计及电转气设备的小水电站优化运行分析

0 引言
随着人们对能源清洁高效利用越来越重视，分 布式电源的开发得到迅速发展。其中，小水电在陕 西、青海等水电资源丰富的地区应用广泛 [1-2]。但 是小水电出力存在明显的季节性，在丰水期时，小 水电在满足了配网负荷使用要求后，会向主网反向 供电，导致电Leabharlann Baidu出现过电压现象 [3-4]。为了保持系 统的稳定运行，此时小水电往往不能满发运行，严 重制约了水电的高效利用。近些年电转气 ( P o w e r t o G a s，P2G ) 技术的发展，给小水电等分布式电 源的高效利用提供了新的途径 [5]。
WANG Li1, WANG Gan2 （1 SPIC Northeast Electric Power Co., Ltd, Shenyang 110179, China; 2 School of Electrical Engineering, Guangzhou College of South China University of Technology, Guangzhou 510800, China） Abstract: Small hydropower can't maximize its benefits in the wet period which impedes the efficient use of hydropower resources. The development of power to gas (P2G) facilities was multi-complementary to provide the new means for the improvement of hydroelectric utilization efficiency. This paper established a small hydropower economic operation model taking the maximal profit of small hydropower as the goal, and analyzed and compared the impact of P2G facilities on the operation of small hydropower stations in different periods. Furthermore, this paper compared the impact of P2G facilities and energy storage facilities on operation in the normal season. The simulation shows the effectiveness of P2G facilities in improving hydropower efficiency. Key words: small hydropower; power to gas facilities; energy storage facilities; economic operation
目前 P2G 技术的能源转换效率约为 60%，一般 情况下，将电能转换为天然气进行存储或使用不具 有经济优势。但小水电站在丰水期时能将富余的发 电量转化为天然气，在带来直接的售气收益的同时， 还能利用 P2G 的碳捕获作用，带来一定的碳捕获收 益 [6]。参考文献 [7] 利用 P2G 设备，提高系统风电 消纳能力。参考文献 [8] 则以风电站为投资主体， 进一步研究了 P2G 设备的优化配置策略。
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计及电转气设备的小水电站优化运行分析
电工电气 (2019 No.5)
1 电转气设备稳态建模
1.1 P2G机理分析
P2G 主要是指通过电解水后，进一步吸收二氧化
碳生成甲烷的技术，包括电转氢气和甲烷化两个步骤。
在甲烷化的过程中，P2G 设备能进行 CO2 的捕获。CO2
的捕获量 Sc，t 与消耗的电量 PP2G，t 的关系见式 (1)：
本文基于 P2G 设备的工作原理，构建了考虑 P2G 设备接入后，小水电站优化运行模型和运行评 价指标，分析 P2G 对小水电站在不同时期运行的影 响，同时对比了 P2G 设备和储能设备在平水期对小 水电站运行的影响。
作者简介：王力 (1967- )，男，高级工程师，硕士，从事发电企业运营、电网规划与电力系统分析等工作； 王玕 (1992- )，女，硕士，研究方向为新能源控制、运行和规划技术。
关键词：小水电站；电转气设备；储能设备；经济运行 中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1007-3175(2019)05-0030-03
Optimal Operation Analysis of Small Hydropower Considering
Power to Gas Facilities
S c，t=η×P P2G，t
(1)
式中，下标t 表示时刻，η表示碳捕获系数，kg/kW。
1.2 P2G运行约束
P2G 设备的运行约束主要包括容量约束和爬坡
约束，具体见式 (2)：
0 ≤ P P2G，t ≤ S P2G -d P2G ≤ P P- P2G，t P2G，t-1 ≤ u P2G
电工电气 (2019 No.5)
计及电转气设备的小水电站优化运行分析
产品与应用
计及电转气设备的小水电站优化运行分析
王力1，王 2
(1 国家电投东北电力有限公司，辽宁 沈阳 110179； 2 华南理工大学广州学院 电气工程学院，广东 广州 510800)
摘 要：丰水期时小水电无法满发运行，成为阻碍水电资源的高效利用的重要因素。电转气 (Power to Gas，P2G) 设备的发展为多能互补，提升水电利用效率提供了新的手段。以小水电站收益最大为目标， 构建了含 P2G 设备的小水电站经济运行模型。分析对比了 P2G 设备在不同时期对小水电站运行的影响， 并进一步对比了平水期时 P2G 设备和储能设备对运行的影响。仿真验证了 P2G 设备对提升水电利用效率 的有效性。