固体电储热系统提升风电消纳的可持续运行研究

摘要

随着中国风电大力发展，风电消纳问题日益突出，北方地区弃风严重。在此背景下，利用储热消纳弃风进行供热的技术在北方开始广泛应用。本文针对固体电储热系统消纳弃风的关键技术展开了三方面的研究:固体电储热系统经济技术建模及容量配置、储热消纳弃风的可持续运行机制、含储热的热电优化联合调度。具体研究内容如下: 1.建立了固体电储热系统的经济技术模型。阐述了固体电储热系统的材料选型和设计，包括热电阻选型、储热介质设计、换热设计、保温设计和控制系统设计。根据已有的固体电储热系统，建立经济技术模型。固体电储热系统经济模型考虑总投资成本和运行成本。根据一维热传导方程，建立固体电储热系统的一阶储放热模型。采用差分化方法，进一步得到简化的储放热离散数值模型。通过实际工程案例，使用本文建立的经济技术模型对固体电储热系统进行成本分析、能源利用效率分析、模型准确性验证。 介绍了弃风供热的基本概况，包括储热安装地点和供热模式。根据供热模式和合作方式的不同，建立了考虑弃风特性的的固体电储热容量优化配置模型。基于辽宁省弃风历史数据，对辽宁全省和大连某小区进行了储热容量配置研究，发现配置固体电储热消纳弃风具有较好的经济效益。 2.提出了储热消纳弃风的可持续市场运行机制。介绍了东北调峰辅助服务市场政策，发现弃风供热企业可为风电场提供调峰服务而获得收益。考虑弃风电量存在的不确定性，本文提出了长期双边合同交易和短期集中交易相结合的可持续市场运行机制。长期双边合同交易考虑了弃风电量、弃风电价以及不平衡电量的处理。在短期集中交易中，风电场采用带投标偏差惩罚机制的古诺模型报价，弃风供热企业采用动态逆需求函数报价。 3.提出了基于弃风预评估的大电网热电优化调度方法，包括日前和日内两个时间尺度。基于电网日前弃风预评估模型，建立储热系统日前弃风消纳优化模型，得到弃风供热企业消纳弃风的曲线，并认购该部分弃风。基于日内弃风修正模型，建立储热系统日内优化调度模型，得到消纳的弃风序列。 提出了基于双层协调控制的微网热电优化控制方法，包括日前调度层和日内实时协调控制层。考虑储热和电池储能两种储能形式，建立微网日前调度层优化模型，优化各常规机组出力。考虑并网和孤网两种微网运行模式，提出日内实时层储热和电池储能的协调控制策略。并网模式下，储热和电池储能主要作用是平抑并网点的功率波动;孤网模式下，储热和电池储能的主要作用是保证系统频率和电压稳定。

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致谢

摘要

插图和附表清单

第一章绪论

1．1研究背景及意义

1．2国内外研究现状

1．2．1储热系统经济技术建模和容量配置研究现状

1．2．2风电消纳的可持续市场运行机制研究现状

1．2．3含储热的热电优化联合调度方法研究现状

1．3本文的主要工作

1．3．1拟解决的问题与研究思路

1．3．2后续章节内容安排

第二章固体电储热系统经济技术建模

2．1引言

2．2固体电储热系统简介

2．2．1热电阻选型

2．2．2储热介质设计

2．2．3换热设计

2．2．4保温设计

2．2．5控制系统设计

2．3固体电储热经济模型

2．3．1投资成本模型

2．3．2运行成本模型

2．3．3成本折算模型

2．4固体电储热技术模型

2．4．1储放热一阶模型

2．4．2储放热数值离散模型

2．5算例分析

2．5．1基础数据

2．5．2成本分析

2．5．3能源利用效率分析

2．5．4储放热数值模型验证

2．6本章小结

第三章考虑弃风特性的固体电储热系统容量优化配置

3．1引言

3．2储热系统利用弃风供热简介

3．2．1安装位置

3．2．2供热模式

3．3考虑弃风特性的储热容量优化配置

3．3．1弃风概率密度函数

3．3．2目标函数

3．3．3约束条件

3．4算例分析

3．4．1大连某示范工程储热容量优化配置

3．4．2辽宁全省储热容量优化配置

3．5本章小结

第四章储热消纳弃风的可持续市场运行机制

4．1引言

4．2东北调峰辅助市场运行方式

4．3双边交易市场运行机制

4．3．1弃风交易电量

4．3．2弃风交易电价

4．3．3不平衡电量处理模型

4．3．4算例分析

4．4集中交易市场运行机制

4．4．1市场组织方式

4．4．2市场均衡模型

4．4．3算例分析

4．5本章小结

第五章基于弃风预评估的大电网热电优化调度方法

5．1引言

5．2基于弃风预评估的大电网热电优化调度方法

5．2．1弃风预评估模型

5．2．2基于弃风预评估的日前优化调度方法

5．2．3基于弃风预评估的日内优化调度方法

5．3．算例分析

5．3．1基础数据

5．3．2结果分析

5．4本章小结

第六章基于双层协调控制的微网热电优化调度方法

6．1热电联供微网基本框架

6．2日前优化调度层模型

6．2．1目标函数

6．2．2约束条件

6．3日内实时协调控制层模型

6．3．1并网模式控制模型

6．3．2孤网模式控制模型

6．4双层协调优化调度方法流程

6．5算例分析

6．5．1基础数据

6．5．2仿真分析

6．6本章小结

7．1研究工作总结

7．2后续工作展望

参考文献

作者简历