一种用于多可再生能源发电系统的储能设备容量优化方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于多可再生能源发电系统的储能设备容量优化方法，充分考虑电转气设备的投资成本、年运维成本、年卖气收益、电‑气联合运行网络约束，采用变权重的粒子群优化算法对电转气储能设备系统的投资模型进行优化求解，最终得到电转气设备的最优容量配置；这样通过引入最优投资回报率对电转气设备的容量进行配置，能有效地降低多可再生能源发电基地的弃风弃光率，并提高储能设备的投资回报率。

A capacity optimization method of energy storage equipment for multi renewable energy power generation system

【技术实现步骤摘要】
一种用于多可再生能源发电系统的储能设备容量优化方法
本专利技术属于新能源
，更为具体地讲，涉及一种用于多可再生能源发电系统的储能设备容量优化方法。
技术介绍
近年来，我国的风机装机总容量已居世界前列，高容量的装机同样带来了许多问题，其中我国的弃风消纳问题极为严峻，据统计，2016年全年风电弃量497亿kWh，是2010年全国风电弃量的4倍，平均弃风率达到17.1％，其中甘肃省弃风率更是高达43％；光伏发电的弃光现象也很突出，2016年某五省区的弃光量增长了50％，达到70.42亿kWh。因此目前急需寻求新的途径来解决国内新能源消纳困难的问题。与此同时，能源互联网的提出为可再生能源的消纳提供了新的解决途径。燃气作为一种重要的能量存在形式，近年来的需求量日益增加，依托电转气技术的快速发展，加上庞大完善的燃气地下运输存储设施为弃风弃光的消纳提供了很好的解决途径。日渐成熟的电转气技术实现了电能向天然气的转换，从而使得电力系统和天然气系统得以闭环互联，拓展了电力-天然气互联系统在能源协调优化方面的应用前景，从而改善系统运行的灵活性，并提高其新能源的接纳能力。但现目前电转气技术的投资成本依旧居高不下，较少的容量配置会造成新能源消纳比例过低，浪费大量可再生能源；过多的容量配置也会造成建设初期投资困难及资源浪费。因此，电转气设备的容量优化配置能够使新能源消纳比例与投资收益率达到一个相对的平衡。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于多可再生能源发电系统的储能设备容量优化方法，充分考虑电转气设备的投资成本、年运维成本、年卖气收益、电-气联合运行网络约束，得到电转气设备的最优容量配置。为实现上述专利技术目的，本专利技术一种用于多可再生能源发电系统的储能设备容量优化方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、以某地多可再生能源发电基地项目为参考，建立包括电转气储能设备的多可再生能源发电系统；(2)、获取该地区系统一年的风速、光照、电力及天然气负荷需求数据，绘制出风机功率曲线、光伏功率曲线、电力负荷功率曲线及天然气负荷流量曲线，从而计算出需要向电力网络提供的电能及过剩的可再生能源总量及分布状况，然后制定电转气储能设备的能量管理策略；(3)、基于电转气储能设备的能量管理策略，构建电转气储能设备的投资回报率的最优模型(3.1)、构建电转气设备的出力模型；其中，Gs,P2G(t)表示t时刻电转气设备的产气速率，λ为常数，ηP2G表示电转气设备的能量转换效率，GHV表示天然气的热值，Pd,P2G(t)表示t时刻电转气设备的运行功率，Congas表示电转气设备年合成的天然气总量，T1为优化的总时刻数，Δt为相邻两时刻的间隔步长；(3.2)、计算电转气设备的投资成本及年运维成本：其中，TP2G表示电转气设备的投资成本，CP2G表示电转气设备的容量，PriP2G表示电转气设备的单位容量造价，Cop表示电转气设备的年运维成本，为比例系数；(3.3)、构建电转气设备的功率约束条件及容量约束条件：其中，Cwind和Csolar分别表示风机和光伏的装机容量；(3.4)、基于电转气设备的出力模型、投资成本、年运维成本及约束条件，构建电转气设备的最优投资回报率模型；其中，ROI表示最优投资回报率，TL表示电转气设备的生命周期，r表示贴现率，IP2G表示年卖气收益，其计算方法为：IP2G＝CongasPrigas其中，Prigas表示天然气的单位售价；(4)、利用变权重的粒子群优化算法对电转气设备的投资回报率的最优模型进行求解，得到电转气储能设备的最优投资回报率及此时的最优容量配置。本专利技术的专利技术目的是这样实现的：本专利技术一种用于多可再生能源发电系统的储能设备容量优化方法，充分考虑电转气设备的投资成本、年运维成本、年卖气收益、电-气联合运行网络约束，采用变权重的粒子群优化算法对电转气储能设备系统的投资模型进行优化求解，最终得到电转气设备的最优容量配置；这样通过引入最优投资回报率对电转气设备的容量进行配置，能有效地降低多可再生能源发电基地的弃风弃光率，并提高储能设备的投资回报率。同时，本专利技术一种用于多可再生能源发电系统的储能设备容量优化方法还具有以下有益效果：(1)、本专利技术通过在多可再生能源发电基地中加入电转气装置，使过剩的风电光电能够被转化为天然气并注入到现有的天然气管道中，提高了可再生能源发电的消纳比例；(2)、本专利技术充分考虑了电转气设备的投资成本、年运维成本、生命周期及年卖气收益，不仅提高了可再生能源的消纳比例，同时还为投资建造电转气工厂提供了经济性参考；(3)、本专利技术通过引入最优投资回报率对电转气设备的容量进行配置，能够有效地降低多可再生能源发电基地的弃风弃光率，并提高储能设备的投资回报率。附图说明图1是本专利技术一种用于多可再生能源发电系统的储能设备容量优化方法流程图；图2是多可再生能源发电系统的拓扑图；图3是变权重的粒子群优化算法对电转气设备的投资回报率的最优模型进行求解流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本专利技术。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本专利技术的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。实施例图1是本专利技术一种用于多可再生能源发电系统的储能设备容量优化方法流程图。在本实施例中，如图2所示，多可再生能源发电基地中风力发电站的装机容量设定为150MW，光伏发电站的装机容量设定为100MW，储能设备中电转气设备的生命年限TL设为20年，单位容量的造价范围设定为4800～9000RMB/kW，单位造价随容量的增加而降低，电转气设备的年运维成本设定为投资成本的5％，贴现率r为5％，电转气设备的能量转换效率设为80％，天然气的售卖价格为2.44RMB/m3，仿真步长设置为1h；下面我们结合图2，对本专利技术一种用于多可再生能源发电系统的储能设备容量优化方法进行详细描述，如图1所示，具体包括以下步骤：S1、建立多可再生能源发电系统以某地多可再生能源发电基地项目为参考，建立包括电转气储能设备的多可再生能源发电系统，多可再生能源发电系统采用电-气联合运行方式，主要包括：风力发电站、光伏发电站、火力发电站、燃气发电站、电转气设备、天然气气源、电力网络、燃气网络。在本实施例中，风力发电站和光伏发电站输出的能量优先满足电力网络的负荷需求，过剩的可再生能源发电能量通过电转气装置转化为合成天然气注入到现有的天然气管道中；当风力发电与光伏发电总量不能满足电力网络的负荷需求时，燃气发电站进行电能补偿；S2、制定电转气储能设备的能量管理策略获取该地区系统一年的风速、光照、电力及天然气负荷需求数据，绘制出风机功率曲线、光伏功率曲线、电力负荷功率曲线及天然气负荷流量曲线，从而计算出需要向电力网络提供的电能及过剩的可再生能源总量及分布状况，然后制定电转气储能设备的能量管理策略；S3、基于电转气储能设备的能量管理策略，构建电转气储能设备的投资回报率的最优模型S3.1、构建电转气设备的出力模型；其中，Gs,P2G(t)表示t时刻电转气设备的产气速率，λ为常数，ηP2G表示电转气设备的能量转换效率，GHV表示天然气的热值，Pd,P2G(t)表示t时刻电转气设备的运行功率，Con本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于多可再生能源发电系统的储能设备容量优化方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、以某地多可再生能源发电基地项目为参考，建立包括电转气储能设备的多可再生能源发电系统；(2)、获取该地区系统一年的风速、光照、电力及天然气负荷需求数据，绘制出风机功率曲线、光伏功率曲线、电力负荷功率曲线及天然气负荷流量曲线，从而计算出需要向电力网络提供的电能及过剩的可再生能源总量及分布状况，然后制定电转气储能设备的能量管理策略；(3)、基于电转气储能设备的能量管理策略，构建电转储能设备的投资回报率的最优模型(3.1)、构建电转气设备的出力模型；

【技术特征摘要】
1.一种用于多可再生能源发电系统的储能设备容量优化方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、以某地多可再生能源发电基地项目为参考，建立包括电转气储能设备的多可再生能源发电系统；(2)、获取该地区系统一年的风速、光照、电力及天然气负荷需求数据，绘制出风机功率曲线、光伏功率曲线、电力负荷功率曲线及天然气负荷流量曲线，从而计算出需要向电力网络提供的电能及过剩的可再生能源总量及分布状况，然后制定电转气储能设备的能量管理策略；(3)、基于电转气储能设备的能量管理策略，构建电转储能设备的投资回报率的最优模型(3.1)、构建电转气设备的出力模型；其中，Gs,P2G(t)表示t时刻电转气设备的产气速率，λ为常数，ηP2G表示电转气设备的能量转换效率，GHV表示天然气的热值，Pd,P2G(t)表示t时刻电转气设备的运行功率，Congas表示电转气设备年合成的天然气总量，T1为优化的总时刻数，Δt为相邻两时刻的间隔步长；(3.2)、计算电转气设备的投资成本及年运维成本：其中，TP2G表示电转气设备的投资成本，CP2G表示电转气设备的容量，PriP2G表示电转气设备的单位容量造价，Cop表示电转气设备的年运维成本，为比例系数；(3.3)、构建电转气设备的功率约束条件及容量约束条件：其中，Cwind和Csolar分别表示风机和光伏的装机容量；(3.4)、基于电转气设备的出力模型、投资成本、年运维成本及约束条件，构建电转气设备的最优投资回报率模型；其中，ROI表示最优投资回报率，TL表示电转气设备的生命周期，IP2G表示年卖气收益，其计算方法为：IP2G＝CongasPrigas其中，Prigas表示天然气的单位售价；(4)、利用变权重的粒子群优化算法对电转气设备的投资回报率的最优模型进行求...

【专利技术属性】
技术研发人员：李坚，胡维昊，黄琦，胡凯歌，张真源，井实，许潇，杜月芳，张蔓，曹迪，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51