确定储能电站容量和布局的分析方法、系统、设备及存储介质与流程

1.本发明涉及电力系统规划和新能源发电领域，特别涉及一种确定储能电站容量和布局的分析方法、系统、设备及存储介质。


背景技术：

2.由于再生能源发电的间隙性和波动性，以及新能源装机渗透率的不断提高，对现有电力系统的安全稳定运行和调度提出了严峻挑战，新能源弃电率也将进一步提高。大规模储能技术作为解决可再生能源并网利用的关键，也是提高电网运行经济性和安全性的有效途径，将改变电能生产、输送和使用同步完成的模式，弥补现有电力系统中缺失的“储放”功能，达到优化电力资源配置、提高电能质量、促进可再生能源利用等目的。从本质上来看，新能源弃电主要由于系统调峰能力不足或者通道能力不足产生，储能电站可以作为调峰电源提高系统的接纳能力，同时在考虑输电通道约束的情况下，储能安装位置不同，减少弃电效益也不一样，一般来说在受制于输电通道能力限制弃电较多的新能源基地装设储能效果最好。因此，在高比例新能源系统需要合理规划储能电站容量和布局。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提出一种确定储能电站容量和布局的分析方法、系统、设备及存储介质，该分析方法可为储能电站规划和布局提供参考，对于提高输电通道利用效率，节约电网投资成本也具有一定的借鉴意义。
4.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
5.一种确定储能电站容量和布局的分析方法，包括以下步骤：
6.根据实际或规划网架结构划分若干个区域，设定区域间联络通道输电能力；
7.拟定储能电站容量和布局方案系列，通过生产模拟计算储能电站年费用和综合效益；进而计算储能电站净效益；
8.按净效益最大确定储能电站容量和布局方案。
9.作为本发明的进一步改进，所述生产模拟时综合系统发电煤耗及可靠性惩罚，以系统运行成本最低为目标函数，即：
[0010][0011]
式中：c
it
(p
i,t
,u
i,t
)为时刻t机组i的耗煤量对应费用、q
it,off
(u
i,t-1
,u
i,t
)分别为机组i启动、关停的费用；λ1、λ2分别为失负荷、失备用惩罚；e
bt
为时刻t节点b的失负荷电量；r
bt
为时刻t节点b的失备用容量。
[0012]
作为本发明的进一步改进，所述储能电站年费用c
ess
，包括投资等年值c
in
和运行维护费c
om
，即：
[0013]cess
＝c
in
+c
om
[0014]
其中，投资等年值按全寿命周期成本测算，即：
[0015]cin
＝c(r,n)[c
p
p
ess
+cee
ess
]
[0016]
式中：p
ess
、e
ess
分别为储能的功率和容量；c
p
、ce分别为储能的功率和容量的单位投资，c(r,n)为等年值系数。
[0017]
其中，运维成本指为保障储能系统在寿命期内正常运行而动态投入的资金，即：
[0018]com
＝μc
in
[0019]
式中：μ为储能电站的运行维护费用系数。
[0020]
作为本发明的进一步改进，所述储能电站的综合效益e
ess
包括能源节约效益e
ecc
、火电装机容量替代效益e
rpp
、替代输电通道效益e
tsl
和环境保护效益e
ep
，即：
[0021]eess
＝e
ecc
+e
rpp
+e
tsl
+e
ep
。
[0022]
作为本发明的进一步改进，所述能源节约效益为储能电站加入后系统火电煤耗的减少量，即：
[0023]eecc
＝κ(f
f-f
f-ess
)
[0024]
式中，e
ecc
为区域电网中储能的电量效益，即储能加入前后系统节约的煤耗成本，ff和f
f-ess
分别为区域电网加入储能前后全年的耗煤量；κ为标煤单价；
[0025]
所述火电装机容量替代效益为储能电站可以替代的部分火电装机容量，包括替代火电装机容量对应的投资等年值和年运行维护费，即：
[0026]erpp
＝c
in,g
+c
om,g
[0027]
式中，e
rpp
为区域电网中储能的容量效益，c
in,g
和c
om,g
分别为储能替代火电装机容量对应的投资等年值和年运行维护费。
[0028]
作为本发明的进一步改进，所述替代输电通道效益包括替代输电通道容量对应的投资等年值和年运行维护费，即：
[0029]etsl
＝c
in,l
+c
om,l
[0030]cin,l
＝crf(r,y
l
)k
l
(p
l-p
l-ess
)
[0031]com,l
＝ηk
l
(p
l-p
l-ess
)
[0032][0033]
式中，e
tsl
为区域电网中替代输电通道效益，c
in,l
和c
om,l
分别为替代输电通道对应的投资等年值和年运行维护费，crf(r,y
l
)为等年值系数，p
l
和p
l-ess
分别为在系统新能源消纳指标不变的情况下，储能加入前后系统需要的输电通道容量；k
l
为输电通道的单位投资，η为输电通道的运行维护费率；r为基准折现率，y
l
为输电通道的经济使用寿命。
[0034]
作为本发明的进一步改进，所述环境保护效益为储能电站参与系统调峰减少火电发电量所带来节能减排效益，即：
[0035][0036]
式中：分别为处理单位co2、so2、no
x
排放量而产生的费用，元/kg；分别为火电机组单位发电量产生的co2、so2、no
x
排放量，kg/kwh；δqg为储能加入前后系统减少的火电发电量。
[0037]
作为本发明的进一步改进，所述储能电站净效益f
ess
等于综合效益e
ess
与年费用cess
的差值，按净效益最大确定储能电站容量和布局方案，即：
[0038]
max f
ess
＝max(e
ess-c
ess
)。
[0039]
一种确定储能电站容量和布局的分析系统，包括：
[0040]
划分模块，用于根据实际或规划网架结构划分若干个区域，设定区域间联络通道输电能力；
[0041]
拟定计算模块，用于拟定储能电站容量和布局方案系列，通过生产模拟计算储能电站年费用和综合效益；进而计算储能电站净效益；
[0042]
输出模块，用于按净效益最大确定储能电站容量和布局方案。
[0043]
一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述确定储能电站容量和布局的分析方法的步骤。
[0044]
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述确定储能电站容量和布局的分析方法的步骤。
[0045]
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
[0046]
本发明所提出的确定储能电站容量和布局的分析方法，综合考虑系统的调峰需求和输电通道能力限制，从全社会角度梳理了储能电站的综合效益，结合全寿命周期成本，以储能加入系统后净效益最大确定储能电站的最优容量和合理布局。该方法能够全面评估储能电站加入系统后带来的效益，为储能电站规划和布局提供参考，对于提高输电通道利用效率，节约电网投资成本也具有一定的借鉴意义。
附图说明
[0047]
图1是计算流程图；
[0048]
图2是算例系统分区示意图；
[0049]
图3是算例系统储能电站净效益曲线示意图；
[0050]
图4为一种确定储能电站容量和布局的分析系统结构示意图；
[0051]
图5为电子设备结构示意图。
具体实施方式
[0052]
本发明的一种确定储能电站容量和布局的分析方法，包括以下步骤：
[0053]
步骤一、根据实际或规划网架结构划分若干个区域{z1、z2、...、zn}，设定区域间联络通道输电能力；
[0054]
步骤二、拟定储能电站容量和布局方案系列{s1、s2、...、sm}；
[0055]
步骤三、对于每种储能电站容量和布局方案，分别进行生产模拟，在进行生产模拟时综合系统发电煤耗及可靠性惩罚，以系统运行成本最低为目标函数，即：
[0056][0057]
式中：c
it
(p
i,t
,u
i,t
)为时刻t机组i的耗煤量对应费用、q
it,off
(u
i,t-1
,u
i,t
)分别为机组i启动、关停的费用；λ1、λ2分别为失负荷、失备用惩罚；e
bt
为时刻t节
点b的失负荷电量；r
bt
为时刻t节点b的失备用容量。
[0058]
步骤四、计算储能电站综合效益e
ess
，为调峰而配置的储能电站的综合效益e
ess
是指从全社会角度出发，主要体现在能源节约效益(电量效益e
ecc
)、火电装机容量替代效益(容量效益e
rpp
)、替代输电通道效益(通道效益e
tsl
)和环境保护效益(环保效益e
ep
)四个方面，即：
[0059]eess
＝e
ecc
+e
rpp
+e
tsl
+e
ep
[0060]
(1)电量效益为储能电站加入后系统火电煤耗的减少量，即：
[0061]eecc
＝κ(f
f-f
f-ess
)
[0062]
式中，e
ecc
为区域电网中储能的电量效益，即储能加入前后系统节约的煤耗成本，ff和f
f-ess
分别为区域电网加入储能前后全年的耗煤量；κ为标煤单价。
[0063]
(2)容量效益为储能电站可以替代的部分火电装机容量，包括替代火电装机容量对应的投资等年值和年运行维护费，即：
[0064]erpp
＝c
in,g
+c
om,g
[0065]
式中，e
rpp
为区域电网中储能的容量效益，c
in,g
和c
om,g
分别为储能替代火电装机容量对应的投资等年值和年运行维护费。
[0066]
(3)通道效益为储能电站可以替代的输电通道，包括替代输电通道容量对应的投资等年值和年运行维护费，即：
[0067]etsl
＝c
in,l
+c
om,l
[0068]cin,l
＝crf(r,y
l
)k
l
(p
l-p
l-ess
)
[0069]com,l
＝ηk
l
(p
l-p
l-ess
)
[0070][0071]
式中，e
tsl
为区域电网中替代输电通道效益，c
in,l
和c
om,l
分别为替代输电通道对应的投资等年值和年运行维护费，crf(r,y
l
)为等年值系数，p
l
和p
l-ess
分别为在系统新能源消纳指标不变的情况下，储能加入前后系统需要的输电通道容量；k
l
为输电通道的单位投资，η为输电通道的运行维护费率；r为基准折现率，y
l
为输电通道的经济使用寿命。
[0072]
(4)环保效益为储能电站参与系统调峰减少火电发电量所带来的co2、so2、no
x
等节能减排效益，即：
[0073][0074]
式中：分别为处理单位co2、so2、no
x
排放量而产生的费用，元/kg；分别为火电机组单位发电量产生的co2、so2、no
x
排放量，kg/kwh；δqg为储能加入前后系统减少的火电发电量。
[0075]
步骤五、计算储能电站的年费用c
ess
，包括投资等年值c
in
和运行维护费c
om
，即：
[0076]cess
＝c
in
+c
om
[0077]
(1)投资等年值按全寿命周期成本测算，即：
[0078]cin
＝c(r,n)[c
p
p
ess
+cee
ess
]
[0079]
式中：p
ess
、e
ess
分别为储能的功率和容量；c
p
、ce分别为储能的功率和容量的单位投资，c(r,n)为等年值系数。
[0080]
(2)运维成本指为保障储能系统在寿命期内正常运行而动态投入的资金，为简化起见，运行维护费一般按初始投资的一定比例近似估算，即：
[0081]com
＝μc
in
[0082]
式中：μ为储能电站的运行维护费用系数。
[0083]
步骤六、计算储能电站净效益f
ess
，等于综合效益e
ess
与年费用c
ess
的差值，按净效益最大确定储能电站容量和布局方案，即：
[0084]
maxf
ess
＝max(e
ess-c
ess
)
[0085]
最开始分析之前，还包括输入系统参数的步骤，具体为电源结构及调节特性、负荷需求及负荷特性，新能源出力特性等。
[0086]
本发明所提出的确定储能电站容量和布局的分析方法，综合考虑系统的调峰需求和输电通道能力限制，从全社会角度梳理了储能电站的综合效益，结合全寿命周期成本，以储能加入系统后净效益最大确定储能电站的最优容量和合理布局。该方法能够全面评估储能电站加入系统后带来的效益，为储能电站规划和布局提供参考，对于提高输电通道利用效率，节约电网投资成本也具有一定的借鉴意义。
[0087]
下面通过仿真案例对确定储能电站的规划容量和布局方法进行具体说明，以对本发明的应用效果作进一步的说明。
[0088]
算例系统为西北某一省级电网，2025年全省需电量995亿kwh，最大负荷13300mw；电源规划总容量达到58400mw，其中光伏、风电、光热、水电、火电电源容量分别为24000mw、11000mw、1010mw、16480mw、5910mw；通过一条特高压直流输电通道将清洁能源送至我国中东部地区，输电电压等级为
±
800kv，输电规模8000mw，年外送电量约400亿kwh。
[0089]
测算采用的经济指标如下：储能电站暂考虑采用电化学储能电站，型式按锂离子电池，考虑储能技术进步和成本下降趋势，2025年锂离子电池成本按500元/kwh(储能时长按4h)，储能电站运行维护费率按0.5％，电池综合转换效益按90％，储能寿命按10年，基准贴现率按8.0％。发电标准煤耗按320g/kwh，标煤单价按800元/吨；火电单位投资按3500元/kw，运行维护费率按3％；输电通道单位投资按1000元/kw，运行维护费率按2％；环保效益参照碳交易市场运行价格，考虑未来价格走势，暂按100元/吨。
[0090]
根据实际电网结构，将全省电网分为西部、南部和东部三个区域，详见图2。西部电网与主网断面送电能力约5000mw，南部电网与主网断面送电能力约10000mw。西部地区布局新能源总规模约17000mw。
[0091]
储能安装容量拟定500mw(4h)～4000mw(4h)系列，由于新能源主要布局在南部和西部地区，安装位置考虑以下三种方案：储能全部布局在南部地区、储能全部布局在西部地区、储能平均布局在南部和西部地区。考虑不同储能安装容量和布局位置，2025年储能电站成本效益分析见表1。
[0092]
表1算例系统储能电站成本效益分析(不同储能安装容量和布局位置)
[0093]
储能装机50100150200250300350400一、储能年成本(万元)154033080646209616127701592418107821123224储能装机(万千瓦)50100150200250300350400储能时长(小时)44444444储能寿命(年)1010101010101010
二、储能年效益(万元)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
储能全部布局在南部36122585077941699208116805130083140196151833储能全部布局在西部4229275497108282137030159158179226195858208875储能平均布局在南部和西部4938771648977451267231495991704051856121995711.减少火电煤耗(万吨)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
储能全部布局在南部21385467818896103储能全部布局在西部25476685100113125133储能平均布局在南部和西部27436181961091201302.替代火电装机(万千瓦)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
储能全部布局在南部2030405562758090储能全部布局在西部253553607590100110储能平均布局在南部和西部36365360708089973.替代输电通道(万千瓦)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
储能全部布局在南部5050505050505050储能全部布局在西部50100150200200200200200储能平均布局在南部和西部501001001501752002002004.减少碳排放(万吨)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
储能全部布局在南部55100141174210229249268储能全部布局在西部65123172222260294325347储能平均布局在南部和西部71112160210249283311337三、储能年净效益(万元)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
储能全部布局在南部2071927701332073759639790376653237528610储能全部布局在西部2688944691620747541882143868088803785652储能平均布局在南部和西部3398440842515366511272585779887779276348
[0094]
结果表明，若储能电站全部布局在南部地区，储能电站容量2500mw(4h)时系统净效益最大，若储能电站全部布局在西部地区，储能电站容量3000mw(4h)时系统净效益最大，若储能电站全部布局在南部地区，储能电站容量3500mw(4h)时系统净效益最大。
[0095]
综合来看，对于该电网来说，由于西部地区新能源规模大，与主网联网通道能力有限，弃电较多，储能电站容量3500mw(4h)，全部布局在西部地区，减少新能源弃电效果最明显，节约系统煤耗最为显著，同时替代火电装机和通道效益最大，减少碳排放效益最多，国民经济性最好。
[0096]
如图4所示，本发明的另一目的在于提出一种确定储能电站容量和布局的分析系统，其特征在于，包括：
[0097]
划分模块，用于根据实际或规划网架结构划分若干个区域，设定区域间联络通道输电能力；
[0098]
拟定计算模块，用于拟定储能电站容量和布局方案系列，通过生产模拟计算储能电站年费用和综合效益；进而计算储能电站净效益；
[0099]
输出模块，用于按净效益最大确定储能电站容量和布局方案。
[0100]
如图5所示，本发明第三个目的是提供一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述确定储能电站容量和布局的分析方法的步骤。
[0101]
本发明第四个目的是提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述确定储能电站容量和布局的分析方法的步骤。
[0102]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0103]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0104]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0105]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0106]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
[0107]
以上内容是对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定发明的保护范围。