計及條件風險價值的含儲熱光熱發電與風電電力系統經濟調度

本文利用含儲熱光熱電站靈活可控的出力特性，以削減接入大規模風電后調峰問題帶來的影響，并引入條件風險價值（CVaR）來度量不確定性因素給調度運行帶來的風險損失，以系統總調度成本和風險成本Z低為目標，建立計及CVaR的含儲熱光熱電站和風電的電力系統經濟調度模型。Z后分析了不同風險系數、儲熱容量對優化調度結果的影響。

主要內容

光熱電站的基本結構如圖1所示，光熱電站主要由光場SF、儲熱系統TES和熱力循環三部分組成，各個部分之間主要通過導熱介質傳遞熱量。光場SF通過反射鏡將太陽光匯集到集熱器，集熱器將太陽輻射能轉化為熱能，并暫時存儲在導熱介質中。

高溫導熱介質可直接進入發電環節再加熱水形成過熱蒸汽后帶動發電機發電，也可流入儲熱系統進行熱交換實現熱存儲，在需要時再將儲熱系統的熱能轉移到發電模塊進行發電。

圖1 光熱電站主要結構圖

研究背景

近年來，隨著風光等可再生能源的持續快速發展，部分地區因電網調節能力不足而出現較為嚴重的棄風、棄光現象。隨著未來可再生能源的進一步開發，實際消納問題將更加嚴峻。含儲熱的光熱電站作為一種可調度的可再生能源發電技術，其接入系統為實現高比例可再生能源消納提供了新的技術手段。與光伏發電不同，光熱電站中的儲熱系統可以將收集的熱能進行存儲，使其具有較為靈活的調節性能，可為電網調峰提供支撐，用以解決大規模風電接入后的入網調峰問題。

本文以IEEE39系統為例進行仿真分析，得到CSP電站儲/放熱功率和發電出力曲線如圖2所示。

圖2 CSP電站儲/放熱和發電曲線

從圖2可知，在8:00～9:00負荷較大而風電和光照功率較小的時段，光熱電站利用儲存的熱能量放熱使得機組處于發電狀態；在11:00～14:00光照功率和風電出力均較大的時段，CSP電站的儲熱系統處于儲熱狀態，光熱電站送入系統有功出力較小，風電場送入系統的有功出力較多，避免了系統的棄風現象。

在18:00～20:00，由于風電的反調峰特性，此時負荷較大但風電出力較小，光熱電站發電機組處于大出力狀態，將儲熱系統儲存的能量發電轉變為系統負荷需求高峰時期的高價值電能，減少高煤耗率的機組運行和削減風電反調峰帶來的影響，提高了系統運行的經濟性。

表1 不同風險系數下的系統經濟指標

表1為不同風險系數下的系統經濟指標對比，從表中可以看出，系統總調度成本隨風險厭惡系數的增加呈現逐漸上升的趨勢。當風險厭惡系數為0時，盡管系統發電成本較低，但由于缺乏對風險因素的考慮，棄風風險成本和失負荷風險成本相對較高。隨著風險厭惡系數增加，發電成本均有所增加，而棄風風險成本、失負荷風險成本、啟停成本不斷減小。

當厭惡系數不斷增大時，決策者趨向于規避風電和光照功率波動帶來的運行風險，因此更多的處于運行狀態的可控火電機組加入到調度過程中，而機組發電負載率會降低，因此火電機組單位電量的燃料消耗增多造成發電成本增加，風險成本會相應減少。由于在規避風險時，傳統發電機組不需要頻繁起動，因此系統起動成本會有所降低。

結論

光熱電站屬于一種熱發電技術，聚光集熱系統、儲熱系統與發電系統僅通過導熱介質相聯系，可借助其他類型熱源的優勢來彌補太陽能的間歇性和不確定性。