中國儲能網(wǎng)訊：
1 研究背景
在西部地區(qū)沙漠、戈壁、荒灘等區(qū)域建設大型新能源基地是實現(xiàn)“雙碳”目標的重要舉措，推進大規(guī)模高比例新能源開發(fā)外送是推動全國清潔能源資源優(yōu)化配置、保障中長期電力供應的必然選擇。本文首先探究“雙碳”目標下新能源基地如何實現(xiàn)經(jīng)濟、穩(wěn)定的電力外送，采用日前-日內兩階段多時間尺度優(yōu)化構建煤電、抽蓄、電化學儲能協(xié)同新能源機組外送的調度方案，然后考慮不同省間交易模式下新能源基地收益情況，并分析不同交易模式下各參與主體的貢獻與成本。最后基于外送調度計劃對協(xié)同外送中各主體的成本及貢獻進行分析，提出不同收益-成本比下的效益分配方案，以期為新能源基地源-儲協(xié)同外送調度、省間交易決策及收益分配提供參考。
2 研究意義
當前多主體合作外送調度優(yōu)化研究主要考慮不同主體的運行曲線優(yōu)化，僅有較少文獻考慮了電力外送在時間上的安排，但新能源發(fā)電的隨機性必然要求在多時間尺度上對外送曲線進行規(guī)劃，如日前需對日內外送計劃進行安排，日內需考慮風電、光伏發(fā)電預測值的變動。其次，當前缺少對新能源基地外送交易的研究，大部分研究通過設置固定外送價格計算外送收益，未結合省間電力市場發(fā)展的情況。最后，現(xiàn)有利益分配方法的本質均基于主體的貢獻度進行分配，但不同主體提供相同價值的成本可能存在不同，僅考慮價值貢獻的分配方式對實際應用中的利益分配是否適用需要進行考量。
3 重點內容
1）新能源發(fā)電特性分析。
風電發(fā)電功率取決于自然來風的風速。風速的影響因素包括壓力梯度力、科里奧利效應、摩擦、溫度和地形等，構建目標日與歷史日的相關關系判斷式，根據(jù)與目標日相似的歷史日每小時風速波動情況刻畫目標日每小時風速波動上、下限值。
光伏發(fā)電的功率主要取決于太陽輻射的強度，太陽輻射越強，光伏發(fā)電功率越高。每小時的太陽輻射強度的影響因素包括太陽高度角、海拔高度、天氣狀況、大氣透明度、大氣污染程度等，其中天氣狀況主要指云層分布情況。針對某一地區(qū)的太陽輻射，對影響太陽輻射強度的不同相關因素建立映射數(shù)據(jù)庫，構建考慮天氣狀況、大氣透明度和大氣污染程度的特征指標體系，與目標日相似度大于80%的樣本日認定為相似日，根據(jù)所有相似日太陽輻射強度波動情況刻畫目標日每小時太陽輻射強度波動上、下限值。
2）源-儲協(xié)同外送調度優(yōu)化。
考慮新能源的波動性，新能源基地以風電和光伏機組發(fā)電為主，通過配套建設電化學儲能、調用省內煤電機組和抽蓄電站調節(jié)等源-儲協(xié)同方式平抑新能源發(fā)電波動，使得聯(lián)合外送出力滿足外送負荷需求，保證電力外送的安全性與穩(wěn)定性?？紤]新能源的隨機性，需在不同時間周期對外送機組調度進行逐步優(yōu)化。
日前，對新能源出力進行預測，根據(jù)預測值及新能源出力上下限值，對電能量與備用容量聯(lián)合優(yōu)化，確定各機組基礎外送功率、煤電機組與抽蓄機組的租賃容量。
日內，參照省內電力市場的交易時間尺度，對新能源出力進行15分鐘尺度的預測，為確保每時刻打捆外送計劃與新能源實際出力契合，隨著時間的逼近，以4小時為周期不斷滾動調整對新能源的預測并同步優(yōu)化煤電機組與抽蓄電站的運行曲線。
外送的目的在于獲取收益，故外送調度時首先需考慮經(jīng)濟性。外送合約的價格通常由買賣雙方協(xié)商確定，故以外送成本最小為目標。沙戈荒能源基地以新能源發(fā)電為主，促進新能源機組代替高能耗機組是實現(xiàn)雙碳目標的重要舉措，故在外送調度時還考慮新能源消納最大，即棄風棄光最小。
圖1 日前-日內多時間尺度外送調度優(yōu)化模型
3）綜合收益分析及效益分配。
新能源基地參與省間外送交易有兩種模式。一種為直接參與省間綠電交易，以中長期交易方式為主，簽署合約明確每個時段的輸送電量，全部電量以綠電價格結算，此時由于新能源發(fā)電不穩(wěn)定所產生的調節(jié)成本由輸送方自行承擔。另一種為參與常規(guī)省間電能量交易，以中長期交易方式為主，全部電量按省間常規(guī)電能量合約結算，根據(jù)輸送方新能源并網(wǎng)電量核發(fā)綠證，綠證通過掛牌交易出售給其他企業(yè)獲得收益。由于碳市場的建立和發(fā)展，以省為單位，接收方接收外來電力可減少本省內火電發(fā)電碳排放，煤電外送存在增量碳排放成本，需對煤電機組電量外送的增量碳排放成本進行額外補償。電化學儲能與抽水蓄能電站通過充、放電增加新能源利用率，進而增加電能量外送收益與綠證收益。
圖2 新能源省間外送交易模式
對不同省間外送交易模式下各主體的成本與價值貢獻進行分析，總結如表1。
表1 不同省間外送交易模式下各主體成本、價值貢獻分析
4）算例結果。
以正在投建的庫布齊沙漠新能源基地為參考，按照風光火儲1∶2∶1∶1的比例設定算例參數(shù)。風電機組裝機200萬kW，光伏機組裝機 400萬kW，可用于外送的煤電裝機200萬kW，儲能機組裝機200萬kW，內蒙省內已建成抽水蓄能電站裝機容量為12萬kW，根據(jù)比例設定可租用抽蓄容量6萬kW。
圖3 日前外送調度計劃
圖4 日內調度方案
表2 交易情景設計
圖5 同情景下兩種交易模式收益情況
圖6 兩種分配策略下各主體收益分配結果
圖7 各主體外送成本價值比較
4 結論與展望
基于新能源發(fā)電特性構建了源-儲協(xié)同外送調度優(yōu)化模型，考慮現(xiàn)有省間交易市場，分析了不同交易模式下合作外送的收益。基于外送調度情況，梳理計算兩種交易模式下各主體的成本與價值，最后分析不同交易模式下基于成本分配和基于價值分配兩種分配策略的適用性，得到如下結論：
1）從日前-日內兩個階段、1h-15min多個時間尺度，構建多目標滾動優(yōu)化模型可以使外送調度計劃更好地契合新能源發(fā)電的波動性和隨機性。
2）新能源基地在選擇參與外送交易時需綜合考慮綠電價格、綠證價格與綠證成交概率。在綠證價格不變的情況下，存在綠電價格的臨界點使得參與省間綠電交易收益低于參與常規(guī)外送交易收益，本文算例中的臨界價格為0.4161元/千瓦時。綠證成交概率隨著綠證價格的增加而減小，綠證交易主要采用掛牌方式，價格由買方自主決定，定價需綜合考慮綠證交易收益的期望值。
3）合作外送主體可根據(jù)總成本與總收益的關系，選擇基于成本和基于價值的兩種分配策略。如，煤電機組與抽蓄電站的成本較高，在兩種交易模式下煤電、抽蓄價值占比均小于其成本占比。以本文算例結果為例，為保證合作主體的成本可以得到滿足，根據(jù)總成本與總收益關系，參與省間綠電交易時，當收益大于等于1.8805倍的成本可選擇基于價值的分配策略，參與常規(guī)外送交易時，當收益大于等于2.9118倍的成本可選擇基于價值的分配策略。
當前新能源建設基地中還有考慮壓縮空氣儲能、氫儲能等新型儲能技術，本文尚未考慮各類新型儲能技術的加入對新能源基地外送穩(wěn)定性和經(jīng)濟性的影響。同時，省間現(xiàn)貨交易機制逐步完善，省間中長期+省間現(xiàn)貨交易機制下新能源基地外送交易策略還需進一步研究。
