01
研究背景
我国提出加快推进以沙漠、戈壁、荒漠地区为重点的大型风电太阳能发电基地建设。沙戈荒新能源基地同步电源装机占比低，基地出力随机波动性与一致性强，新能源高效外送消纳和基地可靠供电面临巨大挑战。大规模配置储能能够有效提高新能源利用率，减少火电开机，提升基地发电低碳与可靠供电能力，但也会大幅增加投资成本，降低外送电在受端电网的竞争力。因此，需要兼顾投资经济性、发电清洁性与供电充裕性等目标，合理优化配置风光储容量，挖掘风光互补特性与受端电网负荷匹配特性，发挥储能与直流灵活调节能力，提升基地稳定供电能力。
02
研究方法及创新点
本文提出了一种基于多目标双层优化与8760h时序生产模拟的大型新能源基地风光储容量联合规划方法。建立了兼顾投资经济性、发电清洁性和供电充裕性的多目标双层优化模型，上层模型优化风光储配置容量，下层模型开展全年8760h的运行优化模型，考虑了受端电网晚高峰时段保供需求、直流通道利用率、新能源外送电量、常规电源与储能运行等约束条件，采用NSGA-II结合时序生产模拟双层优化方法求解模型，获取风光储配置容量的帕累托前沿解集合，考虑投资成本、碳排放量和供电充裕性，通过理想点方法筛选出风光储最优配置方案。基于我国西北某新能源基地数据开展仿真测试，验证了方法的有效性。图1为多目标优化双层规划模型结构。
图1 多目标优化双层规划模型结构
03
研究结果及结论
1）研究结果。
以我国西北某新能源基地场景为例进行仿真测试。系统最优配置结果如表1所示：风电装机为5989MW，光伏装机为4805MW，储能装机为3721MW和5879MW·h，风光储总投资成本711亿元，新能源利用率94.4%，新能源发电量占比为50%，全年无供电缺口。
表1 最优配置结果
图2展示了连续7日的基地时序运行曲线，所提出方法能够合理优化风-光-火-储-直逐时段的发电运行方式，满足了新能源高效外送消纳、火电低碳运行和晚高峰时段受端电网保供需求，如：在第1、第3—4、第7日18:00—21:00晚高峰时段，风电出力较低，通过储能放电和火电增加出力满足了晚高峰保供需求；在第2、5日晚高峰18:00—21:00时段，风电大发，火电降至最小技术出力；在第6日11:00—15:00时段风电和光伏同时大发时段，火电维持最小技术出力，直流已达到最大外送功率，储能通过充电消纳了大部分弃电。
图2 连续7日发电运行曲线
表2比较了本文的多目标优化和单目标优化的容量优化配置结果。总投资成本最小目标下配置的新能源装机规模最小，但碳排放量较大，新能源发电量与利用率较低；供电缺口最小目标下，系统供电缺口为0，但总投资成本和火电碳排放量高于其他场景。本文所提的多目标优化方法能够在保证系统稳定供电和新能源外送消纳需求的情况下，尽可能降低风光储投资成本和火电碳排放量，与单目标优化配置结果相比体现出了很好的优势。
表2 多目标与单目标优化的新能源与储能配置情况
2）结论。
本文提出了一种基于多目标双层优化与时序生产模拟的新能源基地风光储容量配置方法。所提出的方法能够充分挖掘风光互补特性，有效降低全年供电缺口电量和最大缺口，更好满足基地清洁低碳运行、投资经济性和受端电网保供的需求，实现基地风光储容量的协调优化配置。本文的研究成果可以为大型新能源基地风光储容量联合规划配置提供支撑。
04
后续研究方向或讨论话题
后续研究包括含光热电站、制氢/储氢、火电配套规划等的大型新能源基地规划等。
