高比例可再生能源电力系统的调峰成本量化与分摊模型附Matlab代码

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🔥 内容介绍

随着全球可再生能源的快速发展，高比例可再生能源接入电力系统已成为趋势。然而，可再生能源的间歇性和波动性给电力系统调峰带来巨大挑战，产生高额调峰成本。本文深入分析高比例可再生能源电力系统调峰成本的构成，构建了调峰成本量化模型，并提出合理的分摊模型。通过理论推导和实际案例验证，量化模型能够准确计算调峰成本，分摊模型可实现成本的公平合理分摊，为高比例可再生能源电力系统的经济运行和可持续发展提供理论支持和实践指导。

关键词

高比例可再生能源；电力系统；调峰成本；量化模型；分摊模型

一、引言

在 “双碳” 目标和全球能源转型的大背景下，太阳能、风能等可再生能源凭借清洁、可持续的优势，在电力系统中的占比不断提高 。以中国为例，截至 [具体年份]，风电和光伏发电装机容量已分别达到 [X] 亿千瓦和 [X] 亿千瓦，在总装机容量中的占比持续攀升 。然而，可再生能源发电具有显著的间歇性和波动性，如风力发电受风速变化影响，光伏发电依赖光照条件，其出力难以准确预测和稳定控制 。这种特性导致电力系统的源荷平衡难度加大，调峰需求急剧增加 。

调峰是指电力系统为满足负荷波动需求，对发电功率进行实时调整的过程 。在高比例可再生能源电力系统中，为了消纳可再生能源电力、维持系统稳定运行，需要更多的调峰资源参与，这使得调峰成本大幅上升 。调峰成本的合理量化与公平分摊，不仅关系到电力系统各参与主体的经济利益，还影响着电力系统的安全稳定运行和可再生能源的持续发展 。目前，关于高比例可再生能源电力系统调峰成本量化与分摊的研究仍处于探索阶段，尚未形成统一、完善的方法和模型 。因此，开展相关研究，构建科学合理的调峰成本量化与分摊模型具有重要的理论意义和现实价值 。

二、高比例可再生能源电力系统调峰成本构成分析

（一）传统调峰电源成本

1. 火电机组调峰成本

火电机组是目前电力系统调峰的主力电源之一 。火电机组参与调峰时，需要降低发电功率，这会导致机组效率下降、煤耗增加 。火电机组调峰成本主要包括燃料成本增加、设备损耗加剧以及启停成本 。例如，当燃煤机组从额定负荷降至较低负荷运行时，其发电煤耗率会显著上升，燃料成本相应增加 。同时，频繁的负荷调整会加速锅炉、汽轮机等设备的磨损，增加设备维护和检修成本 。此外，火电机组启停过程中需要消耗大量燃料用于暖机、点火等操作，产生较高的启停成本 。

1. 水电机组调峰成本

水电机组具有启停迅速、调节灵活的优势，但其调峰也会产生一定成本 。水电机组调峰成本主要涉及水资源的机会成本和设备损耗 。当水电机组用于调峰时，可能会改变水库的调度计划，影响水电的发电效益，造成水资源的机会成本 。例如，为了配合系统调峰，水库提前放水发电，可能导致后续时段水电发电量减少 。此外，频繁的负荷调节也会对水电机组的水轮机、发电机等设备造成磨损，增加维护成本 。

（二）新型调峰资源成本

1. 储能系统成本

储能系统作为一种重要的新型调峰资源，在高比例可再生能源电力系统中发挥着关键作用 。储能系统成本主要包括设备投资成本、运行维护成本和充放电能量损耗成本 。储能设备（如锂电池、抽水蓄能等）的购置和建设需要大量资金投入，设备投资成本占比较高 。在运行过程中，需要对储能系统进行定期维护和检修，产生运行维护成本 。同时，储能系统在充放电过程中存在能量损耗，降低了系统的效率，增加了调峰成本 。

1. 需求侧响应成本

需求侧响应是通过引导用户调整用电行为来实现电力系统调峰的一种方式 。需求侧响应成本主要包括用户补偿成本和实施成本 。为了激励用户参与需求侧响应，电力企业需要向用户提供一定的经济补偿，如电费减免、直接补贴等，这构成了用户补偿成本 。此外，实施需求侧响应需要建立通信系统、计量设备和控制平台等，产生实施成本 。

（三）其他相关成本

1. 电网运行成本增加

高比例可再生能源接入后，电网的潮流分布更加复杂，为了保障电网安全稳定运行，需要加强电网的运行监控和调度管理，增加了电网运行成本 。例如，需要安装更多的监测设备、升级调度自动化系统，以及增加运行人员的培训成本等 。

1. 环境成本

虽然可再生能源本身具有清洁性，但在调峰过程中，部分传统调峰电源（如燃煤机组）的使用可能会增加污染物排放，带来环境成本 。此外，储能系统的生产、退役处理等环节也可能对环境造成一定影响 。

三、高比例可再生能源电力系统调峰成本量化模型

（一）量化模型构建思路

调峰成本量化模型的构建基于对各类调峰成本构成的分析，通过建立数学模型，分别计算不同调峰资源的成本，然后将其汇总得到系统的总调峰成本 。在模型构建过程中，充分考虑可再生能源出力特性、负荷曲线、调峰资源运行参数等因素，确保模型的准确性和实用性 。

（二）具体模型构建

四、高比例可再生能源电力系统调峰成本分摊模型

（一）分摊原则

1. 公平性原则：调峰成本的分摊应确保各参与主体承担的成本与其对调峰的贡献或受益程度相匹配，避免出现不合理的成本转嫁 。

1. 可操作性原则：分摊模型应简单易懂，计算方法便于实施，能够在实际电力市场环境中应用 。

1. 激励性原则：分摊模型应能够激励各类市场主体积极参与调峰，促进调峰资源的优化配置和高效利用 。

（二）分摊方法

五、案例分析

六、结论与展望

（一）结论

1. 本文深入分析了高比例可再生能源电力系统调峰成本的构成，构建了调峰成本量化模型，能够准确计算各类调峰资源的成本以及系统总调峰成本 。

1. 提出了基于不同原则的调峰成本分摊方法，并通过案例分析对比了各种方法的优缺点，结果表明混合分摊方法具有较好的适用性 。

1. 调峰成本量化与分摊模型的研究成果为高比例可再生能源电力系统的经济运行提供了理论支持，有助于明确各市场主体的成本责任，促进调峰资源的合理配置 。

（二）展望

1. 进一步完善调峰成本量化模型，考虑更多复杂因素对调峰成本的影响，如可再生能源预测误差、调峰资源的协同运行等 。

1. 优化调峰成本分摊模型，探索更加科学合理的分摊机制，提高模型在不同电力市场环境下的适应性 。

1. 加强调峰成本量化与分摊模型的实际应用研究，结合电力市场改革，推动相关政策的制定和实施，促进高比例可再生能源电力系统的可持续发展 。

⛳️ 运行结果

🔗 参考文献

[1] 柴沛垚.高比例风电电力系统储能运行及配置分析[J].电力设备管理, 2023(6):139-141.

[2] 马恒瑞,王波,高文忠,等.考虑调频补偿效果的区域综合能源系统调频服务优化策略[J].电力系统自动化, 2018, 42(13):9.DOI:10.7500/AEPS20170912001.

[3] FARUKH ABBAS(法诺哈尔).考虑可再生能源接入的储能扩展规划研究[D].华北电力大学,2016.

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