聚光太阳能与公用事业规模光伏的调度优化

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%。