风电接入区域电力系统的潜力及环境效益评估方法

摘要

化石能源枯竭以及全球气候变暖，推动了我国可再生能源的快速发展。为了实现我国2020、2030年非化石能源占一次能源消费比重分别达到15％、20%的能源发展战略目标，并通过清洁能源替代缓解我国严重的大气污染问题，以风电为主的可再生能源仍将继续保持高速增长。因为缺乏对风电接入区域电力系统的潜力以及环境效益的准确认识，导致风电发展过程中出现了严重的区域间不平衡现象，在带来了严重弃风问题的同时，风电的大气污染治理作用也难以充分发挥。为了避免风电继续发展过程中弃风问题的加剧，引导风电的合理布局并充分利用风电进行雾霾治理，必须对风电接入区域电力系统的潜力及环境效益进行准确地评估。
　　本文归纳总结了现有风电接入区域电力系统的潜力及环境效益评估的研究现状，针对现有研究成果的局限性，提出了本文的主要研究思路。本文以为我国风电发展布局提供科学的分析手段为目标，系统地研究了风电接入区域电力系统的潜力及环境效益评估方法。取得的主要研究成果如下：
　　首先，提出了一种基于气象及地理数据的区域电力系统时序运行模拟框架，该框架能够利用气象数据及地理信息计算得到任意风电场、光伏电站出力以及热电联产机组热负荷；并利用含时间重叠的时序分解算法以及无解自动回滚算法确保了大规模电力系统长时间尺度运行模拟的快速、可靠求解；最后通过对比西北电网2015年实际运行数据验证了本文所提时序运行模拟框架的有效性；该框架为风电接入区域电力系统的潜力及环境效益评估提供了基础分析方法。
　　其次，提出了一种风电接入区域电力系统的潜力评估方法。该方法由风电资源潜力评估、电力系统风电接纳场景扫描以及风电经济接入潜力评估三部分组成，分别确保了风电经济接入潜力评估结果与风资源、电力系统运行特性以及我国可再生能源政策和投资现状相符合；最后利用所提出的评估方法对东北电网2025年的风电经济接入潜力进行了评估，并提出了对我国风电发展支持政策的建议。
　　然后，建立了省间可再生能源电量及省间备用容量交易、火电机组灵活性改造、提高风电出力预测精度、风电供暖以及负荷侧响应五种风电接入潜力提升措施的数学模型；提出了从风电经济接入潜力提升角度分析不同措施作用效果的方法；并利用所提方法分析了上述措施对2025年风电接入东北电网的潜力的提升效果，并对比了各措施在不同特性电力系统中的适用性。
　　最后，结合所提出的电力系统时序运行模拟框架以及WRF-Chem大气物理-化学过程仿真模型，提出了一种风电接入电力系统的环境效益评估方法。该方法建立了从含可再生能源电力系统的运行模拟到环境效益分析的完整方法，能够准确计及风电接入对包括PM2.5在内的大气污染物的形成、转移和演变过程的影响，从而实现了对风电接入电力系统后带来的环境效益的准确评估；最后利用该方法对东北电网2025年风电接入可能带来的环境效益进行了评估，发现风电接入能够降低PM2.5等大气污染物的浓度。

目录

第一个书签之前

摘 要

Abstract

目 录

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 风电接入区域电力系统的潜力及环境效益评估研究现状

1.2.1 风电接入区域电力系统的潜力评估研究现状

1.2.2 风电接入电力系统的环境效益评估研究现状

1.3 现有研究的局限性

1.3.1 现有风电接入区域电力系统的潜力评估的局限性

1.3.2 现有风电接入电力系统环境效益评估的局限性

1.4 本文研究内容、创新点及章节安排

1.4.1 研究内容

1.4.2 主要创新点

1.4.3 章节安排

2 基于气象及地理数据的区域电力系统时序运行模拟框架

2.1 引言

2.2 区域电力系统时序运行模拟框架

2.3 运行模拟数据准备

2.3.1 气象数据获取

2.3.2 计算风电出力曲线

2.3.3 计算光伏出力曲线

2.3.4 获取热电联产机组热负荷曲线

2.3.5 划分子系统

2.4 区域电力系统时序运行模型及求解

2.4.1 区域电力系统时序运行模型

2.4.2 基于时域分解及自动回滚的模型求解算法

2.5 算例分析

2.5.1 风电出力数据验证

2.5.2 光伏出力数据验证

2.5.3 西北电网2015运行结果对比

2.6 本章小结

3 风电接入区域电力系统的潜力评估方法

3.1 引言

3.2 风电接入区域电力系统的潜力评估思路及流程

3.2.1 接入潜力评估思路

3.2.2 接入潜力评估流程

3.3 风电经济接入潜力评估方法

3.3.1 风电资源潜力评估

3.3.2 电力系统风电接纳场景扫描

3.3.3 风电经济接入潜力评估

3.4 算例分析

3.4.1 东北电网2025年算例介绍

3.4.2 东北电网2025年风电经济接入潜力分析

3.4.3 东北电网2025年风电经济接入潜力的灵敏度分析

3.4.4 对风电发展相关能源政策的建议

3.5 本章小结

4 提高风电接入潜力的措施及其效果分析

4.1 引言

4.2 风电接入潜力提高措施数学建模

4.2.1 省间可再生能源电量及备用容量交易

4.2.2 火电机组灵活性改造

4.2.3 提高风电出力预测精度

4.2.4 风电供暖

4.2.5 负荷侧响应

4.3 各措施作用效果分析对比方法

4.4 算例分析

4.4.1 省间可再生能源电量及备用容量交易

4.4.2 火电机组灵活性改造

4.4.3 提高风电出力预测精度

4.4.4 风电供暖

4.4.5 负荷侧响应

4.4.6 各风电接入潜力提高措施适用性对比

4.5 本章小结

5 风电接入电力系统的环境效益评估方法及应用

5.1 引言

5.2 风电接入对空气质量的影响方式

5.2.1 风电接入对接入地区空气质量的影响

5.2.2 风电接入对远距离输电受端地区空气质量的影响

5.3 风电接入电力系统的环境效益评估方法

5.3.1 气象输入数据生成模块

5.3.2 修正电力系统排放的人为源排放清单处理模块

5.3.3 化学边界场/初始场数据生成模块

5.3.4 生物源排放数据生成模块

5.3.5 WRF-Chem仿真模拟

5.4 算例分析

5.4.1 风电接入带来的减排效果分析

5.4.2 风电接入对大气污染的影响分析

5.5 本章小结

6 总结及展望

6.1 全文总结

6.2 后续研究工作的展望

致 谢

参考文献

1 攻读博士学位期间发表的学术论文

2 攻读博士学位期间申请的发明专利

3 攻读博士学位期间参与的科研项目