储能与风电协同利用对风电并网和碳排放的影响

【摘要】：能源危机和气候恶化使得包括风能在内的可再生能源的开发迅速发展。可再生能源的间歇性使得原来只在负荷侧存在随机不确定性的电网的发电侧也出现了随机波动性。规模化新能源电力的利用需要在随机波动的负荷需求与随机波动的电源之间实现供需平衡,从而使得电网面临新的挑战。风力发电并网是风能大规模开发利用的有效途径,而电网调峰能力是制约风电消纳的主要因素,不可控的风电机组出力随机减少时,可调节机组必须增加出力以弥补有功缺额；风电机组出力随机增加时,可调节机组必须降低出力以满足电网发电负荷平衡。研究电网风电接纳能力即在满足负荷需求与电源之间供需平衡的条件下,尽可能减少电网弃风。 研究电网风电接纳能力,首先要研究风电出力与负荷的相关性和风电并入电网对电网调峰能力的影响；其次研究调峰对风电接纳能力的影响以及如何提高电网调峰能力以提高风电接入能力。本文针对如何协调风电与储能系统的运行,选择集中式储能-抽水蓄能和分散式储能-电动汽车与风电的协同利用,并深入研究协同利用对电网风电接纳能力和碳排放水平的影响,在能源危机和气候恶化的今天具有较大的理论价值和现实意义。针对风电并网对电网调峰能力的影响和储能与风电的协同利用,本文主要工作如下 1)研究风电并网对电网调峰能力的影响。通过计算风电容量因数和负荷功率的相关系数,考察风电的反调峰特性。通过对山东电网的分析,冬季风电的反调峰特性最为严重；等效负荷峰谷差率不仅与相关系数有关,还与风电容量因数均值有关,且春季峰谷差率增加百分点最大,风电并网增加了电网的调峰压力；在夜间低负荷而风电出力增加时段,常规机组出力已经处于较低水平,当达到调节范围的下限,富余的风电不能接入,常规机组的最低出力约束成为限制风电并网的最主要因素。 2)研究风电-抽水蓄能协同利用对电网风电接纳能力和碳排放的影响。建立风电-抽水蓄能协同利用的数学模型,以风电利用率和风电电量占比为指标考察抽水蓄能参与调峰及其容量配置对电网风电接纳能力的影响,并分析随着抽水蓄能容量的增加抽水蓄能电站利用效率降低的原因。电网风电接纳能力还存在季节性差异,并且在风电装机容量较大且超过常规电源参与调峰时电网的风电接纳能力时,抽水蓄能才能发挥与风电协同利用的作用,抽水蓄能与风电协同利用是实现风电规模化并网的有效手段。研究抽水蓄能与风电协同利用对电网碳排放水平的影响,首先计算单位电量火电CO2排放因子,进而计算不同运行策略下的年碳减排量。 3)研究风电-电动汽车协同利用对电网风电接纳能力和碳排放的影响。建立风电-电动汽车协同利用的数学模型,并分析风电-电动汽车协同利用对电网风电接纳能力的影响,协同利用充电模式能够提高风电接入能力和实现CO2减排。风电-电动汽车协同利用对电网的影响存在季节性差异,并与电动汽车数量和风电装机容量有关,显示了协同利用在实现电动汽车和风电规模化并网方面的有效性。对于交通领域的碳减排,将协同利用而增加的风电上网电量作为电动汽车的贡献,协同利用时电动汽车充电单位电量碳排放水平低于自由充电模式,并计算了不同车型和充电模式下电动汽车相对于燃油汽车的百公里减排量和年碳减排量。 【关键词】：风电 调峰能力 抽水蓄能 电动汽车 协同利用
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 课题研究的意义12-13
• 1.2 课题研究的现状13-16
• 1.2.1 风电接纳能力的研究现状13-14
• 1.2.2 碳排放的研究现状14-15
• 1.2.3 协同运行策略的研究现状15-16
• 1.3 本文的主要工作16-18
• 第二章 电网调峰能力对风电并网的制约18-24
• 2.1 风电容量因数和负荷功率的相关系数18-20
• 2.2 负荷与等效负荷峰谷差率20-21
• 2.3 机组的最低出力约束限制风电并网功率21-22
• 2.4 本章小结22-24
• 第三章 风电-抽水蓄能协同利用对风电并网和碳排放的影响24-38
• 3.1 风电-抽水蓄能电站协同利用系统模型24-26
• 3.2 风电-抽水蓄能协同利用对电网风电接纳能力的影响26-34
• 3.2.1 不同季节典型日下电网风电接纳能力26-28
• 3.2.2 抽水蓄能参与调峰及其容量配置对电网风电接纳能力的影响28-32
• 3.2.3 不同风电装机容量下的电网风电接纳能力32-34
• 3.3 风电-抽水蓄能电站协同利用对电网碳排放的影响34-37
• 3.3.1 单位火电CO_2排放水平34-36
• 3.3.2 抽水蓄能参与调峰及不同抽水蓄能容量下碳减排效益36-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第四章 风电-电动汽车协同利用对风电并网和碳排放的影响38-60
• 4.1 风电-电动汽车协同利用系统模型38-40
• 4.2 电动汽车充电模式40-44
• 4.2.1 电动汽车自由充电模式42-43
• 4.2.2 风电-电动汽车协同利用充电模式43-44
• 4.3 风电-电动汽车协同利用对风电并网的影响44-50
• 4.3.1 不同充电模式下电网风电接纳能力44-45
• 4.3.2 不同季节典型日下电网风电接纳能力45-46
• 4.3.3 电动汽车数量对电网风电接纳能力的影响46-48
• 4.3.4 不同风电装机容量下的电网风电接纳能力48-50
• 4.4 风电-电动汽车协同利用对碳排放的影响50-58
• 4.4.1 风电-电动汽车协同利用对电网碳排放水平的影响50-53
• 4.4.1.1 不同充电模式下电网碳排放水平50-51
• 4.4.1.2 电动汽车数量对电网碳减排量的影响51-53
• 4.4.2 风电-电动汽车协同利用对交通领域碳排放水平的影响53-58
• 4.4.2.1 协同利用时单位电动汽车充电电量碳排放水平53-54
• 4.4.2.2 电动汽车百公里碳减排量54-55
• 4.4.2.3 电动汽车年碳减排量55-56
• 4.4.2.4 电动汽车数量对交通领域碳减排的影响56-57
• 4.4.2.5 不同风电装机容量下交通领域碳减排量57-58
• 4.5 本章小结58-60
• 第五章 结论与展望60-62
• 参考文献62-68
• 致谢68-70
• 攻读硕士学位期间所发表的论文及参与的项目70-71
• 学位论文评阅及答辩情况表71

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