考虑季节互补特性的电—气综合能源系统规划

作     者：葛怀宇 

作者单位：太原理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：贾燕冰

授予年度：2023年

学科分类：080702[工学-热能工程] 080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：电-气综合能源系统 电转气 季节储能 季节互补特性 能源系统规划 

摘      要：目前能源系统面临能源短缺、发展粗犷、环境污染等问题,如何构建清洁高效的新型能源体系成为能源领域的研究重点。电-气综合能源系统是一种在电力系统和天然气系统加入耦合环节以实现能源的有机协调与优化的多能耦合系统,其凭借电转气技术的发展和燃气轮机装机容量的提升在能源系统改革中发展迅速。目前电力系统和天然气系统的源荷季节性波动均较大,风力发电出力集中在冬季和初春,夏季则出力较少,天然气冬夏季节性峰谷矛盾不断加大,两系统均需探索季节储能措施。风电出力和天然气负荷的季节波动具有互补特性,电-气综合能源系统可实现多种能源的协调转化,利用互补特性实现季节“储能的效果。为了充分发挥电-气综合能源系统这一能源系统新形态对能源季节尺度波动的平抑作用和对高比例可再生能源的支撑作用,本文从电-气综合能源系统的季节互补特性出发,研究了季节互补特性的评估方法,并提出利用季节互补特性的电-气综合能源系统规划方法。为充分挖掘季节互补特性,研究了电-气综合能源系统互补特性的评估方法。首先结合电力系统和天然气系统在不同季节的运行特征,分析了电-气综合能源系统的季节互补特性;同时基于能源集线器模型和能源转化流动情况,将不同系统的波动情况映射到统一的尺度,并基于Kendall秩相关系数构建了互补特性评估方法;最后以我国典型风力富集区和负荷中心地区为研究对象,评估了区域内和区域间的电-气互补特性,发现存在区域内互补和跨区域互补两种场景,为研究电-气综合能源系统区域内和跨区域季节互补规划提供了基础。提出了考虑季节互补特性的区域电-气综合能源系统规划方法。为了实现对电-气综合能源系统互补特性充分合理的利用,细化了计及季节特征后的市场结算规则,在目标函数中考虑了平抑季节波动带来的经济效益。通过内嵌运行模拟的规划方法,计及运行尺度上风电并网相关约束,考虑日内和季节两个时间尺度开展电-气综合能源系统规划。最后通过算例验证了所提规划模型通过合理规划设备容量,实现了区域内电-气季节互补特性的充分利用,实现对能源季节波动的平抑,从而提升了综合能源系统的经济性和能源的利用率。提出了考虑季节互补特性的跨区域综合能源系统规划方法。分析了跨区域综合能源系统与区域综合能源系统规划的差异。给出了跨区域综合能源系统结构,搭建了时间分层离散模型,并基于时间分层离散模型建立了长短期储能协调运行模型和多延迟跨区域能源传输方式灵活选用模型,充分利用跨区域综合能源系统在多个时间尺度、多个空间尺度上释放的互补特征。最后,基于华北-山东能源数据构建了跨区域综合能源系统算例,验证了规划方法的有效性和经济性,同时验证了跨区域综合能源系统中灵活选择多种能源运输方式的重要性。对于促进跨区域新能源消纳,构建高比例可再生能源系统具有重要意义。