基于光伏发电工程的电力系统长期规划模型研究

李 固

（三峡新能源曲阳发电有限公司， 河北 保定 073100）

0 引言

光伏发电是一种逐渐流行的清洁能源技术，其将阳光转化为电能，无需化石燃料，可大幅度减少温室气体的排放，对于实现全球碳排放的减少和气候变化的应对具有至关重要的作用[3]。近年来，全球光伏发电的规模不断扩大，其成本也在不断降低，越来越多的国家和地区开始将其作为可持续和环保的能源发电方式，并且取得了显著的成效[4]。

然而，光伏发电系统的建设和运营依然面临种种挑战，包括成本高昂、技术难度大、地理空间有限等问题[5]。因此，如何全面优化光伏发电系统的规划、设计和运行成为研究所关注的重点。

1 基于光伏发电工程的电力系统长期规划模型数据来源

本研究基于光伏发电工程的电力系统长期规划模型，旨在探究如何快速响应环境问题、改善社会经济效益以及推进可持续发展的能源转型。因此考虑从源网荷储的技术经济参数、基准年数据、情景设置三个方面进行深入研究，共同构建基于光伏发电工程的电力系统长期规划模型。其模型构建如图1 所示。

图1 基于光伏发电工程的电力系统长期规划模型

1.1 源网荷储的技术经济参数

通过对源网荷储技术经济参数的详细分析和论述来研究光伏发电的电力系统长期规划模型已成为了迫切需要完成的任务。源网荷储的技术经济参数，是指光伏发电系统建设与应用中所必须考虑的各种技术和经济因素。在源方面，主要涉及电源特性、光伏潜力等因素，而在网、荷、储方面，主要涉及输电网特性、负荷曲线、储能特性等因素。下面就这些因素逐一展开阐述。

1.1.1 源

在源方面，主要涉及电源特性、光伏潜力等因素。

其中电源特性包括装机成本和运行特性。装机成本是指在安装光伏发电装置时所需要的成本，不仅包括材料费，电器设备费等，也包括人工费等相关费用。光伏发电由于其技术含量的增加以及数量的增多使得装机成本逐步降低。但是，光伏发电的排放强度较小，在环保方面有很大优势。在运行特性方面，光伏发电结果具有波动性和季节性，因此它需要运行合理的调峰措施来保证电网的稳定性与长久性。光伏资源的利用小时数是衡量光伏发电效率的指标，可以根据光伏发电的潜力来预测得到。最后，地理位置也是光伏发电需要考虑的一个方面，只有选择在有效的区域内建设光伏发电站，才能更有效地发挥其作用。

光伏潜力是指光伏发电潜在的资源量，包括太阳辐射量、大气阻挡颗粒等对光伏电池发电的影响。供应曲线是直接反映了光伏发电站的潜力形态的，资源潜力是指光伏发电在特定（经济、政治）条件下被开发的潜力，而出力曲线刻画光伏发电机组容量下输出功率的特点。

1.1.2 网

输电网是光伏电力系统中不可或缺的一部分，而它涉及的建设成本、线路类型以及地理位置等因素是其中最为关键的。光伏发电时常伴有特征光变化，如电压波动、电网稳定性副作用较大等，传统输电技术难以满足其输电规律，因此需要对输电网技术进行更新，保证光伏电力的稳定输送。

1.1.3 荷

负荷曲线是指在特定时间范围内负荷变化规律的曲线。由于光伏发电的特性所决定，它依赖于光线和天气的上升和下降，和负荷曲线的匹配性较差，而新型负荷则具有更强的灵活性，可以通过需求侧减产、油气燃气代替等方式调节。相应地，这需要光伏发电电网应根据实际负荷变化情况建立相应的负荷曲线预测模型，以保证系统的稳定性。

1.1.4 储

储能技术是对光伏发电系统上的不稳定性进行调节的关键技术。与传统发电的较小储能比较，光伏发电储能不仅需要具备足够大的使用容量，还必须有合适的特性及建设地点。因为光伏储能系统是一个高成本的设备，需要合理规划投入与收益之间的关系，实现其成本效益的最大化。

1.2 基准年数据

基于光伏发电工程的电力系统长期规划模型的建立，基准年数据是建立基准的重要数据来源。在光伏发电的基准年数据中，需要了解每个区域的光伏发电情况、电网侧的输电线路容量及类型等信息。

1）对于各区域发电侧的光伏发电数据，需要考虑以下几点。首先是每个区域的光伏发电容量，即每个区域所拥有的光伏板的数量和种类。其次是光伏发电的发电效率，即光伏板的转换效率。随着技术的进步和生产成本的降低，新型光伏板的效率逐渐提高，因此需要对不同种类的光伏板的效率进行分析和比较，以便更好地估算各区域的光伏发电能力。此外，还需要考虑光伏发电的可持续性，包括资源的可利用性、天气等因素的影响等。

2）对于各区域电网侧的输电线路容量及类型，也需要进行详细的研究。输电线路的容量和类型是电力系统能否有效运行的重要因素。不同种类和容量的输电线路会对供电能力和稳定性产生不同的影响。因此，需要对各区域的输电线路类型、容量、长度、截面积等参数进行分析和比较，以便更好地估算各区域的电网容量和供电能力。

1.3 情景设置

基于光伏发电工程的电力系统长期规划模型的建立与情景设置密切相关。情景设置是预测未来可能出现的经济、环境和技术等因素的方法，通过对这些因素的考虑和分析，可以为制定未来的规划方案提供支持和参考，保证电力系统长期稳定运行。在基于光伏发电工程的电力系统长期规划模型中，情景设置主要包括政策目标、经济假设、折现率/利率、碳税、燃料价格、技术投资成本、负荷预测等。

首先，情景设置需要考虑如政策环境、市场需求等因素。政策环境是影响光伏发电产业发展的最重要因素之一。政策法规、政府补贴等措施对光伏发电的发展具有重要影响，对其进行深入分析和研究，可以更好地规划未来的发展方向。

其次，经济假设是情景设置中最基本的一环，也是最为重要的一个因素。经济发展水平和产业结构的变化对电力系统的发展具有重要的影响，特别是对光伏发电这种新型能源的发展具有直接的影响。因此，需要对不同经济情况下光伏发电的发展趋势、投资力度等因素进行分析和研究，以便更好地制定未来的规划方案。

再次，折现率/利率是情景设置中另一个十分关键的因素。折现率/利率的变化直接影响到光伏发电的投资回报率、成本效益等，因此需要对不同折现率/利率对光伏发电的发展影响进行分析和研究。同时，还需要对不同的融资方式、不同的子发电系统投资回报率进行综合考虑和比较，以便更好地控制投资风险和制定可持续性的规划方案。

最后，负荷预测是情景设置中十分重要的一个因素。负荷预测是预测未来电力需求的重要方法，光伏发电的负载预测对电力系统的发展具有直接的影响。对光伏发电的负荷预测进行详尽的分析和研究，对实现电力系统的长期规划具有至关重要的作用。

2 基于光伏发电工程的电力系统长期规划模型

基于光伏发电工程的电力系统长期规划模型的设计需要考虑多种因素，其中包括总成本最小和约束条件两种思路。首先，总成本最小是基于经济考虑所设立的目标，其目的是最大程度地降低电力系统的总成本。针对这个目标，需要考虑光伏发电在总体能源结构中所占的比例，以及如何优化光伏发电的调度运行，实现在保证电力平衡的前提下，光伏发电的最优输出，并且在光伏发电的经济效益上取得最大利益，从而实现最小成本。

其次，约束条件是基于电力系统运行过程中所面临的各种约束条件设立的目标。例如，储能设备的运行约束需要考虑储能容量和充放电速率，以及与光伏发电的协调运行；区域电量平衡需要通过合理安排光伏发电的调度来实现；电网投资约束需要综合考虑不同地域的需求和可行性等因素。

需要注意的是，约束条件是多种多样的，并且在不同条件的影响下，基于光伏发电工程的电力系统长期规划模型的设计需要充分考虑各种因素的综合影响。例如，在储能设备与光伏发电之间的搭配中，需要考虑不同储能设备的功率和容量特性，以及光伏发电的输出变化，以实现最优协调运行；在区域电量平衡方面，需要通过光伏发电的可预测性和调度灵活性，结合区域的用电需求，来平衡电量供需；在电网投资约束方面，需要考虑不同地域的负荷和光伏资源的特点，以及新旧电网设施的更新和升级情况，来制定电网规划和投资计划。

3 基于光伏发电的电力系统长期规划方案

基于光伏发电工程的电力系统长期规划模型可以通过全面优化电力系统的资源配置，实现经济、环保、可持续发展，最终为光伏发电规划提供方案。

首先，需要考虑电源规划。电源规划的关键是确定装机容量、利用小时和地理位置等。在光伏发电规划中，建议在富有光照资源的地区建设光伏电站。同时，需要根据光伏发电的技术参数，确定装机容量和利用小时。考虑在实际运营中的发电能力，来重点发展光伏电站的电功率。此外，地理位置还需要考虑到用电需求和差异化需求，以保障供电质量。

其次，煤电退役是光伏发电规划中的重要环节。为了可以减少煤电的使用，需要根据现有的煤电容量，确定合理的退役规划。建议逐步减少煤电容量，并且在煤电退役过程中，采用多种方法，包括退役容量、退役路径和退役成本等因素。此举可以在不断地确保用电质量的同时，采取措施减少煤电的使用，实现经济和环保的双重效益。

在输电网规划方面，需要考虑建设容量、线路类型和地理位置等因素。建议应根据光伏发电的分布情况建设输电线路，以实现电力平衡。同时，为了实现推进清洁能源的目标，还建议尽可能使用可再生能源输电线路，如输电线路的构建和运行成本不高，同时可以降低碳排放量。

储能规划方面，需要考虑建设容量、运行特性和地理位置等因素。为了解决光伏发电不能平稳连续发电的问题，建议设置储能装置，以稳定电力系统的供能。在储能规划中，还需要考虑储能装置的运行特性和地理位置，以保证储能效果的最优化。

最后，还需要进行影响分析。影响分析是基于光伏发电工程的电力系统长期规划模型中的一个关键环节。影响分析可以评估光伏发电的经济、环保和可持续性等方面的影响。具体建议从电源成本、运行成本和碳排放等角度进行分析，以评估光伏发电的综合效益和经济效益检验。

4 结论

在如何规划好光伏电力系统的基础设施建设方案并保证其可持续发展等问题的解决上，建立光伏发电的长期规划模型是非常重要的。本研究基于光伏发电工程的电力系统长期规划模型，利用源网荷储的技术经济参数、基准年数据以及情景设置，针对光伏发电的发展进行了系统性的分析。经过模型的建立和优化，成功得出了一个光伏发电规划方案。

结果表明，该光伏发电规划方案明确了光伏发电的装机容量、利用小时以及地理位置等多个方面的问题。同时，在煤电退役方面考虑了退役容量、退役路径以及退役成本等因素，以保证实现环保和经济效益的双重目标。在输电网规划方面，也考虑了建设容量、线路类型以及地理位置等因素，以实现电力平衡和碳排放的减少。而在储能规划方面，考虑建设容量、运行特性以及地理位置等因素，以实现电力系统的供能稳定性。