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电力储能经济性分析与综合评价方法研究

【摘要】:能源的高效清洁利用是当今世界广泛关注的课题之一。电力行业的节能减排是能源高效清洁利用的重要途径。电力储能技术是提高电力系统运行效率、安全性、经济性和可再生能源的利用率的关键技术。建立科学合理的电力储能经济性评价体系和综合评价方法能够明确电力储能建设的价值流向,促进电力储能发挥其多功能特性,使电力储能在经济生产中更好的发挥其应有的作用。本文针对目前电力储能经济性分析和评价方法研究存在的问题,从电力储能容量型价值和功率型价值两方面进行理论分析,并开展评价方法研究。根据全生产流程模拟基本方法和中国电力体制特点建立了综合考虑电力储能辅助服务性能的经济调度模型,采用该模型进一步提出了评估电网级储能真实价值分布的综合分析方法。采用成本-效益法开展了面向中国电力体制的电力储能经济性评价研究,提出一种新的电力储能补偿机制——价值驱动的电价补偿机制。以国内六个电力区域的现行调度机制为例,研究了电力储能在两部制电价、分时电价和价值驱动电价下的储能经济性。采用理论推导的形式分析了影响储能经济收益的关键因素。基于蒙特卡洛方法对技术和经济性参数的不确定性进行了分析。研究发现,燃料成本、启动成本和电力传输成本是电力生产成本的主要部分。电力储能的节点位置选择对电力系统总生产成本影响甚小。电力储能的主要作用体现在减小电网损失、火电机组频繁启停和火电机组燃料消耗等方面。在两部制电价体制下,当储能电站规模较小时,储能系统效率和充放电价比是影响储能经济性的主要因素。若电力储能的规模增大,补偿系数的影响将增加。在分时电价体制下,储能电站的收益与峰谷电价差以及储能自身运行方式紧密相关。在价值驱动的电力体制下,燃料单价、启动成本和风电渗透率对储能经济性的影响尤为显著。其中风电渗透率对储能经济性的影响明显大于燃料单价和启动成本对经济性的影响。参数不确定性引起的电力储能净现值波动在某些条件下甚至超过了政策引起的净现值差异。建立了压缩空气储能调频模型,并分析了压缩空气储能的调频性能。基于现代控制理论,根据电网调频仿真的要求,采用相对微增量方法,构建了A-CAES分部件状态空间模型。从设计工况、变工况和状态空间模型组合三个层面建立了A-CAES膨胀过程和压缩过程的数学模型。建立了区域电网调频仿真模型,给出了面向区域电网调频的A-CAES变换向比控制方法(TDR策略),分析了A-CAES在区域电网中的调频性能和经济收益。案例研究结果显示,A-CAES的加入对电力系统调频有益,采用TDR控制策略的A-CAES的调频效果优于PID策略控制的调频效果。在国内现有调频补偿体制下,A-CAES参与电力系统调频的收益可观,额定释能功率200 MW、额定充能功率150 MW、最大容量1000 MWh的A-CAES电站采用山西省调频补偿机制的收益高于采用南方电网调频补偿机制的收益。A-CAES在减少火电循环运行成本方面的价值有限。提出电力储能电站建设和运营的多主体综合评价方法。从各电网主体对储能电站的评价指标入手,提出了两种权衡电网主体主观评价的电力储能电站建设的综合评价准则,分析了两种评价准则的实施特性。采用专家赋权法和熵技术赋权法对各主体评价指标依次赋权,获得了储能电站建设的最终评价准则数。研究结果表明,在本文案例条件下,对单独的电网主体而言,储能电站建设和运营均有益。以电网主体为对象的评价准则较以收益/损失为对象的评价准则更易于实施,但以收益/损失为对象的评价准则能够明细各利益主体间的收益/损失流向,弱化专家赋权的主观随意性。采用熵技术赋权法时,以电网主体为对象的评价准则较以收益/损失为对象的评价准则更能区分不同专家的赋权差异。当倾向某一主体赋权时,随着最大权系数或收益权系数的增大,倾向全社会、风电和用户的最终评价准则数与倾向火电和电网的最终评价数的差异将增大,最终评价准则数保留了单主体评价指标的大小特性。

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