计及风—光—火耦合的区域能源系统电力经济性研究

作     者：孙昌汉 

作者单位：东北电力大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张光烈

授予年度：2023年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：投资效益评价 平价上网 耦合系统 年度双边交易 主从博弈 收益分析 

摘      要：在全球温室效应加剧、化石能源加速枯竭以及国家能源绿色低碳转型的背景下,高比例可再生能源并网是我国实现“双碳目标、推进能源转型的重要途径。然而,随着国家能源主管部门已对新核准的风电和光伏发电项目逐步完成了补贴去补,区域能源系统中风电和光伏发电项目的收益受到了严重冲击。在我国北方地区,构建以风-光-火耦合的区域能源系统可以凭借优良的成本与出力特性成为解决现有市场问题的有效方法。本文归纳了现有风电、光伏接入的区域能源系统投资效益评价方法以及可再生能源与灵活性资源联合运营等研究现状,针对现有研究成果的局限性,提出了本文的主要研究思路,并取得了以下研究成果:首先,综合考虑风电与光伏发电项目全生命周期成本和收入构成,构建了计及多个影响因素的投资效益评价指标优化数学模型;并选取我国北方地区项目实例分别对多种补贴“退坡场景和碳交易成交均价下的多个敏感性指标依次进行了单因素敏感性分析。其次,在满足一定投资收益率要求的前提下,对我国北方地区新增风电与光伏发电项目,分别从计及与未计及减碳收益两个不同的角度,进一步探讨了单位投资成本变化对平价上网可行性的影响;并将平价上网可行性分析结果与我国电价政策相比较,验证了本文所提发电项目投资效益评价方法的合理性和实用性。然后,基于我国北方地区可在生能源与火电的年度双边交易现状,分析了在同一并网点下构建风-光-火耦合系统作为独立运营主体参与年度双边交易市场的研究价值。考虑到可在生能源出力对风光火耦合系统收益的影响,文中基于我国北方地区项目实例的真实数据分析了风电与光伏的出力特性,提出了一种适用于可再生能源全年出力聚类的有序聚类与优化型k-means聚类算法相结合的聚类算法,生成的可再生能源全年出力典型场景集可以有效为风光火耦合系统的收益计算提供数据支撑;并厘清了年度双边交易中市场各方主体的博弈关系,构建了发电企业与大用户的年度双边交易市场目标函数。最后,基于上述研究内容构建了计及多个发电企业竞争的风光火耦合系统年度双边交易主从博弈模型,给出了模型的求解方法及步骤,设定了风光火打捆作为市场收益参照组,并通过仿真对风光火耦合系统及风光火打捆的市场收益情况进行了分析对比。算例分析表明,构建风-光-火耦合的区域能源系统不仅可以提升并网资源互补互济水平,实现年度双边交易市场的收益最大化,同时也可以有效解决目前年度双边交易市场中可再生能源与火电面临的实际问题。