郭曉雅,崔青汝,王文彬,李雄威
(國家能源集團新能源技術(shù)研究院有限公司,北京市 102211)
長期以來,火力發(fā)電占據(jù)全球電力市場主導地位。根據(jù)國際能源署最新報告,截至2021年,全球火力發(fā)電量占比62%[1]。雖然化石燃料資源豐富并且容易開采,但其不可再生性和對環(huán)境的負面影響不容忽視,因此人們長期尋求和發(fā)展清潔能源。我國能源結(jié)構(gòu)也在向低碳化轉(zhuǎn)型,為實現(xiàn)“雙碳”目標,“十三五”期間,火電發(fā)電量份額從72%降低到69%[2]。
水能因其穩(wěn)定的出力和豐富的資源,是目前使用最廣泛的清潔能源,風能和太陽能裝機規(guī)模也在逐年增長。但受限于可再生能源的不穩(wěn)定性和高昂的投資成本,新能源發(fā)電效率和質(zhì)量遠不如火力發(fā)電。提高這些發(fā)電系統(tǒng)性能的一種方法是利用不同類型的能源特性、互補發(fā)電,從而達到降低成本、提高電能質(zhì)量的目的?;パa發(fā)電有多種能源組合,本文主要研究水光互補發(fā)電,簡要介紹了水光互補發(fā)電基本原理和互補優(yōu)勢,全面分析了國內(nèi)外水光互補技術(shù)發(fā)展和工程實踐,深入探討了當前水光互補領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù),最后提出了未來的發(fā)展趨勢。
水光互補發(fā)電是借助水庫的調(diào)節(jié)能力,平抑光伏發(fā)電白日的波動性、隨機性和夜間的間歇性,通過水電站的輸電通道將水能和太陽能并入電網(wǎng)中,從而減少線路投資成本、提高水光互補電站整體的發(fā)電量和調(diào)峰能力。
水光互補系統(tǒng)的基本發(fā)電過程:①光伏發(fā)電產(chǎn)生的電能輸送至附近的水力發(fā)電機;②水輪發(fā)電機實時檢測并補償光伏的間歇性和隨機性輸出;③光伏發(fā)電設(shè)備與水力發(fā)電機組的互補組合構(gòu)成一個混合系統(tǒng),其電能可以并入電力系統(tǒng)。水光互補發(fā)電系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)見圖1。
圖1 水光互補發(fā)電系統(tǒng)示意圖Figure 1 Schematic diagram of hydro-optical complementary power generation system
1.1.1 水電出力特性
(1)水能的儲存和調(diào)節(jié)。
電能一旦產(chǎn)生無法在電網(wǎng)中保存,但水電站可以通過調(diào)節(jié)水輪機組出力,改變水庫水頭高度,電能和勢能相互轉(zhuǎn)換,達到存儲和調(diào)節(jié)的效果。
(2)機組運行的靈活性。
相較于傳統(tǒng)火電機組及其他形式發(fā)電機組,水電機組具有隨用隨停、操作簡單、安全快捷的特點,因而在互補系統(tǒng)中,水電機組很好地承擔著調(diào)峰調(diào)頻的任務(wù)。
(3)水電站生產(chǎn)成本低、效率高。
水電站依靠水庫和水輪機組發(fā)電,不需要消耗任何燃料,和新能源機組一樣,只需要前期投入建設(shè)成本及全生命周期稍小的運維成本,就可以產(chǎn)生大量電能。具有安全環(huán)保、成本低廉、運維簡單、使用壽命長且能量轉(zhuǎn)換效率高的特點。
(4)水資源可綜合利用。
水力發(fā)電只消耗水庫的勢能并不影響水的流量,因而水電站的水庫一般還具備防洪灌溉、生活用水、漁業(yè)養(yǎng)殖等功能。例如我國最大的水利水電工程——三峽水電站就兼顧發(fā)電、抗洪、防旱和航運的作用。
(5)有利于改善生態(tài)環(huán)境。
水庫廣闊的水面可以調(diào)節(jié)周圍環(huán)境溫度和濕度并給周圍植物動物提供棲息地和水源,同時也可以人工調(diào)節(jié)水庫水位小范圍改善氣候,從而起到改善生態(tài)環(huán)境的作用。
(6)水電建設(shè)受自然條件限制。
水利水電工程依托于條件合適的自然流域,多建于西藏、青海、四川等偏遠地區(qū)和內(nèi)陸黃河長江流域地區(qū),因而具有地理限制。修建大型水電站的難點不僅在于建設(shè)過程本身,更在于建設(shè)征地、遷移人口和生態(tài)環(huán)保的工作。
1.1.2 光伏出力特性
光伏發(fā)電量與太陽輻射強度和氣溫直接相關(guān),因而一年當中光伏出力主要受季節(jié)的影響:春冬出力大、夏秋處理小;一天當中光伏只有白天出力且跟地球和太陽的相對位置有關(guān),此外還受云朵的影響,晴天出力比陰雨天要高。因而光伏出力曲線整體拋物線趨勢,具有間歇性、波動性和隨機性的特點(見圖2)。
圖2 晴天典型光伏出力特性曲線圖Figure 2 Characteristic curve of typical PV output in sunny days
(1)間歇性。
光伏發(fā)電與否取決于太陽的升落,白天光伏出力、夜晚出力為零;此外不同季節(jié)出力的時刻段呈現(xiàn)規(guī)律性變化。
(2)波動性和隨機性。
光伏發(fā)電大小取決于太陽輻射光伏板的強度,因而隨著云朵等遮擋物的出現(xiàn),發(fā)電量實時波動;同時又與天氣條件有關(guān),具有在一定范圍內(nèi)可以預測的隨機性。
水資源和太陽能資源的時空分布是水光互補的先決條件。水能資源的最豐月份為7~10月,而太陽能資源為4~6月,枯水期來水量小,太陽能資源可對水電進行有效補充。水電機組可以提升光伏電站并網(wǎng)消納能力;光伏發(fā)電可以分擔水電機組負荷;二者互補提升了整體調(diào)峰能力和電網(wǎng)友好性;有效開發(fā)可再生能源促進生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。
1.2.1 對光伏電站的影響
光伏發(fā)電出力的波動性、間歇性和隨機性給電網(wǎng)調(diào)度帶來了困難,也影響了光伏發(fā)電的并網(wǎng)消納。水電具有啟動靈活、調(diào)節(jié)速度快等優(yōu)點,可以平滑光伏功率曲線,并在光伏出力不足的情況下補充光伏發(fā)電的缺額,提升光伏電站并網(wǎng)消納能力。
1.2.2 對水電電站的影響
當光伏發(fā)電承擔電網(wǎng)負荷之后,水電機組可以在相應時段內(nèi)減少發(fā)電功率,在水庫內(nèi)儲備更多水能,使得水電機組調(diào)峰能力增強,緩解枯水期水電負擔。
1.2.3 對電網(wǎng)的影響
太陽能自身無調(diào)節(jié)能力,單獨運行不能適應電力系統(tǒng)要求,需要水電與之聯(lián)合運行,對其補償調(diào)節(jié),以多能互補形式滿足電力系統(tǒng)需要。通過二者優(yōu)勢互補既可減少棄風棄光電量,促進新能源消納和增加可再生能源比重,又可保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行,提高輸電通道利用效率,促進新能源并網(wǎng)。
1.2.4 對生態(tài)的影響
通過合理地規(guī)劃和運行水光互補電站,能夠在保護當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的前提下有效開發(fā)當?shù)氐目稍偕茉?,減少對當?shù)厮芘c太陽能資源的浪費,避免對當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的污染和破壞,助力當?shù)亟?jīng)濟社會和生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。
自21世紀以來,為了應對全球氣候變化和能源危機,以美國、中國、歐盟各國為代表的31個經(jīng)濟體制定了實現(xiàn)碳中和的減碳目標[3](見圖3)。為此,不同國家和地區(qū)紛紛出臺了大力發(fā)展可再生能源的政策,促進包括水電和光伏發(fā)電在內(nèi)的清潔能源發(fā)電并網(wǎng)。隨著光伏發(fā)電新增裝機在電力系統(tǒng)的份額逐年提升,水光互補是提升機組調(diào)峰調(diào)頻能力、促進新能源并網(wǎng)的有效途徑之一,近年來世界各國在水光互補技術(shù)理論研究和工程實踐上積極探索。
圖3 31個經(jīng)濟體碳中和目標Figure 3 Carbon neutralization targets of 31 economies
水光互補概念,最早在2005年由西班牙學者Jose’L提出,他討論了通過包括水光互補在內(nèi)的混合能源系統(tǒng)——太陽能光伏、風能、水能等兩種及以上的可再生能源發(fā)電組合,解決偏遠農(nóng)村地區(qū)用電困難的問題[4]。2008年巴西學者提出了評價水光資源互補性的無量綱指標,并標注了巴西南部南里奧格蘭德州太陽能和水互補性地理指數(shù)圖[5]。隨后巴西學者A Beluco于2012年仿真計算了水光互補電站設(shè)計參數(shù)[6]。2012年埃塞俄比亞學者C Rosa研究了本國風光水混合供電系統(tǒng)的可行性并確定了六個具有互補發(fā)電的地區(qū)[7]。2019年希臘學者D Apostolopoulou提出了一個梯級水電—太陽能混合發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度方案,并以肯尼亞塔納河梯級水電站為例計算了水電站可互補的光伏容量和調(diào)度策略[8]。2021年美國學者I Magham設(shè)計了離網(wǎng)型水光互補水輪監(jiān)測站供電方案并提出了一種多目標優(yōu)化模型[9]。由此可見國外已經(jīng)從互補特性分析、容量配置、優(yōu)化調(diào)度等全方面研究了離網(wǎng)和并網(wǎng)型水光互補發(fā)電技術(shù),并形成了全生命周期互補電站管理體系。基于該理論體系,2006年葡萄牙在水面鋪設(shè)光伏聯(lián)合水庫統(tǒng)一調(diào)度構(gòu)成小型離網(wǎng)水光互補發(fā)電系統(tǒng)。2008年德國啟動了“E-Energy”計劃,其中的RegModHarz可再生綜合能源項目將風電和光伏作為哈茨水電站的虛擬機組聯(lián)合調(diào)度,促進了新能源上網(wǎng)消納。2010年希臘建設(shè)了Ikaria 風光水互補電站成為世界上首批風力—水力—抽水—蓄能混合電站之一,相比獨立的水電站,互補電站年發(fā)電量增加17%。2015年印度測算了喜馬拉雅山脈西部水電站和風光資源的互補性,規(guī)劃了11個互補電站選址。2021年巴西能源監(jiān)管機構(gòu)發(fā)布了一項綜合能源電站法規(guī),明確規(guī)定了綜合能源電站種類、上網(wǎng)電價、合同簽訂等規(guī)則,體現(xiàn)了巴西發(fā)展可再生能源的決心。此外,埃塞俄比亞擬基于復興大壩建立非洲最大的水光互補電站,目前第一臺水輪機組已經(jīng)投入運行,成為了該國電網(wǎng)主干的一部分。
在國內(nèi)尤其是西北地區(qū),水電資源豐富且日照時間長,具備發(fā)展水光互補電站的先決條件,這催生了我國水光互補研究和工程實施方面處于國際領(lǐng)先水平。2008年中國農(nóng)業(yè)大學左婷婷等人以風水光互補發(fā)電系統(tǒng)為研究對象提出了一種離網(wǎng)型新能源裝機容量和儲能配置[10]。2013年中國科學院學者針對水光互補微網(wǎng)系統(tǒng)突出了一種基于動態(tài)規(guī)劃的光伏逆變器調(diào)度策略,提高了系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率。2014年中國礦業(yè)大學團隊利用最小二乘法原理計算了在負載及來水不均衡的情況下的水光互補電站光伏板最佳傾角,得到最佳傾角和最大輻射接收角有一定區(qū)別的結(jié)論[11]。2015年西安理工大學張舒捷等人基于遺傳算法,以互補電站經(jīng)濟收益最大為目標,計算了龍羊峽水光互補電站最優(yōu)光伏發(fā)電裝機容量配置,結(jié)果表明與實際工程光伏容量接近[12];同年該校學者明波等人以調(diào)峰能力最大為目標,提出了水光互補電站短期調(diào)度策略[13]。2020年中國臺灣學者提出了一個基于人工智能的水光互補電站全生命周期總體調(diào)度方案并以臺灣石門水庫為例仿真驗證了其調(diào)度方案[14]。2020年國家電網(wǎng)專家從光伏容量優(yōu)化、短—中—長期聯(lián)合調(diào)度、抽水蓄能設(shè)備及實際工程示范四個方面,提出了梯級水光蓄互補聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的研究框架[15]。2021年大連理工大學分析了云南電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和電源結(jié)構(gòu),計算了云南瀾滄江流域梯級水電站和大理及楚雄州的光伏電站互補性并以調(diào)峰為目標提出了短期調(diào)度方案和建議[16]。此外,多位學者也提出了以發(fā)電量最大、資源利用率最高、調(diào)峰能力最強、經(jīng)濟性最優(yōu)、剩余負荷最小、出力波動最小、檢修損失最小等為目標的實時與短期和中長期優(yōu)化調(diào)度方法。
2021年我國制定了“十四五”規(guī)劃和“2035年遠景目標綱要”[17],提出要構(gòu)建現(xiàn)代能源體系,建設(shè)九大清潔能源基地(布局如圖3所示),具體包括:①松遼清潔能源基地(風光儲一體化基地);②冀北清潔能源基地(風光儲一體化基地);③黃河幾字彎清潔能源基地(風光火儲一體化基地);④河西走廊清潔能源基地(風光火儲一體化基地);⑤黃河上游清潔能源基地(風光水儲一體化基地);⑥新疆清潔能源基地(風光水火儲一體化基地);⑦金沙江上游清潔能源基地(風光水儲一體化基地);⑧雅礱江流域清潔能源基地(風光水儲一體化基地);⑨金沙江下游清潔能源基地(風光水儲一體化基地)。
圖4 “十四五”大型清潔能源基地布局示意圖[17]Figure 4 Layout of 14th Five-Year large clean energy base[17]
其中,位于黃河上游的世界規(guī)模最大的水光互補光伏電站——我國青海龍羊峽水光互補電站于2013年實現(xiàn)并網(wǎng)投運,其中水電站裝機4×32萬kW、光伏電站裝機85萬kW。該工程統(tǒng)籌了龍羊峽水電具有多年調(diào)節(jié)性能、太陽能資源豐富、光伏上網(wǎng)電價高的優(yōu)勢,改善了公司經(jīng)營狀況并增強了光伏電站的電網(wǎng)友好性、水電站調(diào)峰調(diào)頻能力及輸送線路的利用率。此外還有部分我國已建成的小型包含水電和光伏的綜合能源系統(tǒng),如青海玉樹水光互補微電網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)、四川小金縣水光互補電站等。
圍繞水光互補電站從規(guī)劃、建設(shè)到全生命周期運營,全面分析了包括建設(shè)準備階段的水光互補特性和容量優(yōu)化配置、運營期間的聯(lián)合運行調(diào)度、安全穩(wěn)定運行和經(jīng)濟性指標等水光互補關(guān)鍵技術(shù)。
3.1.1 全球互補潛力
全球3080座水庫具備大規(guī)模光伏發(fā)電并網(wǎng)潛力,互補系統(tǒng)裝機容量潛力初步估算170萬kW,水電、光伏容量比為1:1.2,總發(fā)電量為3783kW·h,其中亞太地區(qū)發(fā)電潛力占40%?;パa系統(tǒng)出力波動平均比單獨系統(tǒng)低70%以上,光伏發(fā)電并入水電后,輸電通道平均利用效率可從由50 %提高到72 %。未來全球范圍內(nèi)新增的光伏裝機,將由約26%并入水光(及含水電和光伏的)互補電站,至2040年水光(及含水電和光伏的)互補電站將占據(jù)全球電力市場12%的份額。
3.1.2 互補特性評價
(1)水光資源互補性指標。
為評估同一地區(qū)水光資源的互補性,可以通過計算資源時間相關(guān)性系數(shù)、出力大小相關(guān)性系數(shù)和出力振幅互補性指數(shù),從而得到一個無量綱的水光資源互補性指標K:
式中:Kt——水光資源時間相關(guān)性系數(shù),與一年當中水資源和太陽能的最小值可用天數(shù)和最大值可用天數(shù);
Ke——風光出力大小相關(guān)性系數(shù),通過計算全年水或光總出力可以得出;
Ka——風光出力振幅互補性指數(shù),反映了全年水或光出力波動幅度。
(2)對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定影響。
水光互補前后對電力系統(tǒng)影響可從輸送線路利用率變化、功率波動性變化及電網(wǎng)暫態(tài)分析等方面研究。前二者可以通過計算簡單的統(tǒng)計和標準差直接計算,后者可以用PSD仿真軟件模擬光伏電站極端出力下的潮流計算和電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定分析。
(3)系統(tǒng)補償度考核方法。
互補電站補償度可以用于衡量由于光伏波動性和隨機性導致水電跟隨互補的能力。補償度可以通過計算水電機組出力變化量和光伏出力變化量的比值得出,其中水電機組處理變化量中要扣除因一次調(diào)頻引起的水電出力變化量。
在規(guī)劃配套光伏電站容量時,優(yōu)化的目標和算法有多種,實際工程中大多以互補電站聯(lián)合收益最大為目標,通過智能搜索算法,計算最優(yōu)容量配置。具體步驟為:
(1)建立水光互補電站經(jīng)濟性模型的目標函數(shù)?;パa電站聯(lián)合收益E等于聯(lián)合收入I和聯(lián)合成本C的差值。其中收入I等于水光各自發(fā)電量和對應上網(wǎng)電價乘積之和,成本C包括水光伏電站建設(shè)投入成本、貸款利息、運維成本和末期拆除成本。需注意在計算收益時要將不同年份收益折現(xiàn)。
(2)確定約束條件,包括電站處理約束、潮流約束等。
(3)智能算法尋優(yōu),可采用遺傳算法迭代計算。
水光互補電站是否能實現(xiàn)平抑波動、提升調(diào)峰能力等取決于聯(lián)合運行調(diào)度策略,從時間尺度上可分為實時與短期優(yōu)化調(diào)度和中長期優(yōu)化調(diào)度。與容量優(yōu)化配置相同,聯(lián)合運行調(diào)度時需要首先確定優(yōu)化目標、然后確定系統(tǒng)約束條件,最后通過智能優(yōu)化算法得出不同目標下的最優(yōu)調(diào)度策略。但與容量優(yōu)化配置不同的是,互補電站在實時與短期和中長期調(diào)度過程中往往有多個優(yōu)化目標,因而需要采取多目標優(yōu)化算法進行互補出力優(yōu)化計算。目前我國已經(jīng)有成熟的水光互補電站AGC、AVC控制軟件實時調(diào)度水電站和光伏電站的有功功率和電壓控制。
3.3.1 實時與短期優(yōu)化調(diào)度
實時與短期調(diào)度包括編制日前發(fā)電計劃和實時經(jīng)濟運行,因此優(yōu)化目標一般為總發(fā)電量最高、棄電量最小、出力波動最小、調(diào)峰能力最大和發(fā)電效益最優(yōu)。總發(fā)電量等于全天不同時間段所有水電站和光伏電站出力總和,其中水電出力與水頭、發(fā)電流量、水電站耗水率成正比,光伏發(fā)電量則與光輻射強度和溫度相關(guān);棄電量等于光伏出力加水電出力與互補電站聯(lián)合出力的差值;處理波動一般用標準差來反映;調(diào)峰能力是指互補系統(tǒng)對電網(wǎng)下達負荷的跟隨能力;發(fā)電效益則由各自發(fā)電量和上網(wǎng)電價決定。模型約束需考慮機組出力、電量平衡約束、水庫下泄流量水位及庫容的約束。此外對于綜合性和梯級水電站還需考慮其防洪灌溉能力保證和上下游水庫水位保持。由于目標函數(shù)的求解是個非線性、多維、非凸的優(yōu)化過程,傳統(tǒng)的線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃等優(yōu)化方法已經(jīng)不再適用,現(xiàn)多采用混合動態(tài)規(guī)劃、智能尋優(yōu)算法或混合算法,可以充分結(jié)合動態(tài)規(guī)劃的多線程處理速度和智能算法的全局精確尋優(yōu)等優(yōu)點。
3.3.2 中長期優(yōu)化調(diào)度
中長期調(diào)度的對象一般是具有年調(diào)節(jié)能力的大型水光互補電站。因水電站來水和年光輻射強度具有明顯的季節(jié)性和規(guī)律性,互補電站中長期優(yōu)化目標一般為水光資源利用率最高、發(fā)電保證率最高、缺水指數(shù)最小和發(fā)電效益最大。在制定調(diào)度策略時可嵌套實時與短期優(yōu)化調(diào)度策略,將短期調(diào)度棄電量以棄電懲罰的方式納入互補電站總發(fā)電量和發(fā)電效益中,將出力波動納入發(fā)電保證率函數(shù)中,避免忽略短期調(diào)度引起的棄水棄光和電量缺失。資源利用率可以通過年累計棄電量(水電和光伏發(fā)電)在總發(fā)電量中的占比來計算;發(fā)電保證率通過統(tǒng)計所有時段出現(xiàn)缺電的頻次來計算;缺水指數(shù)由水庫下泄流量和下游水庫需水量來衡量;發(fā)電效益的計算方法同3.2。為了求解模型、繪制水電站調(diào)度圖,不同學者提出了基于帝王蝶優(yōu)化算法、多目標粒子群算法、改進的NSGA Ⅱ算法、改進的逐步優(yōu)化算法、基于 POA 的模擬優(yōu)化算法、遺傳算法、模擬退火算法、隨機優(yōu)化算法、PSO優(yōu)化算法、布谷鳥搜索算法等,得出了不同優(yōu)化目標的水光互補電站中長期優(yōu)化調(diào)度策略。
受光伏間歇性、波動性和隨機性的影響,運行安全分析是水光互補電站運營過程中的重要環(huán)節(jié)。目前針對常規(guī)電力系統(tǒng),市面上存在成熟的分析軟件如PSAT、PSD-BPA、PSAPACC、EMTP、BPA等。對于水光互補電站而言,其安全運行體現(xiàn)在電網(wǎng)影響、發(fā)電計劃安全性和安全運行區(qū)間上。通過構(gòu)建水光互補微電網(wǎng)模型并用計算互補電站引起的電網(wǎng)功率、頻率等不穩(wěn)定性并通過CPSO 算法優(yōu)化電網(wǎng)收益;此外還有學者基于多項式混沌理論的概率配點算法開發(fā)了安全運行分析和評估軟件,軟件提供水電和光伏電站運行參數(shù)展示、調(diào)度模式展示、運行安全分析和實時數(shù)據(jù)可視化等功能。
前文提到了以發(fā)電效益最大為目標的優(yōu)化調(diào)度策略可以直接計算互補電站整體的經(jīng)濟性。經(jīng)計算證明,水光互補電站具備經(jīng)濟性與否,取決于光伏容量配置和調(diào)度策略。結(jié)合我國光伏上網(wǎng)標桿電價采用增量分析法可以計算龍羊峽水光互補電站聯(lián)合收益并與單獨運行對比,發(fā)現(xiàn)互補電站發(fā)電量明顯提高、調(diào)峰能力增強、輸電線路利用率顯著提升因而年效益增加了4.69億元;復興大壩水光互補后經(jīng)濟效益比優(yōu)于水電和光伏電站獨立運行;大英加水光互補電站互補后由于水電站調(diào)節(jié)能力差、輸電線路容量不足等因素導致大量光伏棄電,效益低于互補前。
針對上文分析的當前水光互補關(guān)鍵技術(shù)研究和運行現(xiàn)狀,提出以下三項研究和發(fā)展趨勢:
(1)基于不同上網(wǎng)定價機制的光伏電站容量配置方案。
我國目前尚未出臺完善的水光互補發(fā)電上網(wǎng)定價政策,市場電量和電價結(jié)算不透明,研究不同國家綜合能源系統(tǒng)上網(wǎng)定價機制并計算最優(yōu)光伏容量配置,有利于水光互補電站全生命周期的經(jīng)濟性運行,也為未來越來越多的綜合能源系統(tǒng)提供參考,引導我國多能互補定價機制的完善。
(2)基于大電網(wǎng)安全性和經(jīng)濟性的水光光互補系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度策略研究。
目前研究的水光互補調(diào)度策略多以互補系統(tǒng)的整體發(fā)電量、經(jīng)濟性等為指標,忽略了區(qū)域電網(wǎng)及大電網(wǎng)整體安全和效益,有不被電網(wǎng)采納的風險,因而有必要研究不同調(diào)度策略對大電網(wǎng)的影響并在互補電站和電網(wǎng)中平衡最佳調(diào)度策略。
(3)互補系統(tǒng)成套設(shè)備研制。
水庫的調(diào)節(jié)能力在互補電站中起到關(guān)鍵作用,研制變速恒頻的抽水蓄能發(fā)電設(shè)備可以極大提高互補電站的調(diào)峰能力、降低甚至消除棄水棄光。目前僅有部分梯級水庫配置了用于調(diào)節(jié)上下游水位的設(shè)備,缺少調(diào)節(jié)互補電站負荷的成套抽水蓄能發(fā)電設(shè)備。
本文在全球范圍內(nèi)調(diào)研了水光互補發(fā)展政策和工程建設(shè),闡述了互補特性分析、容量優(yōu)化配置、聯(lián)合運行調(diào)度、安全穩(wěn)定運行和經(jīng)濟性指標等水光互補電站全生命周期的關(guān)鍵技術(shù),提出了包含定價機制研究、基于電網(wǎng)的調(diào)度策略、成套設(shè)備研制等三個方向的未來研究思路。未來全球新能源發(fā)電份額將不斷增加,我國能源結(jié)構(gòu)也在持續(xù)轉(zhuǎn)型,希望本文的研究能為未來水光互補技術(shù)研究和工程提供參考。