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聚光太阳能与公用事业规模光伏的调度优化

DOI：10.1007/s11081-019-09449-y 期刊：Optimization and Engineering 出版年份：2019 更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要： 聚光太阳能发电（CSP）塔式技术通过一组太阳能跟踪定日镜捕获太阳热辐射。当与低成本热能存储（TES）系统结合时，CSP技术可在市场电价高峰时段实现全天候电力调度。过去十年间，公用事业规模光伏（PV）系统成本大幅下降，使得日间发电成本显著降低。光伏与聚光太阳能联合热存储系统的混合应用，有望以低于单一光伏或CSP系统的成本实现持续稳定的能源生产。这种混合系统正成为国际市场提升可再生能源占比的热门方案。 传统上，CSP-PV混合系统的评估要么采用光伏发电小时数据的月平均值，要么使用忽略电力生产时段市场价值的时间调度算法。为更精确评估CSP-PV-电池混合设计，我们开发了利润最大化的混合整数线性规划模型（H），该模型以亚小时级时间精度确定各子系统的调度方案。我们给出了该模型的数学表达式，并证明其求解计算成本高昂。 为提升模型可解性并缩短求解时间，我们提出以下技术：（1）缩减问题规模；（2）通过模型重构和引入割平面收紧线性规划松弛；（3）实施基于优化的启发式算法（既能为模型H生成初始可行解，亦能产生接近最优的解决方案）。应用这些技术后，48小时实例的平均求解时间缩短79%；年度模型运行（包含365个H实例求解，仅保留前24小时解并滑动24小时时间窗口）的对应求解时间最高可减少93%。 我们展示了两个地区和市场的年度系统指标，为混合系统设计实践提供依据，并为更全面的政策分析奠定基础。与传统纯CSP系统相比，混合模型可使容量系数提升近一倍，同时各项经济指标改善约30%。
作者： William T. Hamilton，Mark A. Husted，Alexandra M. Newman，Robert J. Braun，Michael J. Wagner
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

为分析CSP-TES-PV-电池混合系统，我们开发了一个调度优化模型（H），该模型在详细仿真框架（SAM的仿真核心）中以亚小时级时间精度对不同发电技术进行调度安排。

研究成果

该论文得出结论：从容量系数和经济性两方面来看，混合系统都显著优于仅采用聚光太阳能发电（CSP）的系统。混合系统中电池的存在使其有机会参与辅助服务市场或实时电力市场。然而，仅从收益角度看，这种参与对纯CSP系统可能仅具有边际价值。

研究不足

在不采用所述任何求解技术且求解时间限制为120秒的情况下，使用混合调度模型（H）解决每个位置-市场组合的计算难度。年度求解时间（即求解所有365个（H）实例）介于4至8小时之间，这对于单一光热-储热-光伏-电池混合系统设计评估而言是不可接受的。此外，由于大量（H）实例达到时间限制，调度解决方案的质量较差。

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