考虑氢储能的电源结构确定方法及系统

技术领域

本发明属于电力保供及新能源消纳技术领域，涉及一种考虑氢储能的电源结构确定方法及系统。

背景技术

由于电力系统碳排放主要和各电源发电量有关，因此，远期电力行业低碳转型的重点是建立合理发电量结构，在保障全社会用电量的前提下，尽可能地减少化石能源发电量(火电发电量)。然而，在电力系统中，化石能源发电不仅承担提供电量的作用，还起到维持大负荷时刻电力平衡的托底保障作用，因此，如何在尽可能减少火电发电量的情况下保持系统全年电力平衡是目前亟需考虑的问题。

远期，除发电电源以外，调节型电源也是电力系统的重要组成部分。调节型电源主要包括以新型储能、抽水蓄能为主的短时储能和以燃氢电站(氢储能)为主的长周期跨季节调节电源。当电力系统全年电量平衡时，若出现短时或长周期电力保供问题，可通过短时或长周期调节型电源补全电力缺口，保证全年电力平衡。在此基础上，调节型电源还可进一步减少火电电量，促进新能源消纳。

因此，远期合理电源结构的重点是确定火电发电量以保证系统电量平衡；确定调节型电源(抽水蓄能、燃氢电站)的规模以保证系统电力平衡及新能源高效消纳，但现有技术中并未给出如何合理确定远期(2050年及以后)电源结构的技术手段。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种考虑氢储能的电源结构确定方法及系统，该方法及系统能够在保证系统电力平衡及新能源高效消纳的前提下，确定电源结构。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明一方面，本发明提供了一种考虑氢储能的电源结构确定方法，包括：

确定火电规模B；

以远期省级电网电力需求、水电、新能源、核电、地热能发电经济技术可开发资源上限以及火电规模B为边界条件，确定系统电力硬缺口；

在所述系统电力硬缺口的基础上，确定氢储能最低需求；

设定新能源利用率目标值，再在氢储能最低需求的基础上，得到若干氢储能与抽水蓄能规模的组合方案；

根据本省的实际需求，选取最优氢储能与抽水蓄能规模的组合方案；

根据所述火电规模B、水电、风电、光伏、核电、地热能发电经济技术可开发规模以及最优抽水蓄能C与抽水蓄能D的组合方案，构建电源结构。

本发明所述考虑氢储能的电源结构确定方法进一步的改进在于：

所述确定火电规模B的过程为：

以远期省级电网电量需求及水电、新能源、核电、地热能发电经济技术可开发资源上限为边界条件，开展年度电量平衡计算，确定全年最大电量缺口A；

根据所述全年最大电量缺口A确定火电规模B。

所述以远期省级电网电力需求、水电、新能源、核电、地热能发电经济技术可开发资源上限以及火电规模B为边界条件，确定系统电力硬缺口的过程为：

以远期省级电网电力需求、水电、新能源、核电、地热能发电经济技术可开发资源上限以及火电规模B为边界条件，开展全年生产模拟计算，得到全年最大电力缺口a；

通过火电补全所述全年最大电力缺口a，再以单位规模为步长逐级增加抽蓄，确定抽蓄饱和规模，以抽蓄饱和规模为边界，确定在抽蓄饱和规模下的系统电力硬缺口。

所述在所述系统电力硬缺口的基础上，确定氢储能最低需求的过程为：

在系统电力硬缺口的基础上，以单位容量为步长，逐级增加氢储能规模，直到全年电力平衡为止，得到氢储能最低需求。

本发明二方面，本发明提供了一种考虑氢储能的电源结构确定系统，包括：

第一确定模块，用于确定火电规模B；

第二确定模块，用于以远期省级电网电力需求、水电、新能源、核电、地热能发电经济技术可开发资源上限以及火电规模B为边界条件，确定系统电力硬缺口；

第三确定模块，用于在所述系统电力硬缺口的基础上，确定氢储能最低需求；

构建模块，用于设定新能源利用率目标值，再在氢储能最低需求的基础上，得到若干氢储能与抽水蓄能规模的组合方案；

选取模块，用于根据本省的实际需求，选取最优氢储能与抽水蓄能规模的组合方案；

组合模块，用于根据所述火电规模B、水电、风电、光伏、核电、地热能发电经济技术可开发规模以及最优抽水蓄能C与抽水蓄能D的组合方案，构建电源结构。

本发明所述考虑氢储能的电源结构确定系统进一步的改进在于：

所述确定火电规模B的过程为：

以远期省级电网电量需求及水电、新能源、核电、地热能发电经济技术可开发资源上限为边界条件，开展年度电量平衡计算，确定全年最大电量缺口A；

根据所述全年最大电量缺口A确定火电规模B。

所述以远期省级电网电力需求、水电、新能源、核电、地热能发电经济技术可开发资源上限以及火电规模B为边界条件，确定系统电力硬缺口的过程为：

以远期省级电网电力需求、水电、新能源、核电、地热能发电经济技术可开发资源上限以及火电规模B为边界条件，开展全年生产模拟计算，得到全年最大电力缺口a；

通过火电补全所述全年最大电力缺口a，再以单位规模为步长逐级增加抽蓄，确定抽蓄饱和规模，以抽蓄饱和规模为边界，确定在抽蓄饱和规模下的系统电力硬缺口。

所述在所述系统电力硬缺口的基础上，确定氢储能最低需求的过程为：

在系统电力硬缺口的基础上，以单位容量为步长，逐级增加氢储能规模，直到全年电力平衡为止，得到氢储能最低需求。

本发明三方面，本发明提供了一种计算机设备，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考虑氢储能的电源结构确定方法的步骤。

本发明四方面，本发明提供了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考虑氢储能的电源结构确定方法的步骤。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的考虑氢储能的电源结构确定方法及系统在具体操作时，设定新能源利用率目标值，再在氢储能最低需求的基础上，得到若干氢储能与抽水蓄能规模的组合方案，选取最优氢储能与抽水蓄能规模的组合方案在，再构建电源结构，所述电源结构包括所述火电规模B、水电、风电、光伏、核电、地热能发电经济技术可开发规模以及最优抽水蓄能C与抽水蓄能D的组合方案，从而在保证系统电力平衡及新能源高效消纳的前提下，确定电源结构。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为确定抽蓄饱和规模的示意图；

图2为确定氢储能最小规模的示意图；

图3为氢储能、抽蓄与利用率关系的示意图；

图4为氢储能、抽蓄与火电电量关系的示意图；

图5为90％利用率下氢储能与抽蓄关系的示意图；

图6为步骤1)的流程图；

图7为步骤2)和步骤3)的流程图；

图8为步骤4)的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

实施例一

本发明所述的考虑氢储能的电源结构确定方法包括以下步骤：

1)确定火电规模。

参考图6，以远期省级电网电量需求及水电、新能源、核电、地热能发电经济技术可开发资源上限为边界条件，开展年度电量平衡计算，确定全年最大电量缺口A。由于资源限制，电量缺口A只能由该地区火电提供，即年度火电发电量为A，根据所述电量缺口A确定火电规模B。

2)确定全年最大电力缺口。

参考图7，以远期省级电网电力需求及水电、新能源、核电、地热能发电经济技术可开发资源上限以及火电规模B为边界条件，开展全年8760生产模拟计算，得到全年最大电力缺口a；以火电补全电力缺口，以单位规模为步长逐级增加抽蓄，确定抽蓄饱和规模；以抽蓄饱和规模为边界，确定考虑抽蓄在该边界下发挥最大顶峰能力后的系统电力硬缺口；

3)确定远期氢储能最低需求。

由于长时储能可实现跨月调节，在全年电量平衡的情况下可发挥支撑性电源作用，因此利用氢储能(燃氢电站)长周期调节特性补充电力缺口。在步骤2)所得系统电力硬缺口的基础上，以单位容量为步长逐级增加氢储能规模，直到全年电力平衡为止，将该方案下的氢储能规模作为氢储能最低需求；

4)确定合理的氢储能、抽水蓄能配比。

参考图8，在系统电力电量平衡的前提下，氢储能与抽蓄均发挥保障新能源消纳的作用，在一定程度上有相互替代的作用，随着抽蓄与氢储能的增加，新能源利用率逐步升高，火电发电量逐步减少。因此，设定新能源利用率目标值，在新能源利用率目标值下，计算若干氢储能与抽水蓄能规模的组合方案，在这些组合方案下，挑选出适合本省的氢储能C与抽水蓄能D的组合规模；

5)远期省级电网的合理电源结构为火电规模B、水电、风电、光伏、核电、地热能发电经济技术可开发规模以及选取的抽水蓄能C与抽水蓄能D的组合。

实施例二

某系统远期最大负荷为9200万千瓦，全社会电量为5200亿千瓦时，该系统水电、风电、光伏、核电、地热能发电技术经济可开发量分别为360万千瓦、3850万千瓦、17100万千瓦、800万千瓦及200万千瓦。

在该研究水平年，以该地区各电源的平均利用小时数为基准测算各电源发电量，开展全年电量平衡，经测算，系统电量缺口为1743亿千瓦时，由于该系统各电源资源已用尽，该部分电量只能由火电提供，及年度火电电量为1743亿千瓦时。按照远期火电利用小时2500小时测算，该地区需要6972万千瓦火电，根据规划，该地区到2030年只有6725万千瓦火电(2030年碳达峰后火电不增长)，因此，该系统远期火电按照规划总资源考虑，即火电规模为6725万千瓦。

以各电源规模为边界开展生产模拟计算，具体的，先确定抽蓄饱和规模，如图1所示，抽蓄规模增加值5840万千瓦时达到饱和。在抽蓄饱和规模下，仍然存在1591万千瓦电力缺口，即为该年度系统电力硬缺口。

在基础边界上配置5840万千瓦抽水蓄能规模，即配置抽蓄饱和规模，以100万千瓦为步长逐级增加氢储能规模，找到使电力缺口为0的氢储能最小规模。

根据电力平衡测算结果，当氢储能规模达到600万千瓦时，电力供需平衡，如图2所示。

确定氢储能与抽水蓄能的关系，具体的，在系统电力电量平衡的前提下，氢储能与抽蓄均发挥保障新能源消纳的作用，在一定程度上有相互替代的作用，随着抽蓄与氢储能的增加，新能源利用率逐步升高，火电发电量逐步减少，如图3及图4所示。

以新能源利用率90％为目标，在氢储能规模较小时，新增单位规模的氢储能，保持新能源利用率不变情况下，可以相应减少较多抽蓄规模，随着氢储能规模增加，相同新能源利用率下氢储能对抽蓄容量的替代效应逐渐减弱，如图5所示。

根据该省级电网抽水蓄能发展实施方案，在建抽蓄及抽水蓄能重点实施项目共1975万千瓦，储备项目1830万千瓦，规划抽蓄装机共计3805万千瓦。

以抽蓄资源上限为约束，2060年建议新增氢储能1000万千瓦，新增抽蓄1400万千瓦(总规模3440万千瓦)。因此，在基础边界下，新增配置火电的最小规模为1400万千瓦，如表1所示。

表1

因此，该系统远期合理的水电、火电、风电、光伏、核电、地热能发电、抽水蓄能、氢储能规模分别为360万千瓦、6725万千瓦、3850万千瓦、17100万千瓦、800万千瓦、200万千瓦、34400万千瓦及1000万千瓦，装机及发电量(根据S生产模拟结果测算)如表2所示。

表2

实施例三

本发明所述的考虑氢储能的电源结构确定系统，包括：

第一确定模块，用于确定火电规模B；

第二确定模块，用于以远期省级电网电力需求、水电、新能源、核电、地热能发电经济技术可开发资源上限以及火电规模B为边界条件，确定系统电力硬缺口；

第三确定模块，用于在所述系统电力硬缺口的基础上，确定氢储能最低需求；

构建模块，用于设定新能源利用率目标值，再在氢储能最低需求的基础上，得到若干氢储能与抽水蓄能规模的组合方案；

选取模块，用于根据本省的实际需求，选取最优氢储能与抽水蓄能规模的组合方案；

组合模块，用于根据所述火电规模B、水电、风电、光伏、核电、地热能发电经济技术可开发规模以及最优抽水蓄能C与抽水蓄能D的组合方案，构建电源结构。

实施例四

一种计算机设备，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考虑氢储能的电源结构确定方法的步骤，其中，所述存储器可能包含内存，例如高速随机存储器，也可能还包括非易失性存储器，例如，至少一个磁盘存储器等；处理器、网络接口、存储器通过内部总线互相连接，该内部总线可以是工业标准体系结构总线、外设部件互连标准总线、扩展工业标准结构总线等，总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。存储器用于存放程序，具体地，程序可以包括程序代码、所述程序代码包括计算机操作指令。存储器可以包括内存和非易失性存储器，并向处理器提供指令和数据。

实施例五

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考虑氢储能的电源结构确定方法的步骤，具体地，所述计算机可读存储介质包括但不限于例如易失性存储器和/或非易失性存储器。所述易失性存储器可以包括随机存储存储器(RAM)和/或高速缓冲存储器(cache)等。所述非易失性存储器可以包括只读存储器(ROM)、硬盘、闪存、光盘、磁盘等。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请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，本申请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。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、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。

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。

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。

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。