基于光伏發(fā)電工程的電力系統(tǒng)長(zhǎng)期規(guī)劃模型研究

李 固

（三峽新能源曲陽發(fā)電有限公司， 河北 保定 073100）

0 引言

光伏發(fā)電是一種逐漸流行的清潔能源技術(shù)，其將陽光轉(zhuǎn)化為電能，無需化石燃料，可大幅度減少溫室氣體的排放，對(duì)于實(shí)現(xiàn)全球碳排放的減少和氣候變化的應(yīng)對(duì)具有至關(guān)重要的作用[3]。近年來，全球光伏發(fā)電的規(guī)模不斷擴(kuò)大，其成本也在不斷降低，越來越多的國(guó)家和地區(qū)開始將其作為可持續(xù)和環(huán)保的能源發(fā)電方式，并且取得了顯著的成效[4]。

然而，光伏發(fā)電系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)依然面臨種種挑戰(zhàn)，包括成本高昂、技術(shù)難度大、地理空間有限等問題[5]。因此，如何全面優(yōu)化光伏發(fā)電系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和運(yùn)行成為研究所關(guān)注的重點(diǎn)。

1 基于光伏發(fā)電工程的電力系統(tǒng)長(zhǎng)期規(guī)劃模型數(shù)據(jù)來源

本研究基于光伏發(fā)電工程的電力系統(tǒng)長(zhǎng)期規(guī)劃模型，旨在探究如何快速響應(yīng)環(huán)境問題、改善社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益以及推進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的能源轉(zhuǎn)型。因此考慮從源網(wǎng)荷儲(chǔ)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)、基準(zhǔn)年數(shù)據(jù)、情景設(shè)置三個(gè)方面進(jìn)行深入研究，共同構(gòu)建基于光伏發(fā)電工程的電力系統(tǒng)長(zhǎng)期規(guī)劃模型。其模型構(gòu)建如圖1 所示。

圖1 基于光伏發(fā)電工程的電力系統(tǒng)長(zhǎng)期規(guī)劃模型

1.1 源網(wǎng)荷儲(chǔ)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)

通過對(duì)源網(wǎng)荷儲(chǔ)技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)的詳細(xì)分析和論述來研究光伏發(fā)電的電力系統(tǒng)長(zhǎng)期規(guī)劃模型已成為了迫切需要完成的任務(wù)。源網(wǎng)荷儲(chǔ)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)，是指光伏發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用中所必須考慮的各種技術(shù)和經(jīng)濟(jì)因素。在源方面，主要涉及電源特性、光伏潛力等因素，而在網(wǎng)、荷、儲(chǔ)方面，主要涉及輸電網(wǎng)特性、負(fù)荷曲線、儲(chǔ)能特性等因素。下面就這些因素逐一展開闡述。

1.1.1 源

在源方面，主要涉及電源特性、光伏潛力等因素。

其中電源特性包括裝機(jī)成本和運(yùn)行特性。裝機(jī)成本是指在安裝光伏發(fā)電裝置時(shí)所需要的成本，不僅包括材料費(fèi)，電器設(shè)備費(fèi)等，也包括人工費(fèi)等相關(guān)費(fèi)用。光伏發(fā)電由于其技術(shù)含量的增加以及數(shù)量的增多使得裝機(jī)成本逐步降低。但是，光伏發(fā)電的排放強(qiáng)度較小，在環(huán)保方面有很大優(yōu)勢(shì)。在運(yùn)行特性方面，光伏發(fā)電結(jié)果具有波動(dòng)性和季節(jié)性，因此它需要運(yùn)行合理的調(diào)峰措施來保證電網(wǎng)的穩(wěn)定性與長(zhǎng)久性。光伏資源的利用小時(shí)數(shù)是衡量光伏發(fā)電效率的指標(biāo)，可以根據(jù)光伏發(fā)電的潛力來預(yù)測(cè)得到。最后，地理位置也是光伏發(fā)電需要考慮的一個(gè)方面，只有選擇在有效的區(qū)域內(nèi)建設(shè)光伏發(fā)電站，才能更有效地發(fā)揮其作用。

光伏潛力是指光伏發(fā)電潛在的資源量，包括太陽輻射量、大氣阻擋顆粒等對(duì)光伏電池發(fā)電的影響。供應(yīng)曲線是直接反映了光伏發(fā)電站的潛力形態(tài)的，資源潛力是指光伏發(fā)電在特定（經(jīng)濟(jì)、政治）條件下被開發(fā)的潛力，而出力曲線刻畫光伏發(fā)電機(jī)組容量下輸出功率的特點(diǎn)。

1.1.2 網(wǎng)

輸電網(wǎng)是光伏電力系統(tǒng)中不可或缺的一部分，而它涉及的建設(shè)成本、線路類型以及地理位置等因素是其中最為關(guān)鍵的。光伏發(fā)電時(shí)常伴有特征光變化，如電壓波動(dòng)、電網(wǎng)穩(wěn)定性副作用較大等，傳統(tǒng)輸電技術(shù)難以滿足其輸電規(guī)律，因此需要對(duì)輸電網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行更新，保證光伏電力的穩(wěn)定輸送。

1.1.3 荷

負(fù)荷曲線是指在特定時(shí)間范圍內(nèi)負(fù)荷變化規(guī)律的曲線。由于光伏發(fā)電的特性所決定，它依賴于光線和天氣的上升和下降，和負(fù)荷曲線的匹配性較差，而新型負(fù)荷則具有更強(qiáng)的靈活性，可以通過需求側(cè)減產(chǎn)、油氣燃?xì)獯娴确绞秸{(diào)節(jié)。相應(yīng)地，這需要光伏發(fā)電電網(wǎng)應(yīng)根據(jù)實(shí)際負(fù)荷變化情況建立相應(yīng)的負(fù)荷曲線預(yù)測(cè)模型，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1.1.4 儲(chǔ)

儲(chǔ)能技術(shù)是對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)上的不穩(wěn)定性進(jìn)行調(diào)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)。與傳統(tǒng)發(fā)電的較小儲(chǔ)能比較，光伏發(fā)電儲(chǔ)能不僅需要具備足夠大的使用容量，還必須有合適的特性及建設(shè)地點(diǎn)。因?yàn)楣夥鼉?chǔ)能系統(tǒng)是一個(gè)高成本的設(shè)備，需要合理規(guī)劃投入與收益之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)其成本效益的最大化。

1.2 基準(zhǔn)年數(shù)據(jù)

基于光伏發(fā)電工程的電力系統(tǒng)長(zhǎng)期規(guī)劃模型的建立，基準(zhǔn)年數(shù)據(jù)是建立基準(zhǔn)的重要數(shù)據(jù)來源。在光伏發(fā)電的基準(zhǔn)年數(shù)據(jù)中，需要了解每個(gè)區(qū)域的光伏發(fā)電情況、電網(wǎng)側(cè)的輸電線路容量及類型等信息。

1）對(duì)于各區(qū)域發(fā)電側(cè)的光伏發(fā)電數(shù)據(jù)，需要考慮以下幾點(diǎn)。首先是每個(gè)區(qū)域的光伏發(fā)電容量，即每個(gè)區(qū)域所擁有的光伏板的數(shù)量和種類。其次是光伏發(fā)電的發(fā)電效率，即光伏板的轉(zhuǎn)換效率。隨著技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)成本的降低，新型光伏板的效率逐漸提高，因此需要對(duì)不同種類的光伏板的效率進(jìn)行分析和比較，以便更好地估算各區(qū)域的光伏發(fā)電能力。此外，還需要考慮光伏發(fā)電的可持續(xù)性，包括資源的可利用性、天氣等因素的影響等。

2）對(duì)于各區(qū)域電網(wǎng)側(cè)的輸電線路容量及類型，也需要進(jìn)行詳細(xì)的研究。輸電線路的容量和類型是電力系統(tǒng)能否有效運(yùn)行的重要因素。不同種類和容量的輸電線路會(huì)對(duì)供電能力和穩(wěn)定性產(chǎn)生不同的影響。因此，需要對(duì)各區(qū)域的輸電線路類型、容量、長(zhǎng)度、截面積等參數(shù)進(jìn)行分析和比較，以便更好地估算各區(qū)域的電網(wǎng)容量和供電能力。

1.3 情景設(shè)置

基于光伏發(fā)電工程的電力系統(tǒng)長(zhǎng)期規(guī)劃模型的建立與情景設(shè)置密切相關(guān)。情景設(shè)置是預(yù)測(cè)未來可能出現(xiàn)的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和技術(shù)等因素的方法，通過對(duì)這些因素的考慮和分析，可以為制定未來的規(guī)劃方案提供支持和參考，保證電力系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。在基于光伏發(fā)電工程的電力系統(tǒng)長(zhǎng)期規(guī)劃模型中，情景設(shè)置主要包括政策目標(biāo)、經(jīng)濟(jì)假設(shè)、折現(xiàn)率/利率、碳稅、燃料價(jià)格、技術(shù)投資成本、負(fù)荷預(yù)測(cè)等。

首先，情景設(shè)置需要考慮如政策環(huán)境、市場(chǎng)需求等因素。政策環(huán)境是影響光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最重要因素之一。政策法規(guī)、政府補(bǔ)貼等措施對(duì)光伏發(fā)電的發(fā)展具有重要影響，對(duì)其進(jìn)行深入分析和研究，可以更好地規(guī)劃未來的發(fā)展方向。

其次，經(jīng)濟(jì)假設(shè)是情景設(shè)置中最基本的一環(huán)，也是最為重要的一個(gè)因素。經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變化對(duì)電力系統(tǒng)的發(fā)展具有重要的影響，特別是對(duì)光伏發(fā)電這種新型能源的發(fā)展具有直接的影響。因此，需要對(duì)不同經(jīng)濟(jì)情況下光伏發(fā)電的發(fā)展趨勢(shì)、投資力度等因素進(jìn)行分析和研究，以便更好地制定未來的規(guī)劃方案。

再次，折現(xiàn)率/利率是情景設(shè)置中另一個(gè)十分關(guān)鍵的因素。折現(xiàn)率/利率的變化直接影響到光伏發(fā)電的投資回報(bào)率、成本效益等，因此需要對(duì)不同折現(xiàn)率/利率對(duì)光伏發(fā)電的發(fā)展影響進(jìn)行分析和研究。同時(shí)，還需要對(duì)不同的融資方式、不同的子發(fā)電系統(tǒng)投資回報(bào)率進(jìn)行綜合考慮和比較，以便更好地控制投資風(fēng)險(xiǎn)和制定可持續(xù)性的規(guī)劃方案。

最后，負(fù)荷預(yù)測(cè)是情景設(shè)置中十分重要的一個(gè)因素。負(fù)荷預(yù)測(cè)是預(yù)測(cè)未來電力需求的重要方法，光伏發(fā)電的負(fù)載預(yù)測(cè)對(duì)電力系統(tǒng)的發(fā)展具有直接的影響。對(duì)光伏發(fā)電的負(fù)荷預(yù)測(cè)進(jìn)行詳盡的分析和研究，對(duì)實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的長(zhǎng)期規(guī)劃具有至關(guān)重要的作用。

2 基于光伏發(fā)電工程的電力系統(tǒng)長(zhǎng)期規(guī)劃模型

基于光伏發(fā)電工程的電力系統(tǒng)長(zhǎng)期規(guī)劃模型的設(shè)計(jì)需要考慮多種因素，其中包括總成本最小和約束條件兩種思路。首先，總成本最小是基于經(jīng)濟(jì)考慮所設(shè)立的目標(biāo)，其目的是最大程度地降低電力系統(tǒng)的總成本。針對(duì)這個(gè)目標(biāo)，需要考慮光伏發(fā)電在總體能源結(jié)構(gòu)中所占的比例，以及如何優(yōu)化光伏發(fā)電的調(diào)度運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)在保證電力平衡的前提下，光伏發(fā)電的最優(yōu)輸出，并且在光伏發(fā)電的經(jīng)濟(jì)效益上取得最大利益，從而實(shí)現(xiàn)最小成本。

其次，約束條件是基于電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中所面臨的各種約束條件設(shè)立的目標(biāo)。例如，儲(chǔ)能設(shè)備的運(yùn)行約束需要考慮儲(chǔ)能容量和充放電速率，以及與光伏發(fā)電的協(xié)調(diào)運(yùn)行；區(qū)域電量平衡需要通過合理安排光伏發(fā)電的調(diào)度來實(shí)現(xiàn)；電網(wǎng)投資約束需要綜合考慮不同地域的需求和可行性等因素。

需要注意的是，約束條件是多種多樣的，并且在不同條件的影響下，基于光伏發(fā)電工程的電力系統(tǒng)長(zhǎng)期規(guī)劃模型的設(shè)計(jì)需要充分考慮各種因素的綜合影響。例如，在儲(chǔ)能設(shè)備與光伏發(fā)電之間的搭配中，需要考慮不同儲(chǔ)能設(shè)備的功率和容量特性，以及光伏發(fā)電的輸出變化，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)協(xié)調(diào)運(yùn)行；在區(qū)域電量平衡方面，需要通過光伏發(fā)電的可預(yù)測(cè)性和調(diào)度靈活性，結(jié)合區(qū)域的用電需求，來平衡電量供需；在電網(wǎng)投資約束方面，需要考慮不同地域的負(fù)荷和光伏資源的特點(diǎn)，以及新舊電網(wǎng)設(shè)施的更新和升級(jí)情況，來制定電網(wǎng)規(guī)劃和投資計(jì)劃。

3 基于光伏發(fā)電的電力系統(tǒng)長(zhǎng)期規(guī)劃方案

基于光伏發(fā)電工程的電力系統(tǒng)長(zhǎng)期規(guī)劃模型可以通過全面優(yōu)化電力系統(tǒng)的資源配置，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展，最終為光伏發(fā)電規(guī)劃提供方案。

首先，需要考慮電源規(guī)劃。電源規(guī)劃的關(guān)鍵是確定裝機(jī)容量、利用小時(shí)和地理位置等。在光伏發(fā)電規(guī)劃中，建議在富有光照資源的地區(qū)建設(shè)光伏電站。同時(shí)，需要根據(jù)光伏發(fā)電的技術(shù)參數(shù)，確定裝機(jī)容量和利用小時(shí)。考慮在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中的發(fā)電能力，來重點(diǎn)發(fā)展光伏電站的電功率。此外，地理位置還需要考慮到用電需求和差異化需求，以保障供電質(zhì)量。

其次，煤電退役是光伏發(fā)電規(guī)劃中的重要環(huán)節(jié)。為了可以減少煤電的使用，需要根據(jù)現(xiàn)有的煤電容量，確定合理的退役規(guī)劃。建議逐步減少煤電容量，并且在煤電退役過程中，采用多種方法，包括退役容量、退役路徑和退役成本等因素。此舉可以在不斷地確保用電質(zhì)量的同時(shí)，采取措施減少煤電的使用，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的雙重效益。

在輸電網(wǎng)規(guī)劃方面，需要考慮建設(shè)容量、線路類型和地理位置等因素。建議應(yīng)根據(jù)光伏發(fā)電的分布情況建設(shè)輸電線路，以實(shí)現(xiàn)電力平衡。同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)推進(jìn)清潔能源的目標(biāo)，還建議盡可能使用可再生能源輸電線路，如輸電線路的構(gòu)建和運(yùn)行成本不高，同時(shí)可以降低碳排放量。

儲(chǔ)能規(guī)劃方面，需要考慮建設(shè)容量、運(yùn)行特性和地理位置等因素。為了解決光伏發(fā)電不能平穩(wěn)連續(xù)發(fā)電的問題，建議設(shè)置儲(chǔ)能裝置，以穩(wěn)定電力系統(tǒng)的供能。在儲(chǔ)能規(guī)劃中，還需要考慮儲(chǔ)能裝置的運(yùn)行特性和地理位置，以保證儲(chǔ)能效果的最優(yōu)化。

最后，還需要進(jìn)行影響分析。影響分析是基于光伏發(fā)電工程的電力系統(tǒng)長(zhǎng)期規(guī)劃模型中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。影響分析可以評(píng)估光伏發(fā)電的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和可持續(xù)性等方面的影響。具體建議從電源成本、運(yùn)行成本和碳排放等角度進(jìn)行分析，以評(píng)估光伏發(fā)電的綜合效益和經(jīng)濟(jì)效益檢驗(yàn)。

4 結(jié)論

在如何規(guī)劃好光伏電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方案并保證其可持續(xù)發(fā)展等問題的解決上，建立光伏發(fā)電的長(zhǎng)期規(guī)劃模型是非常重要的。本研究基于光伏發(fā)電工程的電力系統(tǒng)長(zhǎng)期規(guī)劃模型，利用源網(wǎng)荷儲(chǔ)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)、基準(zhǔn)年數(shù)據(jù)以及情景設(shè)置，針對(duì)光伏發(fā)電的發(fā)展進(jìn)行了系統(tǒng)性的分析。經(jīng)過模型的建立和優(yōu)化，成功得出了一個(gè)光伏發(fā)電規(guī)劃方案。

結(jié)果表明，該光伏發(fā)電規(guī)劃方案明確了光伏發(fā)電的裝機(jī)容量、利用小時(shí)以及地理位置等多個(gè)方面的問題。同時(shí)，在煤電退役方面考慮了退役容量、退役路徑以及退役成本等因素，以保證實(shí)現(xiàn)環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益的雙重目標(biāo)。在輸電網(wǎng)規(guī)劃方面，也考慮了建設(shè)容量、線路類型以及地理位置等因素，以實(shí)現(xiàn)電力平衡和碳排放的減少。而在儲(chǔ)能規(guī)劃方面，考慮建設(shè)容量、運(yùn)行特性以及地理位置等因素，以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的供能穩(wěn)定性。