基于储热提升风电消纳能力的电力系统优化调度
赵雪楠 李向华
摘要：随着社会的发展，人们对新能源的研究也越来越深入，新能源逐渐代替了传统的能源，不仅起到了环境保护的作用，而且可再生。太阳能和风能是可再生能源，将其用于发电行业，不仅环保，而且节约了能源，对于电力企业的可持续发展具有重要的推动作用。本文对新能源发电方式进行了分析，对各发电系统的消纳成本进行了分析，并研究了提高新能源消纳能力的电力系统的调度，以期为电力企业相关人员提供参考。
关键词：新能源；消纳能力；电力系统调度
引言
当前，我国的主要发电方式是火力发电，火力发电会消耗大量的煤，给环境造成污染，同时也造成了化石能源短缺的问题。随着能源和环境政策的转变，电力企业的生产与电能使用的格局也发生了根本性的变革，新能源发电也逐渐由电力系统的补充能源角色向替代能源角色转变。新能源具有清洁度高、可再生的特点，但是，其在使用的过程中实际的接收能源和能源的转换之间存在着差异，造成成本的浪费，而且降低了整个转换过程的可靠性与安全性。因此，需要对转换过程各电力系统的能源分配进行研究，从而提升新能源消纳能力。
1电网新能源消纳
由于发电厂（火电、水电、核电、风电等）发电后都会经过电网进行传输，不能对电能方便地进行储存，若当时不用掉就会造成资源的浪费，因此这就需要将剩余的电能经过电能调度输送到有电能需求的负荷点，这个过程就称为能源的消纳。电网、负荷、电源是影响新能源消纳的关键因素，要提升新能源的消纳能力可以从电力系统调度入手进行分析和研究。
2新能源发电的研究现状
新能源发电的模式中，能源的使用不再依靠某一个单一的能源，而是将可用的能源进行配对重组，形成互补的发电形式。这种发电模式的目的是强化发电效率，实现资源间的互补和优化。就风能和光能来说，风能存在不稳定性，但光能却不存在时间和季节的限制，具有一定的持续性和稳定性，很好地弥补了风能的缺陷，但是仍然存在电力供应不足的现象。此外，将风、水、电等进行结合能产生稳定性强，并且流量充足的电能，这种大流量对系统形成了较大的冲击力，使系统超负荷运转，使系统原本的消纳能力得不到充分发挥。
对太阳能和风能进行储存，是在能源的充足阶段，将多余能源储存起来，以供应急需要。当某阶段的能源不足时，能够自动将储存的能量弥补到系统中。这样大大改善了能源阶段性的分配不均现象。但该存储方式仍存在于试想阶段，还没有形成系统合理的方案。当前，已经应用在实际生产中的储存技术有抽水蓄能，但是由于自然地形以及转换损耗等因素的影响，并不能实现高效率的储能和电能的转换，因此相关研究人员还需要对储能技术进行进一步的分析和研究。
3风电系统调度模型
在风电系统中，能源的消纳范围往往是根据需要而变化的，对于某一特定的阶段来说，风力转换为电能的最大值一般具有固定性的特点。也就是说，在这一阶段消纳的上限只适用于本阶段，不需要对其进行阶段延用，否则数据会出现错误，影响整个的转化效率。因此，对风电系统进行阶段化的负荷检测十分必要。对于该系统的负荷检测，需要清楚系统的状态、能量消纳和接收等数据，保证数据不变的前提下，对负荷容量进行计算和推测，从而设计出最佳的方案。其计算公式如下所示：
其中：Pg（t）代表第g台电机在时间段t内的出力；
Cg（Pg（t））代表时间段t内电机组g发电的成本。
该公式最终得出的成本数据无限接近于零，显然和当前的经济投资现状不相符。因此，在实际的计算过程中，还需要考虑机组的问题，对机组的出力情况进行确定，根据该项数值界定范围，尽量保证此范围在可控的范围之内。此外，还应该预测风电转换的能量与时间，确定其大概的消纳范围，并和最终的实际消纳进行对比，使两者之间的差距不能过大，从而实现成本的高效化控制。该系统的工作还要具有安全保证，这要求控制人员进行实际操作的过程中，控制好风电的转化容量与速度，从而保证两者之间始终维持在平衡的状态。同时，相关人员还应该对能源的接收以及转换的过程进行实时的监督，从而保证电能能够稳定传输。
4太阳能蓄热机组的调度
太阳能受到时间和空间的限制，其存在的时间有限，想要将其转换为电能，需要对其进行储存。在太阳能发电中，需要考虑的内容主要包括：蓄热机组当前的运转能力以及其不断上升的效率。这两者之间的关系不是相互孤立的，而是呈一种比例变化的趋势。所以，为了节省系统的调度经济成本，需要对这种函数关系进行深入探讨。蓄热机组，是一种存储机器运转热量的模式，要想改善机组运转的温度，需要调节机组中的冷却装置，保证机组安全、可靠运转，进而有效控制成本。一般，消纳能力的上限与机组运转能量之间相互影响，且影响力大多呈直线上升或下降的趋势。假设这种趋势的最小值和最大值分别为△g-（Pg）、△g+（Pg）。这种趋势如果和机组的其它数据形成联系，比如：爬坡率、煤耗量等，就会形成机组成本计算的函数公式：
该式中只要清楚其中的各项数据值，就能够计算出该系统所需要的经济成本，还能够分析出成本损耗的最大环节。明白问题的产生点后，就可以对其进行数据推测，明确可以减少成本的地方，从而使公式的最终结果为最小值，进而保证能源消纳的有效性。
5太阳能和风能的快速调节机组调度
由于时间与空间的限制，使太阳能和风能的产生具有时限性与间断性的特点，这间接决定了在不同地点、不同季节产生的能量也不同。因此，为了能够保证电能稳定转换，电力企业需要进行能量分配，使电能转换保持平稳，这就需要借助快速的调节机组。在该模式中，所有的工作均是以上述机组为基础进行研究的，将机组的蓄热持久性作为主要的研究对象。该种模式改变了经济成本各因素之间的线性关系，形成了一种非线性、无规律的关系。因此，为了便于数据的计算和成本的规划，该公式的设计最好以不等式作为基础。
在上一阶段研究过程中，公式的设计并没有考虑到机组的“余热”时间，这也是对成本的一大损耗。因此，在这个阶段中，可适时减少热能投资，将机器的“余热”作为能源的一部分，从而减少成本的浪费。由于在公式的計算过程中含有某些变量因素，使公式结果存在一定的变动性，造成成本各组成部分之间关系没有规律，加大了对成本预测、规划以及控制的难度。因此，在计算过程中需要使用一个数据包容性较大的正数，对这些关系进行限制和约束，从而在借助外力的作用下，实现“非线性”与“线性”的转换。
结束语
综上所述，要想提高电网的新能源消纳水平，需要对电力系统的调度进行分析和探究，从而进一步提升新能源的消纳效率。在对电力系统进行调度的过程中，需要对各电力系统进行理论推理和演算，进而指导成本的规划，从而减轻能源开发的成本负担。在电力系统调度的过程中，对新能源的消耗成本进行分析和合理的规划，能够最大程度的提高电网新能源的消纳水平。
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