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考虑国家风险的清洁能源跨国输送通道规划方法

原文发表在《全球能源互联网》2018年第1卷第1期,欢迎品读。

本文引文信息

鲁宗相,李昊,乔颖.考虑国家风险的清洁能源跨国输送通道规划方法[J].全球能源互联网,2018,1(01): 23-31.

Lu Zongxiang, Li Hao, Qiao Ying. Wide-area Interconnection Grid Planning for Clean Power Integration Considering the Effect of Country Risks [J]. Journal of Global Energy Interconnection, 2018, 1(01): 23-31.


作者:鲁宗相,李昊,乔颖

单位:清华大学电机系


引言

在能源革命背景及全球能源资源与负荷分布不均的现状下,对全球可再生能源资源富集区域进行集中开发并跨国跨洲输送是一条值得探索的发展途径。实现跨国输电,相关国家的政治、经济和技术综合水平及国与国之间的友好程度是其关键影响因素,甚至超过了输电通道本身的技术和成本因素而成为一票否决性的条件。本文提出了考虑国家风险的清洁能源跨国跨洲输电通道规划方法。在分析特定规划场景的关键特征基础上,构建了国家风险量化模型、包含国家风险的等效成本模型和以清洁能源最大化消纳为目标的通道扩展模型,并进行模型求解。


1. 国家风险评价模型


本文所述国家风险是指在跨国输电工程规划建设中,综合考量相关国家在政治、经济、技术等方面的发展水平和国与国之间友好关系而确定的内部和外部影响工程可行性的比例系数,分别称为国内风险和国家间风险。采用层次分析法(Analytic Hierarchy Process,简称AHP)对国家风险进行评估,基本思想是建立评价层次体系,通过不同指标两两之间的重要性比较,确定各指标的权重,完成对目标的定量评价。考虑到影响因素的差异,国内风险和国家间风险采用不用的层次模型进行评估。本文采用“互联适宜度”指标对国内风险和国家间风险进行综合表征,风险越小,适宜度越高。

图1 互联适宜度评价体系



2. 计及国家风险的跨国跨洲输电通道规划方法


1

考虑参与互联的国家或区域,根据地理分布设定待选通道集;

2

采用前述评价方法评价通道的适宜度,设定阈值σ,将适宜度小于σ的通道从待选集中剔除;

3


以考虑国家风险的等效成本最小为目标计算电力流,根据电力流的分布构建相应互联通道,形成初始互联网架;

4

建立最小清洁能源电力缺额模型。考虑未来运行过程中的国家风险劣化而导致互联通道断开的可能性,故逐一对各条通道所有线路进行开断分析,计算初始网架在这些情况下各国的最小清洁能源电力缺额量,若总最小清洁能源电力缺额量为0,则此网架在经济性目标下满足各国清洁能源电力使用要求,输出网架结果,否则转到5);

5

对现有网架进行扩展。在可选择的互联通道集合中逐条考察,若此通道未在现有网架中,则将其加入网架;否则,在满足小于通道理论最大容量的前提下扩大其容量。计算修改后的网架对应的的总最小清洁能源电力缺额量及扩建成本;

6

遍历集合中所有通道,计算每次考察下扩展网架对应的总最小清洁能源电力缺额量的减小量及等效成本增加量,选择两者比值中最大者对应的网架作为新网架。若新网架对应的总清洁能源电力缺额量为0,则输出此网架,否则转到5)。最终得到满足各国可再生能源使用要求且经济性最优的广域互联电网。

图2  广域互联电网规划流程



3. 算例   2030年广域互联电网基本设想


图3  2030年广域电力互联通道规划蓝图


按前述流程规划得到的蓝图在图3中以红线和黄线表示。全球负荷密集区(中国、日本、韩国、欧洲、北美)均与可再生能源资源富集区域进行互联,接受外来清洁电力。负荷中心之间,如中、日、韩三国,也互相连接,以满足各国清洁能源电力使用要求。除北美外,各负荷中心均有至少2条通道与他国互联。而北美本地资源丰富,仅与北极新能源基地相联,与南美资源富集区暂未连接。将规划结果与已有的互联计划相比较,东北亚区域互联情况与“亚洲超级电网”计划较为相符,中国与欧洲的互联通道与“一带一路”倡议相符,欧洲大陆与北欧、北非的互联以及北非与中东的互联也与“超级电网”计划、Desertec项目中的规划较为吻合。

敏感性分析

1

不考虑国家风险的规划

假设规划中不考虑国家因素,得到规划结果在图3中用红线和绿线表示。与上一结果对比可以看出,由于不考虑国家风险,原来被从待选集中剔除的通道18(俄罗斯-中亚)出现在规划结果中,由于经评估该通道的风险较大,实际中将很难被两方所考虑。同时,在评估中风险较小的中国-欧洲大陆之间的互联通道未出现在此规划结果中。可见,若不计及国家因素,规划的结果将与实际相差较大。

2

考虑国家风险动态变化

预计在“一带一路”倡议下,中国与中亚国家的关系与合作将更加密切,考虑这种发展趋势,进行灵敏度分析,将中国-中亚互联通道的适宜度适当提高,在此基础上进行互联通道规划,发现当适宜度提高0.14以上时,规划结果保持不变,得到的规划结果在图3中用红线和蓝线表示。

从图中可以看出,由于适宜度提高,相应的国家风险下降,中国与中亚之间互联通道的等效输电成本降低,中国与中亚形成互联通道。规划结果中的“中国-中亚-欧洲大陆”互联通道与“一带一路”倡议相呼应,可见考虑国家因素的跨国跨洲互联通道规划可以反映出国家风险的动态变化情况,规划结果更具有工程可行性。


4.结论


考虑国家风险的跨国跨洲输电通道规划更加具有现实意义。与不考虑国家风险的规划相比,该方法得到的结果更加符合实际情况,且提出的评价模型可以反映国家风险的动态变化,从而得到更具工程可行性的规划结果。

作者简介

鲁宗相


1974,男


副教授


研究方向为风电/太阳能发电并网分析与控制、能源与电力宏观规划、电力系统可靠性、分布式电源及微电网。

李  昊


1994,男


博士研究生


研究方向为电力系统规划。

乔  颖


1981,女


博士,副教授


研究方向为新能源、分布式发电、电力系统安全与控制。


编辑张宇

审核:白恺


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