍａｌｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｔｒａｔｅｇｙｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｗｉｎｄｐｏｗｅｒａｃｃｏｍｍｏｄａｔｉｏｎｉｎｈｅａｔｉｎｇｄｉｓ￣ｔｒｉｃｔ[Ｃ].ＩＥＥＥꎬ２０１６.[９]㊀祝㊀平.热电联产热电机组的选型[Ｊ].应用能源技术ꎬ２００３(４):１－２.。
新能源消纳问题的研究与对策
新能源消纳问题的研究与对策随着全球对可持续发展的关注，新能源的发展已成为各国的重要议题。
然而，随着新能源规模的不断扩大，新能源消纳问题逐渐凸显。
新能源消纳问题指的是由于新能源的天然特性和与传统能源互补的特点，导致其在能源系统中存在剩余和浪费的情况。
解决新能源消纳问题对于实现能源可持续发展至关重要。
本文将就新能源消纳问题进行深入研究，并提出一些可行的解决方案。
首先，新能源消纳问题的产生与新能源的发展紧密相关。
随着可再生能源（如风能、太阳能、水能）的大规模利用，限制其消纳的主要问题是能源系统的不平衡。
由于新能源的供给受气象条件等自然因素的限制，其产生的电力波动性较大。
这导致了利用新能源时，能源系统的可靠性和稳定性受到了挑战。
此外，随着新能源规模的扩大，其与传统能源（如煤炭、石油、天然气）之间的互补性越来越强。
新能源消纳问题的主要原因之一是传统能源生产与消费方式的调整与变革不足，导致了新旧能源之间的差异导致的消纳困难。
针对新能源消纳问题，我们可以从以下几个方面进行研究和解决。
第一，加强新能源消纳技术研究。
新能源消纳技术是解决新能源消纳问题的关键。
通过研究新能源消纳技术，可以有效降低新能源消纳的难度和风险。
例如，利用先进的电网技术，如智能电网和储能技术，可以更好地消纳新能源。
智能电网可以通过电力系统的监控、控制和优化，提高新能源的消纳能力。
储能技术可以在新能源供给不足时，提供备用电源，保持能源系统的平衡。
此外，研究并推广新能源与传统能源的互补技术，如功率调节、储电和能量转换等，也是解决新能源消纳问题的重要途径。
第二，优化能源系统规划与管理。
建立健全的能源系统规划和管理机制，是解决新能源消纳问题的基础。
需要制定科学合理的能源发展规划，根据能源消费结构和新能源资源分布情况，合理确定新能源装机规模和区域布局，避免因过度装机而导致的新能源消纳问题。
此外，需要加强能源系统的监测和调度能力，及时掌握新能源的供需状况，合理分配和调度能源资源，提高能源系统的可靠性和稳定性。
风电消纳关键问题及应对措施分析
风电消纳关键问题及应对措施分析1. 引言1.1 风电消纳关键问题及应对措施分析风电资源丰富，具有清洁环保、可再生等优势，成为我国主要的可再生能源之一。
随着风电装机规模的不断扩大，风电消纳问题逐渐凸显。
风电消纳的关键问题主要包括风电波动性大、间歇性强、集中性低等特点，导致风电并网对电网安全稳定性以及经济运行造成一定影响。
为解决这些问题，需要采取一系列应对措施。
在技术方面，可以通过加强风电场自身调度能力、优化风电场布局、提高风力发电设备的智能化水平等措施，来提高风电消纳的可靠性和稳定性。
也应加强与电网之间的通信协调，实现风电场与电网的有效互联互通，为风电消纳提供技术支持。
在政策及市场方面，应建立健全风电消纳的相关政策法规和市场机制，制定合理的风电发电定价机制，鼓励风电发电企业参与市场竞争，提高风电消纳的市场化程度。
还应加大对风电消纳技术研发的投入力度，推动风电消纳技术的创新和进步。
针对风电消纳的关键问题，需要技术、政策和市场等多方面的综合应对措施，促进风电消纳的稳定性和可持续发展。
有助于指导我国风电行业的发展方向和未来发展路径。
2. 正文2.1 风电消纳现状分析风力发电作为清洁能源，受到越来越多的关注和发展。
随着风电装机容量的不断增加，风电消纳问题也逐渐凸显出来。
目前，我国风电消纳存在以下几个主要问题：1. 储能不足：风力发电的波动性和间歇性导致风电消纳对能源储存设施的要求较高，但目前我国储能技术还比较滞后，储能设施不足，难以满足风电的消纳需求。
2. 电网升级滞后：我国部分地区的电网容量有限，无法承受风电的大规模并网，导致风电消纳困难。
电网升级滞后也影响了风电的发展。
3. 调度难度大：风电的出力受天气等因素影响较大，难以准确预测，给电网调度带来困难。
在电力系统中，调度难度大还会带来功率平衡问题。
风电消纳目前面临的问题主要集中在储能不足、电网升级滞后和调度难度大等方面。
针对这些问题，需要综合考虑技术、政策和市场等多方面因素，采取有效的应对措施，推动风电消纳问题的解决。
风电消纳关键问题及应对措施分析
风电消纳关键问题及应对措施分析随着可再生能源的不断发展，风电作为其中重要的组成部分，受到了越来越多的关注和重视。
随着风电装机规模的不断扩大，风电消纳问题也日益凸显出来，成为制约风电发展的关键问题之一。
本文将从风电消纳的关键问题及应对措施进行分析，希望能够为解决这一问题提供一些思路和方法。
一、风电消纳的关键问题1. 电网接纳能力不足风电消纳的一个关键问题就是电网接纳能力不足。
随着风电的装机容量不断增加，部分地区的电网可能无法及时、稳定地接纳风电的并网发电。
这不仅会影响风电的发电效率，也会对电网的稳定运行造成一定的影响。
2. 风电功率波动大受气候和地理环境等因素的影响，风能资源的不稳定性导致了风电的功率波动较大。
这种功率波动会给电网调度和运行带来一定的困难，尤其是在风电装机规模较大的地区。
3. 风电与传统能源协调问题风电与传统能源（如煤电、水电等）之间的协调问题也是风电消纳的一个关键问题。
由于风电的不稳定性，与传统能源的协调运行需要一定的技术手段和成本支持，而这也是一个需要解决的难题。
二、风电消纳的应对措施1. 提高电网接纳能力针对电网接纳能力不足的问题，可以通过升级和改造电网设施、提高输电能力等措施来提高电网对风电的接纳能力。
还可以采用智能化的电网调度设备，实现对风电的灵活、高效调度。
2. 增加风电的储能装置为了应对风电功率波动大的问题，可以增加风电的储能装置，如风能储氢、风能储热等技术手段，以便在风电发电波动较大时进行能量的调峰和调峰，提高风电的发电稳定性。
3. 加强风电与传统能源的协调运行针对风电与传统能源的协调问题，可以通过建立风电与传统能源的协调发电机组、优化供需侧动态平衡等技术手段来加强风电与传统能源的协调运行，提高电网的运行稳定性和经济性。
4. 推进风电技术创新为了解决风电消纳的关键问题，还可以推进风电技术的创新，如提高风电发电效率、降低风电成本、提高风电与电网的适应性等方面进行技术研究和创新，从而进一步解决风电消纳的关键问题。
风电消纳关键问题及应对措施分析
风电消纳关键问题及应对措施分析一、风电消纳的关键问题1. 限制供电能力：风电发电受制于天气条件和地理环境，不像传统的火力发电能够按需调节发电量。
当风电发电量超过电网负荷时，电网需承受过载风险；当风电发电量低于电网负荷时，可能出现供电不足的情况。
这就限制了风电在电网中的供电能力。
2. 电网接纳能力不足：随着风电装机容量的不断增加，尤其是在大规模风电场的接入，电网的接纳能力受到了挑战。
电网的输电线路和变电设备可能难以承受风电并网所带来的冲击，导致电网的稳定性受到威胁。
3. 电网调度问题：风电发电的不确定性导致了电网调度的困难。
风电场与电网之间的协调配合受到影响，无法按照传统的电力调度方式进行运营，加大了电网的调度难度。
4. 风电波动性：风速和风向的变化会导致风电出力的波动性。
瞬时的风速变化会引起风电出力的急剧变化，给电网的平衡和稳定性带来挑战。
二、应对措施分析1. 提高风电发电预测精度：通过加强风电发电的预测技术，提高风速、风向等气象数据的准确性，进一步提高风电发电的预测精度。
可以利用先进的气象雷达、风机传感器等设备，实时监测风场的气象变化，准确预测风电出力，以便对电网进行合理调度。
2. 加强电网建设和升级：对电网的输电线路和变电设备进行升级改造，提高其承载能力和稳定性。
加大对风电场接入电网的支持力度，为其提供充足的输电通道，提高电网的接纳能力。
3. 推动风电与储能技术的结合：将风电与储能技术相结合，通过储能设备实现对风电出力的调峰和调频，平稳供电。
储能系统可以在风电出力波动较大的时候进行能量储存，之后在电网需求高峰期释放能量，提高风电的利用率，并提供灵活的调度能力。
4. 投入智能电网技术：引入智能电网技术，实现对电网的智能化管理和控制。
通过智能化设备实时监测和调控风电出力，实现对电网的动态调整，提升电网的稳定性和可靠性。
5. 加强风电与其他清洁能源的协同发展：与太阳能、水能等清洁能源进行协同发展，实现清洁能源之间的互补和支持。
大规模新能源消纳能力的提升对策与控制策略研究
大规模新能源消纳能力的提升对策与控制策略研究摘要：随着电力能源供需协同发展节奏的加快，大规模新能源消纳能力面临着考验与挑战，如何有效运用科学合理的方法对策，全面优化提升新能源消纳能力，备受业内关注。
基于此，本文首先介绍了电力新能源消纳的基本内容，分析了当前电力新能源消纳现状及存在问题，从提高电力新能源功率预测精度等方面，提出了大规模新能源消纳能力提升对策与控制策略，论述了个人对此的几点认知。
关键词：新能源消纳能力；提升对策；控制策略；价值分析目前电力新能源事业的发展取得显著成就，为经济社会能源结构改革带来了新鲜活力与动力。
当前形势下，有必要立足实际，宏观审视大规模新能源消纳现状，综合施策，精准优化处理新能源消纳能力提升中的短板问题，本文就此展开了探讨。
1电力新能源消纳简述在现代经济社会发展阶段中，电力能源的需求量连年攀增，使传统电力能源供应面临着严峻挑战与考验。
从当前现状来看，在国家能源结构调整的宏观引导下，新能源发电在所有发电类型中的占比有所提升，但距离理想化的综合效果尚有较大差距，需要予以重点关注。
与传统能源发电模式不同，新能源发电无需消耗煤炭、石油等不可再生资源，其可通过特定技术方法将风能、水能、沼气能和太阳等转换为可供经济社会生产生活使用的电能，不仅可显著降低发电过程中的经济成本，具有突出经济性，而且还可实现多类型资源要素的价值转换，促进绿色能源的有序替代。
在此过程中，影响电力新能源消纳的因素多种多样，若不注重有针对性地识别与控制，则势必会影响其消纳能力与效果。
通过提升大规模新能源消纳能力，可有效平衡新能源的出力波动，更加稳定地促进负荷的调节与转移，为经济社会发展提供优质、充足的清洁能源，更好地适应能源结构变化趋向，为经济社会可持续发展提供坚实保障[1]。
2电力新能源消纳现状及存在问题分析2.1新能源消纳难、并网难在风里发电与光伏发电等形势下，资源相对富集地区开始陆续出现消纳难、并网难的突出问题，这在区域经济因素、技术因素与体制因素等方面影响下，导致电力消费不匹配，困扰着电力新能源消纳能力的提升。
储能行业在新能源消纳中的应用研究
储能行业在新能源消纳中的应用研究随着全球对清洁能源的需求不断增长，储能技术在新能源消纳中的应用愈发重要。
储能行业通过将能量存储并在需要时释放，有助于解决可再生能源波动性带来的挑战，并提高能源系统的稳定性和可靠性。
本文将深入探讨储能行业在新能源消纳中的应用研究，并探讨其在清洁能源转型中的前景和发展方向。
一、储能在新能源消纳中的重要性1. 解决电力负荷平衡问题：由于可再生能源的波动性，电力系统在面临新能源大规模接入时往往面临负荷平衡的问题。
储能技术可以通过储存多余的能源并在需要时释放，实现供需平衡，提高电网的稳定性。
2. 保障供电可靠性：新能源具有不可预测性，如太阳能和风能受到天气条件的限制等。
储能技术可以充当备用电源，在新能源供应不足或突发情况下，提供稳定的电力供应，保障供电的可靠性。
3. 提高电网调控能力：储能技术的灵活性和快速响应能力为电网调度带来了更多选择。
通过储能系统的柔性调度，可以更好地应对电力需求峰值和谷值，提高电网的调控能力。
4. 促进可再生能源发展：由于可再生能源具有波动性和间歇性，其大规模接入依赖于储能技术的支撑。
储能行业的发展将进一步推动可再生能源发展，实现清洁能源转型。
二、1. 储能技术类型（1）电池储能技术：电池储能技术以锂离子电池、铅酸电池、钠硫电池等为代表，具有高能量密度、长寿命和低自放电等优点。
在新能源消纳中，电池储能技术被广泛应用于家庭光伏系统、分布式能源项目和电动汽车领域。
（2）储氢技术：储氢技术通过将氢气与氧气反应产生水来储存能量。
储氢技术具有高能量密度和长时间储存的优势，在可再生能源消纳中的应用前景广阔。
（3）压缩空气储能技术：压缩空气储能技术通过将空气压缩成液态或高压气体储存，并在需要时释放，带动涡轮机发电。
该技术具有高效性和可扩展性的特点，被广泛应用于大型能源系统。
2. 储能系统规模随着新能源消纳需求的增加，储能系统的规模不断扩大。
目前，大型储能电站的规模已经超过几百兆瓦，小型储能设备已广泛应用于家庭和商业场所。
提高铁岭电网高比例风电消纳能力方法研究
提高铁岭电网高比例风电消纳能力方法研究发布时间：2021-08-31T02:12:24.888Z 来源：《科学与技术》2021年12期作者：吴亮1，张鹏1，刘书剑2，程鹏飞2[导读] 随着风电装机规模的不断扩大，风电特性对电力系统运行的影响将愈加显著。
吴亮1，张鹏1，刘书剑2，程鹏飞21.国网铁岭供电公司，辽宁铁岭 113000 ；2.辽宁省抚顺市供电公司，辽宁抚顺 113000 ）摘要：随着风电装机规模的不断扩大，风电特性对电力系统运行的影响将愈加显著。
铁岭地区风电发展迅猛，同时铁岭地区是典型的大电源小负荷的电力外送区域，因为铁岭地区目前没有500kV变电站，地区电源电力主要依靠3回500kV电厂线路和7回220kV线路送出，且线路导线截面均较小，供电可靠性受制于铁岭和清河电厂，存在电力送出能力较弱，供电可靠性较低的问题，所以大量风电面临着“送不出去，消纳不足，存不起来”的消纳困难处境。
因此铁岭电网迫切需要通过相应的技术、管理和政策手段来实现高比例消纳目标，结合铁岭电网主网架规划，进行电力电量平衡计算，提出改善电源结构、负荷特性、机组调峰等措施，提高铁岭风电消纳能力。
关键词：铁岭电网；风电消纳；提高措施；1 引言当前辽宁电网用电负荷呈现前高后低的趋势，电力供需出现“松紧并存”局面，部分时段尖峰电力供应严重依赖新能源发电。
目前辽宁省火电利用小时数 4070小时，同比下降129小时。
火电机组发电面临的问题：一是受消纳清洁能源影响，火电机组长期低负荷率运行，经济性较差；二是受供热机组供暖期内开机方式大及接纳风电影响，作为调峰主力的纯凝机组主要是60万千瓦机组）运行利用小时数低，利用小时数倒挂现象仍然存在。
当前，辽宁新能源年发电量238.88亿千瓦时，同比增长15.37%，占全省总发电量11.99%，同比提高1.24个百分点，而铁岭地区电网作为辽宁电网的新能源发电基地，其风电外送通道是否良好以及当地电网风电消纳水平的提高对提高辽宁电网整体的风电消纳能力很重要。
地区电网新能源发电项目消纳能力研究
地区电网新能源发电项目消纳能力研究高强;朱涛;钟磊;汤易【摘要】近年来,各地大规模建设风力、光伏等新能源发电基地,造成了部分地区新能源发电严重过剩,出现了弃风、弃光的情况.针对现状,研究分析了接入电网的风力、光伏等新能源发电项目的消纳能力的主要影响因素,并分别研究了基于调峰约束和容量约束条件下的新能源消纳能力评估方法,对于地区电网规划和新能源消纳能力分析计算具有重要指导意义.【期刊名称】《电力学报》【年(卷),期】2017(032)006【总页数】7页(P490-496)【关键词】新能源发电;调峰约束;容量约束;消纳能力【作者】高强;朱涛;钟磊;汤易【作者单位】国网浙江省电力公司台州供电公司,浙江台州318000;国网浙江省电力公司台州供电公司,浙江台州318000;国网浙江省电力公司台州供电公司,浙江台州318000;国网浙江省电力公司台州供电公司,浙江台州318000【正文语种】中文【中图分类】TM610 引言随着世界经济的发展，常规化石能源供应不足的情况日益凸显，环境污染问题越来越严重，开发和利用新能源有助于缓解能源供应和环境问题所带来的压力，新能源具有清洁、可再生、对环境友好等特点，可避免一系列棘手的生态及经济问题。
对于新能源的大规模开发与利用，是保障我国能源安全、优化一次能源结构、发展低碳经济的重要举措，其中风力发电和光伏发电已经成为发展最快、技术最成熟、商业化前景最好的清洁能源开发方式[1-3]。
与水电、火电等常规发电相比，风能、太阳能等新能源发电最根本的不同点在于其有功出力的随机性、间歇性、波动性。
这一特点造成了新能源大规模开发面临的接入、调度、对电网运行的影响及消纳困难等一系列问题。
为妥善解决这些问题，需做好新能源出力特性、负荷特性、机组性能和外送通道等影响电网消纳新能源能力的相关因素研究。
本文分析了新能源消纳能力的主要影响因素，分别研究了基于调峰约束和容量约束条件下的新能源消纳能力评估方法，对于地区电网新能源发电接入具有重要指导意义。
风电消纳问题的分析与解决对策研究
风电消纳问题的分析与解决对策研究在过去的几十年中，风力发电已经经历了快速发展。
由于其清洁、可再生的特点，风力发电成为了一种主要的替代能源，有助于减少对传统化石燃料的依赖，降低温室气体排放，减少环境污染。
然而，在风力发电的快速发展过程中，风电消纳问题逐渐凸显出来，成为了一个亟待解决的挑战。
风电消纳问题是指由于风力发电的不稳定性和不可控性，电网对风电的接纳和消纳能力存在限制，导致部分风电注入电网后被弃风或限电的现象。
在某些地区，风电消纳问题已经达到了严重的程度，影响了风力发电的健康发展和可持续利用。
首先，风电消纳问题的主要原因是电网建设滞后于风电开发的速度。
由于风电资源的分布具有局部性和不稳定性，风电场往往远离城市和电力消费中心。
因此，在风电开发初期，电网对风电的接纳能力很有限，无法有效消纳风电。
此外，由于风电消纳问題属于新能源投资领域，投资者往往不愿承担电网升级或改造的费用，导致电网建设滞后于风电开发的速度。
其次，风电消纳问题与电力市场机制的不完善有关。
在传统的电力市场机制中，电力是按需供给的，而风力发电具有不可控性，其发电量与风力资源的强弱有直接联系。
这就导致了风力发电厂商无法提前确定销售电量，无法与电力市场进行精确配对。
当风力发电量超过电力市场需求时，电网就需要弃风或限电，造成风电消纳问题。
针对风电消纳问题，提出了以下几种解决对策。
第一，加强电网建设，提高电网接纳风电的能力。
电网需要进行升级和改造，以适应风电发展的需求。
可以通过增加输电线路的容量、建设新的变电站和配电设备等方式，提高电网的输送和分配能力，确保风电能够稳定、有效地注入电网。
第二，优化风电的调度和运行方式。
利用智能电网技术和大数据分析方法，对风电场进行精确的监测和预测，实现风电发电量的准确预测和调度。
通过合理安排风电的出力，可以降低风电对电网的影响，最大程度地提高风电消纳能力。
第三，建立健全的电力市场机制，促进风电和电力市场的协调发展。
黑龙江电网风电消纳能力影响因素及提高措施研究
ｓ ｕ ｍ ｐ ｔ ｉ ｖ ｅ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ．Ｉ ｔ ｈ ａ ｓ ｇ ｒ ｅ ａ ｔ ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｎ ｃ ｅ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｈ ｅ ａ ｌ ｔ ｈ ｙ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｗ ｉ ｎ ｄ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｉ ｎ Ｈ ｅ ｉ ｌ ｏ ｎ ｇ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｃ ｅ ．
２ ０ １ ７ 年
东 北 电力技 术
ＮｏＲＴＨＥＡＳ Ｔ ＥＬＥＣＴＲＩ Ｃ Ｐｏ Ｗ ＥＲ ＴＥＣＨＮｏＬｏＧＹ ２１
第３ ８ 卷第 ４期
黑龙 江 电 网风 电消纳 能 力 影 响 因素 及提高措施研究
赵 君
（ 国 网 黑龙 江省 电力 有 限 公 司 ，黑 龙 江 哈 尔滨 １ ５ ０ ０ ３ ０ ）
Ｈｅ ｉ ｌ ｏ ｎ ｇ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ Ｇ ｒ ｉ ｄ ａபைடு நூலகம்ｎ ｄ Ｉ ｍ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｇ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｓ
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（ Ｓ ｔ ａ ｔ ｅ Ｇ ｒ ｉ ｄ Ｈ ｅ ｉ ｌ ｏ ｎ ｇ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｃ ｏ ． ，Ｌ ｔ ｄ ． ，Ｈａ ｒ ｂ ｉ ｎ ，Ｈ ｅ ｉ ｌ ｏ ｎ ｇ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ １ ５ ０ ０ ３ ０ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
储能技术在风力发电系统中的应用
储能技术在风力发电系统中的应用摘要：伴随着经济与社会的不断进步，国家的综合实力不断增强，风电产业也不断发展壮大。
在“双碳”新能源发展战略的指导下，电网对调频调峰的需求持续增长，在此条件下，风电系统将会得到更为稳健的发展，以实现有效消纳蓄能，减少资源浪费，充分利用风电，并且与风电的具体应用相联系，对电网的供电状态进行适当的调节，从而提升电网的稳定性。
为此，本文将对风电储能技术进行研究。
关键词：储能技术；风力发电系统；应用1储能技术在风力发电系统中的重要性在能源供给中，如何实现能源的有效供给，以实现能源的节约和减少排放，已成为当今世界各国关注的焦点。
风力发电和储能技术因其独特性，被认为是一种极具发展潜力的新型能源。
储能技术在电力系统的削峰填谷、微电网的稳定运行和新能源的有效利用等方面发挥着重要的作用。
当前，为充分利用、回收或重复使用的锂离子电池储能材料，存在着众多的原料制造与储存装置。
其次，为分散式能量储存及其它装置而安装的大容量蓄电池，也可以应用于更大范围的电力系统调节，并弥补世界范围内网络的不足。
比如，泵蓄能、压缩液化空气机等技术，都是能达到蓄能技术的功能需求的机组装备，能彻底淘汰一部机械，能长时间持续运转。
减少了风机的布置对大操作单元的负荷所造成的压力。
第三，电网所容许的最低变频率也应该被自动地维持或者限制在某一特定的值之内，这样就需要人工地调节风力发电的最高最小标称的最低有功。
蓄能与调压的传送技术也能够将已有的常规小规模风力发电系统中蓄能与调压的结合起来。
2常见储能技术类别及其特点2.1飞轮储能技术飞轮蓄能技术是通过电力来驱动装置的转子，将电力转化为动能，所生成的能量存储在装置的加速模块中，在需要发电时，通过自身的能量来给发电机提供电力，实现能量的转化。
针对传统的飞轮蓄能器存在的巨大损失，本项目拟将超导磁浮技术引入到飞轮蓄能器中，并引入一种新的复合材料，以提升其蓄能器的体积。
虽然目前，飞轮储能的能量转化效率仅为90%，但其无污染、易于维护和无限次充电、释放等优势，在风电行业中仍有很大的发展潜力[1]。
高效消纳-新能源技术的研究现状与发展方向
6、合理确定新能源利用率，允许少量弃能
新能源发电出力统计结果显示，尖峰电力出现概率低、持续时间短，全额消纳需 付出额外成本，降低系统整体经济性。
新能源技术的研究现状与发展方向
新能源技术的研究现状与发展方向
2020年全球陆上风电总装机量
MW
新能源技术的研究现状与发展方向
2020年全球海上风电总装机量
MW
新能源技术的研究现状与发展方向
2019年全球光伏总装机量
MW
新能源技术的研究现状与发展方向
2、新能源发展迅速
2011-2020年累积风电装机量
GW
全球新能源发展最快的国家！
新能源技术的研究现状与发展方向
未来新能源消纳将面临的挑战
大规模新能源接入电 力系统，带来的最大挑战是增加系统调峰需求。
（1） 高比例新能源 加大电力系统 电力平衡难度 。
（2） 高比例新能源 并网导致电网 安全稳定运行 风险剧增。
（3） 新能源发电单 元与可控负荷 信息感知能力 不足。
（4） 高比例新能源 对电力市场机 制建设提出新 的要求。
风电完成204.61亿kW·h，同比增长14.61%，最大发电电力602.68万kW； 光伏完成29.55亿kW·h，同比增长41.12%，最大发电电力180.04万kW。
1200 1000 800 600 400 200
0
总发电量
2017年 2018年 火电发电量 风电发电量 光伏发电量
2017年、2018年该地区电网发电情况统计图
自备电厂以小火电为主，相比于大型火电厂调峰，其响应速度更快，调整成本较低 ，因此具有更为灵活的调峰能力。自备电厂应逐步向调峰电厂转型，加强电网的调峰裕 度，同时顺应发电计划取消、电力交易市场化的趋势。
风电消纳关键问题及应对措施分析
风电消纳关键问题及应对措施分析风电消纳（也称为风电接入或风电并网）是指将风力发电的电能接入电网，使其能够供应给用户使用。
风电消纳是风力发电的关键环节，直接影响着风电的发展和利用。
由于风力发电的特点，风电消纳面临着一些关键问题。
风电的出力具有波动性和不可预测性，即风力的大小和风力发电机的发电能力是变化的，而这种波动性和不可预测性会对电网的安全和稳定运行产生一定的影响。
风电的接入方式和接入规模对电网的负荷平衡和调节带来一定的挑战，如果风电接入规模较大，可能会导致电网负荷的不平衡和电压的波动。
风电的接入还会对电网的频率稳定性造成影响，由于风力波动造成的发电功率的变化，可能导致电网频率的不稳定，甚至造成电网崩溃。
针对风电消纳的这些关键问题，需要采取一系列的应对措施。
需要建立完善的风力发电预测系统，通过对风力进行准确预测，可以提前调整电网的负荷和储能系统的运行，以保证电网的安全和稳定运行。
需要建立风电与储能系统的紧密协作机制，通过合理配置储能系统，可以有效地平衡风电的不稳定性和电网的负荷需求，保证电网的负荷平衡和供需匹配。
需要建立电力市场机制，通过合理的电价机制和风电资源开发政策，吸引更多的投资者参与风电项目，推动风电产业的发展，并争取政府的支持和扶持。
还需要加强对电网的调度和监测，通过实时监控风电出力和电网负荷，及时采取措施调整发电和负荷，保证电网的稳定运行。
需要进行电网的改造和升级，建设具备更高承载能力和更好适应风电接入的电力设施和设备，提高电网的可靠性和稳定性，以应对风电消纳的挑战。
除了这些技术措施，还需要政府加强风电产业的规划和管理，通过制定有关政策和标准，引导和推动风电的可持续发展。
政府可以建立风电项目审批制度和准入机制，制定风电资源利用的标准和要求，规范风电产业的发展。
政府可以给予风电项目一定的金融和税收优惠政策，吸引更多投资者和企业参与风电项目，推动风电消纳的发展。
风电消纳面临着一些关键问题，但通过采取一系列的应对措施，可以解决这些问题，保证风电的安全、稳定和可持续发展。
电力消纳的措施
电力消纳的措施电力消纳是指电力供应系统中的电能消耗或利用。
随着社会经济的发展和人民生活水平的不断提高，对电力的需求也在不断增加。
为了保证电力供应的稳定和可靠，以及更好地消纳电力，需要采取一系列的措施。
1. 电力消纳能力的提升电力消纳能力是指电力系统能够承受的电能负荷。
为了提升电力消纳能力，可以采取以下措施：•增加变电站容量：通过增加变电站容量，可以提高电网的输电能力，使得更多的电能可以被输送到各个终端用户。
•扩大电力配送网络：建设更完善的电力配送网络，将电能更加高效地输送到用户所在地，缩短输电距离和时间，提高电力消纳效率。
•优化电网配置：通过对电网结构和配置的优化，可以提高电力系统的可靠性和稳定性，从而增加电力消纳能力。
2. 促进电力利用的高效化为了更好地利用电力资源，提高电力消纳效率，可以采取以下措施：•推广节能型电器设备：通过推广使用节能型电器设备，可以降低电力消耗，提高电力利用效率。
•促进电力系统与其他能源系统的协调发展：将电力系统与其他能源系统进行有机融合，如与风能、太阳能等可再生能源系统进行互联互通，提高可再生能源的利用率，减少对传统能源的依赖。
•加强电力市场体系建设：建设完善的电力市场体系，推动市场化运作，提高电力资源的配置效率。
3. 提高电力消纳管理水平为了更好地管理和调度电力消纳，可以采取以下措施：•加强电力消纳规划：制定科学合理的电力消纳规划，确定电力消纳目标和布局，提前做好电力供应准备。
•完善电力市场监管机制：建立健全的电力市场监管机制，加强对电力消纳行为的监管和管理，防止出现电力浪费和滥用等问题。
•加强电力消纳技术创新：通过技术创新，提升电力消纳的效率和质量，推动能源消费方式的转型升级。
4. 提高电力消纳意识为了增强广大人民群众对电力消纳的重要性的认识，可以采取以下措施：•开展电力消纳宣传教育：通过开展电力消纳宣传活动，向社会大众普及电力消纳知识，提高他们的电力消费意识和节能意识。
消纳实施方案有哪些
消纳实施方案有哪些消纳是指将可再生能源、清洁能源等新能源并网发电项目的电能纳入电网并合理利用的过程。
在新能源发电规模不断扩大的情况下，消纳问题成为制约新能源发展的瓶颈之一。
因此，制定科学合理的消纳实施方案对于推动新能源发展具有重要意义。
一、加强电网建设。
加强电网建设是解决新能源消纳问题的重要途径之一。
首先，需要加大对输电线路、变电设施等基础设施的投入，提高电网的承载能力。
其次，应该加快智能电网建设，提高电网的调度能力和灵活性，以更好地适应新能源并网发电的波动性和不确定性。
此外，还需要加强配套设施建设，如储能设备、调频设备等，以提高电网的稳定性和安全性。
二、制定科学合理的发电计划。
针对新能源发电的波动性和不确定性，应该制定科学合理的发电计划，合理安排新能源发电和传统能源发电的比例，以确保电网的稳定运行。
在制定发电计划时，还应该充分考虑用电负荷的变化情况，合理安排发电时间和发电量，以最大限度地提高新能源的利用率。
三、加强技术研究和创新。
加强技术研究和创新是解决新能源消纳问题的长期之计。
应该加大对新能源发电技术、电网调度技术、储能技术等方面的研究力度，不断提高新能源的并网能力和消纳能力。
同时，还应该加强对智能电网、大数据、人工智能等新兴技术的研究和应用，以推动电力系统的智能化和信息化发展。
四、建立健全的政策法规体系。
建立健全的政策法规体系是推动新能源消纳的重要保障。
应该加快制定和完善与新能源消纳相关的政策法规，明确各方责任和权利，为新能源消纳提供有力的政策支持和法律保障。
同时，还应该加强对新能源消纳的监管和评估，及时发现和解决问题，确保新能源的安全、稳定、高效地消纳。
综上所述，消纳实施方案的制定需要从加强电网建设、科学合理的发电计划、技术研究和创新、政策法规体系建设等多个方面入手，全面提高新能源的消纳能力，推动新能源发展，实现能源可持续发展的目标。
希望相关部门和企业能够共同努力，共同推动新能源消纳工作的顺利进行，为我国能源结构调整和环境保护做出更大的贡献。
提升储能系统热管理的效果与性能
提升储能系统热管理的效果与性能提升储能系统热管理的效果与性能随着可再生能源的快速发展，储能系统在电力领域的应用日益广泛。
然而，储能系统热管理问题成为了制约其效果与性能的一个重要因素。
因此，提升储能系统的热管理效果与性能是当前亟待解决的问题之一。
本文将从步骤思维的角度，探讨如何提升储能系统的热管理效果与性能。
第一步，分析储能系统的热管理需求。
不同的储能系统在不同的工况下，对热管理的需求也不同。
例如，电池储能系统在充放电过程中会产生大量的热量，因此需要有效的热管理措施来控制温度。
而储热系统则需要在负载需求高峰时能够快速释放储存的热量。
因此，通过准确分析储能系统的热管理需求，可以为后续的优化提供指导。
第二步，改进储能系统的散热结构。
散热结构的设计对于储能系统的热管理效果至关重要。
合理的散热结构可以提高热量的传导和散射效率，从而降低系统温度。
一种常见的改进方法是增加散热片的数量和面积，以增加散热的表面积，提高热量的传导。
此外，还可以采用导热材料进行散热结构的优化，来提高散热效果。
第三步，优化储能系统的热管理控制算法。
热管理控制算法的优化可以有效地提高储能系统的热管理效果与性能。
通过合理的控制策略，可以实时监测和调节储能系统的温度，避免过热或过冷现象的发生。
例如，可以根据系统温度的变化来调节充放电速率，以控制热量的产生和释放。
此外，还可以采用智能化的控制算法，通过学习和适应储能系统的工作状态，来优化热管理效果。
第四步，增加储能系统的热管理辅助设施。
热管理辅助设施的引入可以进一步提升储能系统的热管理效果与性能。
例如，可以配置温度传感器和监测系统，实时监测储能系统的温度变化，并根据监测结果进行相应的调整。
此外，还可以采用热泵等热管理设备，对储能系统进行主动的温度调节。
第五步，进行热管理效果与性能的实验评估。
为了验证所提出的改进措施的效果与性能，需要进行实验评估。
通过在实际工作环境中对储能系统进行测试，可以获取实际的热管理数据，并评估改进措施的效果。
储能与新能源消纳量的关系
储能与新能源消纳量的关系
储能与新能源消纳量之间存在着紧密的关系。
储能技术可以帮助解决新能源的波动性和间断性问题，提供可靠的能源供应。
新能源源头如太阳能、风能等，其能量产生往往受到自然条件的限制，比如日照强度、风速等。
由于这些能源的不稳定性，其消纳量可能会受到限制。
当新能源发电过剩时，储能系统能够将多余的能量存储起来；而当新能源供应不足时，储能系统则可以释放储存的能量进行补充，以满足电网的需求。
储能技术的发展可以提高新能源的消纳量。
通过储能系统的储存，可以平衡电网负荷，提高电网的稳定性和可靠性。
储能系统可以将多余的新能源能量储存起来，以备不时之需。
储能系统的使用还可以减少对传统能源的依赖，推动能源转型和减少碳排放。
同时，新能源的消纳量也可以促进储能技术的发展。
新能源消纳量的增加会增加对储能的需求，推动储能技术的研发和应用。
随着新能源的不断普及和推广，储能技术也将得到更广泛的应用和发展。
总之，储能技术与新能源消纳量之间是相互促进的关系。
储能技术的发展可以提高新能源的消纳能力，而新能源的消纳量也会促进储能技术的应用和发展。
这一关系将为实现可持续能源发展和能源转型提供重要支撑。
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Pchp = Cb Hchp = Hchp / khp
(3)
我国北方地区大量火电机组为热电联产机组， 冬季供热期夜间负荷低谷，而供热负荷却处于高 峰，采用“以热定电”模式的热电联产机组出力水 平较高，剩余电力空间很小，而此时往往是风资源 较好的时段，由此造成大量“弃风”。
2）加装储热。 加入储热可以打破热电联产机组以热定电的 刚性约束，增加调节能力[11-13]。加入储热后热电联 产机组的运行模式变化如图 3 所示。传统热电联产 机组(图 3(a))如上一节所述，在冬季供热期一般受 “以热定电”的约束，机组的电出力跟热出力成比 例。加入储热后(图 3(b))，通过控制储热装置的储 热和放热，热电联产机组的热出力将不必与热负荷 实时平衡。这样热电机组将打破“以热定电”的刚 性约束而具有一定的调节灵活性，从而增强系统调 节能力，提升风电消纳。
(1. State Key Lab of Control and Simulation of Power Systems and Generation Equipment (Dept. of Electrical Engineering, Tsinghua University), Haidian District, Beijing 100084, China;
为提高风电消纳能力，电力工作者提出了大量 措施，其中储能技术得到了广泛关注[3-6]。但目前， 大容量储能技术中除抽水蓄能技术相对成熟外，其 他储能方式在规模等级、设备形态、技术水平、经 济成本等方面都还有待加强[6]。为了解决风电和供 热机组之间的上网矛盾，文献[7-10]提出了热泵、
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中国电机工程学报
水 可再生能源
发电
化石燃料
火电厂
热电联 产电厂
锅炉
水电厂
电 热
热泵和 电锅炉
电能 需求
热需求
图 1 储热的应用位置 Fig. 1 Application places of thermal storage
1.2 包含储热的热电联产机组 1）不加储热。 热电联产机组的输出电功率与对外供热功率
之间的耦合关系被称为机组的“电热特性”。热电 联产机组主要有两种，背压式和抽汽式。图 2 分别 给出了背压式和抽汽式热电机组的典型电热特性 曲线[9]。
第 35 卷
电锅炉等电制热的解决措施，文献[11-13]研究利用 储热提高热电联产机组调节能力。上述措施都已经 不再局限于电力系统，而是从电、热综合的角度进 行考虑。文献[14]对此进行了系统性的归纳，跳出 电力系统范畴，在电–热联合系统中解决可再生能 源消纳问题，利用大容量储热提高能源系统大时空 范围优化配置能力，提高可再生能源消纳能力。
电网的实际数据，仿真分析了储热提升风电消纳能力的效 果，比较了不同应用位置储热在运行模式上的差异。
关键词：风电消纳；弃风；储热；热电联产；电供热
0 引言
我国风电产业近年来发展迅速，但弃风问题突 出。根据国家能源局统计，2013 年全国风电平均弃 风率为 10.74%，弃风电量约 162 亿 kW⋅h[1]。风电 消纳问题已成为风电产业持续健康发展需要解决 的关键问题。
2. School of Electrical Engineering, Northeast Dianli University, Jilin 132012, Jilin Province, China; 3. State Grid Ningxia Electric Power Company, Yinchuan 750001, Ningxia Hui Autonomous Region, China)
1 储热提升风电消纳能力的实施方式
1.1 储热的应用位置 电力系统和热力系统联系紧密，在电源侧和负
荷侧都有结合点，电源侧通过热电联产机组相连， 负荷侧通过电锅炉、热泵等相连。因此，在电–热 联合系统中，应用储热的可选位置如图 1 中虚线框 所示，一是在源侧，一是在荷侧。在电源侧应用大 容量储热技术实现热电联产机组的热–电控制解 耦，打破“以热定电”的刚性约束，有效提高热电 联产机组的调节能力，增强电力系统的灵活性，解 决风电消纳问题。在负荷侧应用包含大容量储热的 风电供热系统，利用弃风电量实现清洁供热，既能 有效增加地区用电负荷，又能提高地区电力系统的 调节能力，促进可再生能源的就地消纳。下面对其 实施方式和作用机理分别进行阐述。
Pchp = Hchp / khp
(1)
式中 khp 为热电联产机组的热电比，1/khp 即为图 2(a) 中直线的斜率。
抽汽式热电联产机组从汽轮机的中压缸到低 压缸之间抽取一部分蒸汽作为热源对外供热，在满 足运行要求的条件下可以通过调节抽汽量的大小 来调整热电比，其电热特性可描述为
Cb Hchp ≤ Pchp ≤ S − Cv Hchp
第 35 卷 第 17 期 2015 年 9 月 5 日
中国电机工程学报 Proceedings of the CSEE
Vol.35 No.17 Sep. 5, 2015 ©2015 Chin.Soc.for Elec.Eng. 4283
DOI：10.13334/j.0258-8013.pcsee.2015.17.001 文章编号：0258-8013 (2015) 17-4283-08 中图分类号：TM 73
文献[14]分析了包含大容量储热的电–热联合 系统应用前景，但缺乏对具体实施方式和应用效果 的分析，同时，文献[14]还指出，包含大容量储热 的电–热联合系统数学建模以及协调优化控制方 法，是电热联合系统应用的关键技术。文献[15]研 究了热电联产机组配置储热后的电热综合调度。本 文在上述研究工作的基础上，进一步详细研究了在 三北地区应用储热提升风电消纳能力的具体实施 方式，分别应用于热电联产机组处和电供热系统 处，并对调度模型和优化控制两个关键技术进行了 探讨，以实现提高风电消纳能力的目标，最后基于 我国某省级电网实际数据，对其效果进行了分析 验证。
系统调峰能力不足是导致限电弃风的一个主 要原因[2]。我国风电发展的主要地区是“三北”地 区(指东北、华北、西北)，电源结构以燃煤火电机 组为主，调节能力较差。而且，供热季热电联产 (combined heat and power，CHP)机组的运行进一步 降低调节能力，使得弃风问题更为突出。供热季热 电联产机组为满足热负荷需求采用“以热定电”的 运行模式，调节能力受到很大限制，显著加大了系 统调峰能力不足的矛盾，产生大量弃风限电。此外， 风电场大量位于电网末端，本地负荷不足而外送通 道受限，也是导致弃风限电的一个重要原因[2]。
ABSTRACT: Thermal storage can be applied in combined electricity-heat system to enhance the flexibility of power system and improve wind power accommodation further. According to the coupling of power system and thermal system, thermal storage can be applied at combined heat and power unit and electric heating system. By controlling the thermal storage, the rigid coupling relationship between electricity and heat, namely, electricity being determined by heat, is broken, and the adjustment capacity of the system is enhanced. The dispatching models of combined heat and power unit and electric heating system with thermal storages were constructed. The thermal storage was included into the active power dispatching system of power systems with wind power. The effect of thermal storage in improving wind power accommodation was simulated with the actual data of a provincial power grid of China, and the different operation modes of thermal storages at different places were compared.
储热提升风电消纳能力的实施方式及效果分析
陈磊 1，徐飞 1，王晓 2，闵勇 1，丁茂生 3，黄鹏 3
(1．电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室(清华大学电机系)，北京市 海淀区 100084； 2．东北电力大学电气工程学院，吉林省 吉林市 132012；
3．宁夏电力调度控制中心，宁夏回族自治区 银川市 750001)
基金项目：国家科技支撑计划项目(2015BAA01B03)；国家电网公 司科技项目(SGTJ0000KXJS1500072)；国网宁夏电力公司科技项目。
The National Science and Technology Infrastructure Program (2015BAA01B03); State Grid Corporation of China (SGTJ0000 KXJS1500072); State Grid Ningxia Electric Power Company.
Pchp
1/khp
Hchp (a) 背压式
S