近海混合可再生能源系统的多能互补与优化调度策略

摘要

海洋能种类多样、储藏量大，是一种可持续开发的重要清洁能源，具有广阔的发展前景，然而海洋能存在的随机性、波动性以及能量密度低等问题，阻碍了其大规模的商业开发利用。因此，加强近海可再生能源互联，将多种海洋能集中在一个系统中进行运作，促进多种能源之间的优化互补，是实现能源综合利用以及协调调度的有效方法之一，可有效降低海洋能的开发成本，提高经济性以及能源利用率。本文利用不同能源之间的互补性，针对近海混合可再生能源系统的多能互补与优化调度问题进行了研究，主要研究工作如下：　　首先，分析了海上风能、海洋温差能和潮汐能的随机特性与发电特性，建立了多种近海可再生能源互补的混合海洋能源系统模型，模型综合利用了太阳能和海洋温差能的互补特性，对二者互补发电特性进行了建模分析与仿真实验。结果表明考虑了互补特性的海洋温差能系统，其净功率输出和净热效率均得到了显著提高，从热力学的角度使整体性能得到改善。同时深入分析了双水库潮汐能源的储能特性，建立了双水库潮汐能的储能模型并进行了仿真分析，证实了其可确保可再生能源的供电稳定性，同时提高了潮汐电站的经济性，提升了混合能源系统的调控灵活性。　　然后，提出一种考虑多种海洋能的出力间歇性以及市场电价不确定性的虚拟发电厂优化调度模型。该模型以海洋温差能机组和双水库潮汐能系统为调度对象，在满足调度机组出力约束、储能稳定工作约束以及系统安全运行约束等前提之下，以混合海洋能虚拟发电厂的期望利润最大化作为优化调度目标。仿真结果表明，提出的模型可以有效地解决不确定性问题，使虚拟发电厂参与电力市场交易的经济性有所提升。　　最后，利用多种近海可再生能源之间的耦合互补关系，建立了混合海洋能系统的多能源枢纽模型。在此基础上，考虑各近海能源的运行状况、能量转换单元、储能设备等约束，提出了以满足日供冷、供热和用电需求的同时实现电热市场利润最大化为目标的混合海洋能多能源调度策略，通过协调各生产单元以及储能设备的调度，实现能源枢纽在运行过程中的能量供需平衡以及收益最大化。多个不同典型场景的对比算例结果表明该模型可有效提高系统整体效益，为能源枢纽的经济运行以及海洋能的消纳提供了新方法。　　综上所述，本文围绕多种近海可再生能源的特性，考虑太阳能-海洋温差能互补特性以及潮汐能储能特性的基础上建立了混合海洋能系统模型，提出了混合海洋能虚拟发电厂优化调度模型，通过建立多种海洋能互补的能源枢纽，为提高海洋能调度的最优性和扩展性提供了解决方案。

目录

声明

第 1 章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2国内外研究及应用现状

1.2.1近海可再生能源开发利用与应用现状

1.2.2混合海洋能源系统发电技术研究现状

1.3本文主要工作

第 2 章 多种近海可再生能源的发电特性建模与仿真

2.1概述

2.2海上风能建模与发电特性

2.3双水库潮汐能发电与储能特性

2.4太阳能-海洋温差能建模与发电特性

2.4.1闭式海洋温差能发电系统热力学分析

2.4.2太阳能-海洋温差能互补发电系统建模

2.5仿真分析

2.5.1双水库潮汐能机组出力特性

2.5.2太阳能-海洋温差能互补发电系统

2.6本章小结

第 3 章 混合海洋能虚拟发电厂随机优化调度策略

3.1概述

3.2混合海洋能虚拟发电厂运行框架

3.3近海混合可再生能源系统的两阶段随机调度优化

3.3.1虚拟发电厂的交易模式

3.3.2混合海洋能虚拟发电厂优化调度模型

3.4算例分析

3.4.1基础数据和参数设定

3.4.2仿真结果分析

3.5本章小结

第 4 章 混合海洋能多能互补模型及多能源调度策略

4.1概述

4.2近海混合可再生能源系统多能互补模型

4.2.1混合海洋能的多能源枢纽模型

4.2.2多能源耦合矩阵建模

4.3混合海洋能多能源调度策略

4.3.1目标函数

4.3.2约束条件

4.4算例分析

4.4.1基础数据和参数设定

4.4.2仿真结果分析

4.5本章小结

结论与展望

参考文献

致 谢

附录 A 攻读硕士学位期间取得的研究成果