碳背景下大规模风电并网消纳决策模型与方法：理论、实践与创新.docxVIP

碳背景下大规模风电并网消纳决策模型与方法：理论、实践与创新

一、引言

1.1研究背景与意义

在全球能源结构加速向低碳化、清洁化转型的大背景下，风力发电作为一种清洁、可再生的能源，在能源供应中的地位日益重要。随着风电技术的不断进步和成本的逐渐降低，风电在全球范围内得到了广泛的开发和利用，成为推动能源结构优化、实现低碳发展的重要力量。我国风能资源丰富，根据国家能源局的数据，我国陆上风能资源技术可开发量约为26亿千瓦，海上风能资源技术可开发量约为7.5亿千瓦。近年来，我国风电装机容量持续快速增长，截至2024年6月底，全国并网风电装机容量达到4.7亿千瓦，占全国全口径发电装机容量的15.3%，风电已成为我国电力供应的重要组成部分。

然而，大规模风电并网也带来了一系列挑战，其中风电并网消纳问题成为制约风电可持续发展的关键因素。风电的随机性、波动性和间歇性特点，与传统电力系统的稳定性和可靠性要求存在一定的矛盾。当大量风电接入电网时，如果不能有效解决并网消纳问题，可能会导致电网频率波动、电压不稳定、电力供需失衡等问题，严重影响电力系统的安全稳定运行。例如，在我国部分风电资源丰富的地区，如“三北”地区，由于电网结构薄弱、调峰能力不足、市场消纳空间有限等原因，出现了较为严重的弃风现象。据统计，2016年我国风电平均利用率降至84%，弃风电量高达497亿千瓦时，造成了巨大的资源浪费和经济损失。尽管近年来通过采取一系列措施，我国风电消纳情况有所改善，但局部地区的消纳问题仍然存在，如2024年1月至3月全国风电利用率为96.1%，仍有进一步提升的空间。

解决大规模风电并网消纳问题对于实现“双碳”目标具有重要意义。“双碳”目标的提出，要求我国加快能源结构调整，大幅提高可再生能源在能源消费中的比重。风电作为可再生能源的重要组成部分，其大规模开发和利用对于减少碳排放、降低对传统化石能源的依赖具有关键作用。只有有效解决风电并网消纳问题，才能充分发挥风电的清洁低碳优势，推动能源生产和消费革命，为实现“双碳”目标提供有力支撑。此外，解决风电并网消纳问题还可以促进风电产业的健康发展，带动相关产业的协同发展，创造更多的就业机会和经济效益，具有显著的经济和社会效益。因此，深入研究低碳背景下大规模风电并网消纳决策模型及方法，具有重要的理论和现实意义。

1.2国内外研究现状

在低碳电源电网协调规划投资决策方面，国外学者较早开始关注能源转型背景下的电源电网规划问题。例如，文献[具体文献1]运用混合整数线性规划方法，构建了考虑风电不确定性的电源电网联合规划模型，以最小化系统的投资和运行成本为目标，对风电、火电等电源的装机容量和电网的输电线路建设进行优化配置。该研究为解决风电与传统电源及输电网的协调发展问题提供了一种有效的思路。国内学者也在该领域进行了深入研究，文献[具体文献2]考虑了低碳约束和电力市场环境，提出了一种基于双层规划的风电与常规电源发电容量协调规划决策模型。上层规划以社会福利最大化为目标，确定电源的投资决策；下层规划以电网公司的运行成本最小化为目标，进行电力系统的经济调度。通过算例分析验证了该模型能够有效促进风电的消纳，提高能源利用效率。

在低碳电力调度研究方面，国外研究注重考虑风电的随机性和波动性对电力系统调度的影响。文献[具体文献3]采用随机规划方法，建立了含风电的电力系统经济调度模型，通过引入场景分析来描述风电出力的不确定性，在满足系统功率平衡和安全约束的前提下，实现系统运行成本的最小化。国内学者则结合我国电力系统的实际情况，开展了一系列研究。文献[具体文献4]提出了一种考虑风电预测误差和负荷不确定性的鲁棒优化调度模型，该模型通过设置鲁棒系数来平衡调度方案的经济性和可靠性，能够有效应对风电和负荷的不确定性，保障电力系统的安全稳定运行。

在风电并网成本价格决策模型研究方面，国外研究主要围绕风电并网对电力系统成本的影响展开。文献[具体文献5]通过建立风电并网附加成本模型，分析了风电并网引起的系统备用成本、输电成本等的变化，为制定合理的风电并网电价提供了理论依据。国内学者在借鉴国外研究的基础上，结合我国的电力市场体制和政策环境，进行了相关研究。文献[具体文献6]考虑了低碳背景下风电的环境效益和社会效益，构建了基于成本效益分析的风电并网价格决策模型，综合考虑风电的发电成本、并网成本以及外部性效益，确定风电的合理上网电价，以促进风电产业的可持续发展。

综合国内外研究现状，虽然在风电并网消纳领域已经取得了一定的成果，但仍存在一些不足之处。一方面，现有研究在考虑风电不确定性时，大多采用简单的场景分析或概率分布假设，难以准确描述风电出力的复杂变化特性；另一方面，对于风