中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：
1 研究背景
在西部地區(qū)沙漠、戈壁、荒灘等區(qū)域建設(shè)大型新能源基地是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要舉措，推進(jìn)大規(guī)模高比例新能源開發(fā)外送是推動(dòng)全國(guó)清潔能源資源優(yōu)化配置、保障中長(zhǎng)期電力供應(yīng)的必然選擇。本文首先探究“雙碳”目標(biāo)下新能源基地如何實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定的電力外送，采用日前-日內(nèi)兩階段多時(shí)間尺度優(yōu)化構(gòu)建煤電、抽蓄、電化學(xué)儲(chǔ)能協(xié)同新能源機(jī)組外送的調(diào)度方案，然后考慮不同省間交易模式下新能源基地收益情況，并分析不同交易模式下各參與主體的貢獻(xiàn)與成本。最后基于外送調(diào)度計(jì)劃對(duì)協(xié)同外送中各主體的成本及貢獻(xiàn)進(jìn)行分析，提出不同收益-成本比下的效益分配方案，以期為新能源基地源-儲(chǔ)協(xié)同外送調(diào)度、省間交易決策及收益分配提供參考。
2 研究意義
當(dāng)前多主體合作外送調(diào)度優(yōu)化研究主要考慮不同主體的運(yùn)行曲線優(yōu)化，僅有較少文獻(xiàn)考慮了電力外送在時(shí)間上的安排，但新能源發(fā)電的隨機(jī)性必然要求在多時(shí)間尺度上對(duì)外送曲線進(jìn)行規(guī)劃，如日前需對(duì)日內(nèi)外送計(jì)劃進(jìn)行安排，日內(nèi)需考慮風(fēng)電、光伏發(fā)電預(yù)測(cè)值的變動(dòng)。其次，當(dāng)前缺少對(duì)新能源基地外送交易的研究，大部分研究通過設(shè)置固定外送價(jià)格計(jì)算外送收益，未結(jié)合省間電力市場(chǎng)發(fā)展的情況。最后，現(xiàn)有利益分配方法的本質(zhì)均基于主體的貢獻(xiàn)度進(jìn)行分配，但不同主體提供相同價(jià)值的成本可能存在不同，僅考慮價(jià)值貢獻(xiàn)的分配方式對(duì)實(shí)際應(yīng)用中的利益分配是否適用需要進(jìn)行考量。
3 重點(diǎn)內(nèi)容
1）新能源發(fā)電特性分析。
風(fēng)電發(fā)電功率取決于自然來風(fēng)的風(fēng)速。風(fēng)速的影響因素包括壓力梯度力、科里奧利效應(yīng)、摩擦、溫度和地形等，構(gòu)建目標(biāo)日與歷史日的相關(guān)關(guān)系判斷式，根據(jù)與目標(biāo)日相似的歷史日每小時(shí)風(fēng)速波動(dòng)情況刻畫目標(biāo)日每小時(shí)風(fēng)速波動(dòng)上、下限值。
光伏發(fā)電的功率主要取決于太陽(yáng)輻射的強(qiáng)度，太陽(yáng)輻射越強(qiáng)，光伏發(fā)電功率越高。每小時(shí)的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的影響因素包括太陽(yáng)高度角、海拔高度、天氣狀況、大氣透明度、大氣污染程度等，其中天氣狀況主要指云層分布情況。針對(duì)某一地區(qū)的太陽(yáng)輻射，對(duì)影響太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的不同相關(guān)因素建立映射數(shù)據(jù)庫(kù)，構(gòu)建考慮天氣狀況、大氣透明度和大氣污染程度的特征指標(biāo)體系，與目標(biāo)日相似度大于80%的樣本日認(rèn)定為相似日，根據(jù)所有相似日太陽(yáng)輻射強(qiáng)度波動(dòng)情況刻畫目標(biāo)日每小時(shí)太陽(yáng)輻射強(qiáng)度波動(dòng)上、下限值。
2）源-儲(chǔ)協(xié)同外送調(diào)度優(yōu)化。
考慮新能源的波動(dòng)性，新能源基地以風(fēng)電和光伏機(jī)組發(fā)電為主，通過配套建設(shè)電化學(xué)儲(chǔ)能、調(diào)用省內(nèi)煤電機(jī)組和抽蓄電站調(diào)節(jié)等源-儲(chǔ)協(xié)同方式平抑新能源發(fā)電波動(dòng)，使得聯(lián)合外送出力滿足外送負(fù)荷需求，保證電力外送的安全性與穩(wěn)定性?？紤]新能源的隨機(jī)性，需在不同時(shí)間周期對(duì)外送機(jī)組調(diào)度進(jìn)行逐步優(yōu)化。
日前，對(duì)新能源出力進(jìn)行預(yù)測(cè)，根據(jù)預(yù)測(cè)值及新能源出力上下限值，對(duì)電能量與備用容量聯(lián)合優(yōu)化，確定各機(jī)組基礎(chǔ)外送功率、煤電機(jī)組與抽蓄機(jī)組的租賃容量。
日內(nèi)，參照省內(nèi)電力市場(chǎng)的交易時(shí)間尺度，對(duì)新能源出力進(jìn)行15分鐘尺度的預(yù)測(cè)，為確保每時(shí)刻打捆外送計(jì)劃與新能源實(shí)際出力契合，隨著時(shí)間的逼近，以4小時(shí)為周期不斷滾動(dòng)調(diào)整對(duì)新能源的預(yù)測(cè)并同步優(yōu)化煤電機(jī)組與抽蓄電站的運(yùn)行曲線。
外送的目的在于獲取收益，故外送調(diào)度時(shí)首先需考慮經(jīng)濟(jì)性。外送合約的價(jià)格通常由買賣雙方協(xié)商確定，故以外送成本最小為目標(biāo)。沙戈荒能源基地以新能源發(fā)電為主，促進(jìn)新能源機(jī)組代替高能耗機(jī)組是實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的重要舉措，故在外送調(diào)度時(shí)還考慮新能源消納最大，即棄風(fēng)棄光最小。
圖1 日前-日內(nèi)多時(shí)間尺度外送調(diào)度優(yōu)化模型
3）綜合收益分析及效益分配。
新能源基地參與省間外送交易有兩種模式。一種為直接參與省間綠電交易，以中長(zhǎng)期交易方式為主，簽署合約明確每個(gè)時(shí)段的輸送電量，全部電量以綠電價(jià)格結(jié)算，此時(shí)由于新能源發(fā)電不穩(wěn)定所產(chǎn)生的調(diào)節(jié)成本由輸送方自行承擔(dān)。另一種為參與常規(guī)省間電能量交易，以中長(zhǎng)期交易方式為主，全部電量按省間常規(guī)電能量合約結(jié)算，根據(jù)輸送方新能源并網(wǎng)電量核發(fā)綠證，綠證通過掛牌交易出售給其他企業(yè)獲得收益。由于碳市場(chǎng)的建立和發(fā)展，以省為單位，接收方接收外來電力可減少本省內(nèi)火電發(fā)電碳排放，煤電外送存在增量碳排放成本，需對(duì)煤電機(jī)組電量外送的增量碳排放成本進(jìn)行額外補(bǔ)償。電化學(xué)儲(chǔ)能與抽水蓄能電站通過充、放電增加新能源利用率，進(jìn)而增加電能量外送收益與綠證收益。
圖2 新能源省間外送交易模式
對(duì)不同省間外送交易模式下各主體的成本與價(jià)值貢獻(xiàn)進(jìn)行分析，總結(jié)如表1。
表1 不同省間外送交易模式下各主體成本、價(jià)值貢獻(xiàn)分析
4）算例結(jié)果。
以正在投建的庫(kù)布齊沙漠新能源基地為參考，按照風(fēng)光火儲(chǔ)1∶2∶1∶1的比例設(shè)定算例參數(shù)。風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)200萬kW，光伏機(jī)組裝機(jī) 400萬kW，可用于外送的煤電裝機(jī)200萬kW，儲(chǔ)能機(jī)組裝機(jī)200萬kW，內(nèi)蒙省內(nèi)已建成抽水蓄能電站裝機(jī)容量為12萬kW，根據(jù)比例設(shè)定可租用抽蓄容量6萬kW。
圖3 日前外送調(diào)度計(jì)劃
圖4 日內(nèi)調(diào)度方案
表2 交易情景設(shè)計(jì)
圖5 同情景下兩種交易模式收益情況
圖6 兩種分配策略下各主體收益分配結(jié)果
圖7 各主體外送成本價(jià)值比較
4 結(jié)論與展望
基于新能源發(fā)電特性構(gòu)建了源-儲(chǔ)協(xié)同外送調(diào)度優(yōu)化模型，考慮現(xiàn)有省間交易市場(chǎng)，分析了不同交易模式下合作外送的收益。基于外送調(diào)度情況，梳理計(jì)算兩種交易模式下各主體的成本與價(jià)值，最后分析不同交易模式下基于成本分配和基于價(jià)值分配兩種分配策略的適用性，得到如下結(jié)論：
1）從日前-日內(nèi)兩個(gè)階段、1h-15min多個(gè)時(shí)間尺度，構(gòu)建多目標(biāo)滾動(dòng)優(yōu)化模型可以使外送調(diào)度計(jì)劃更好地契合新能源發(fā)電的波動(dòng)性和隨機(jī)性。
2）新能源基地在選擇參與外送交易時(shí)需綜合考慮綠電價(jià)格、綠證價(jià)格與綠證成交概率。在綠證價(jià)格不變的情況下，存在綠電價(jià)格的臨界點(diǎn)使得參與省間綠電交易收益低于參與常規(guī)外送交易收益，本文算例中的臨界價(jià)格為0.4161元/千瓦時(shí)。綠證成交概率隨著綠證價(jià)格的增加而減小，綠證交易主要采用掛牌方式，價(jià)格由買方自主決定，定價(jià)需綜合考慮綠證交易收益的期望值。
3）合作外送主體可根據(jù)總成本與總收益的關(guān)系，選擇基于成本和基于價(jià)值的兩種分配策略。如，煤電機(jī)組與抽蓄電站的成本較高，在兩種交易模式下煤電、抽蓄價(jià)值占比均小于其成本占比。以本文算例結(jié)果為例，為保證合作主體的成本可以得到滿足，根據(jù)總成本與總收益關(guān)系，參與省間綠電交易時(shí)，當(dāng)收益大于等于1.8805倍的成本可選擇基于價(jià)值的分配策略，參與常規(guī)外送交易時(shí)，當(dāng)收益大于等于2.9118倍的成本可選擇基于價(jià)值的分配策略。
當(dāng)前新能源建設(shè)基地中還有考慮壓縮空氣儲(chǔ)能、氫儲(chǔ)能等新型儲(chǔ)能技術(shù)，本文尚未考慮各類新型儲(chǔ)能技術(shù)的加入對(duì)新能源基地外送穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性的影響。同時(shí)，省間現(xiàn)貨交易機(jī)制逐步完善，省間中長(zhǎng)期+省間現(xiàn)貨交易機(jī)制下新能源基地外送交易策略還需進(jìn)一步研究。
