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聚光型太陽(yáng)能熱發(fā)電(concentrating solar power，CSP)俗稱(chēng)光熱發(fā)電，被認(rèn)為是最具發(fā)展前景的可再生能源利用技術(shù)之一。其在不增加系統(tǒng)不確定性的前提下，利用蓄熱系統(tǒng)(thermal energy storage，TES)使太陽(yáng)能成為可調(diào)度資源。同時(shí)，光熱電站具有靈活的調(diào)節(jié)特性，將其與風(fēng)電相結(jié)合，可以降低系統(tǒng)出力的不確定性并提高可再生能源的消納能力。此外，隨著電力市場(chǎng)的逐漸開(kāi)放，可再生能源參與市場(chǎng)競(jìng)價(jià)也是其日益發(fā)展趨勢(shì)。

因此，在我國(guó)西北地區(qū)，特別是風(fēng)電資源與太陽(yáng)輻照豐富的地方，將光熱與風(fēng)電相結(jié)合的方式將具有良好的應(yīng)用前景。

針對(duì)光熱電站優(yōu)化運(yùn)行模型及如何利用其靈活性與風(fēng)電場(chǎng)聯(lián)合參與電力市場(chǎng)等問(wèn)題，本文提出光熱電站與風(fēng)電場(chǎng)聯(lián)合優(yōu)化運(yùn)行及競(jìng)價(jià)策略。首先，對(duì)光熱電站各組成部分進(jìn)行較為詳細(xì)的建模。之后，考慮風(fēng)電場(chǎng)參與日前能量市場(chǎng)，光熱電站在參與輔助服務(wù)市場(chǎng)的同時(shí)為風(fēng)電場(chǎng)提供平抑出力波動(dòng)的備用容量。計(jì)及可再生能源出力和市場(chǎng)價(jià)格不確定性的影響，構(gòu)建聯(lián)合競(jìng)價(jià)模型。最后，通過(guò)算例對(duì)模型的有效性進(jìn)行驗(yàn)證，并分析說(shuō)明聯(lián)合競(jìng)價(jià)策略相較于單獨(dú)競(jìng)價(jià)策略的優(yōu)勢(shì)。

1)聚光型太陽(yáng)能電站運(yùn)行模型

CSP電站由光場(chǎng)(solar field，SF)、蓄熱系統(tǒng)和功率轉(zhuǎn)換模塊(power block，PB)組成，不同模塊之間由傳熱流體傳遞能量。SF將太陽(yáng)直接輻射轉(zhuǎn)化為熱能，并將獲得的熱能一部分傳遞至PB轉(zhuǎn)化為電輸出功率，另一部分存儲(chǔ)于TES中。研究CSP電站的前提是建立較為合適的模型，因此，本文首先根據(jù)CSP電站各組成部分構(gòu)建了較為詳細(xì)的運(yùn)行模型。

圖1：聚光型太陽(yáng)能電站示意圖

2)聚光型太陽(yáng)能電站與風(fēng)電場(chǎng)聯(lián)合競(jìng)價(jià)策略

風(fēng)電受氣壓、地形和高度等多種自然因素的影響，其出力具有隨機(jī)性、波動(dòng)性和間歇性。本文通過(guò)光熱電站來(lái)為風(fēng)電場(chǎng)提供平抑出力波動(dòng)的備用容量，通過(guò)調(diào)整CSP電站的出力狀態(tài)，來(lái)減小風(fēng)電場(chǎng)競(jìng)標(biāo)出力和實(shí)際出力之間的偏差。此外，光熱電站作為價(jià)格接受者，根據(jù)其光照資源以及輔助市場(chǎng)價(jià)格在不同服務(wù)不同時(shí)段中優(yōu)化其出力，以獲得更高的利潤(rùn)。

3)聯(lián)合系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行及競(jìng)價(jià)模型

在聯(lián)合系統(tǒng)參與電力市場(chǎng)競(jìng)價(jià)時(shí)需要同時(shí)考慮市場(chǎng)價(jià)格及可再生能源的不確定性。由于這兩種不確定性對(duì)于聯(lián)合系統(tǒng)的投標(biāo)決策來(lái)說(shuō)具有不同的意義，因此本文分別采用場(chǎng)景法和機(jī)會(huì)約束規(guī)劃來(lái)進(jìn)行描述，并采用解析法將不確定的概率約束轉(zhuǎn)化為確定性的等價(jià)形式。以聯(lián)合系統(tǒng)收益最大為目標(biāo)，建立聯(lián)合競(jìng)價(jià)模型。

4)算例分析

為驗(yàn)證本文所提模型的有效性，將聯(lián)合競(jìng)價(jià)模式與單獨(dú)競(jìng)價(jià)模式進(jìn)行對(duì)比。算例分析可得，光熱電站與風(fēng)電場(chǎng)聯(lián)合參與競(jìng)價(jià)在資源利用方面更具優(yōu)勢(shì)，在一定程度上能緩解棄光限電的現(xiàn)象。此外，由于光熱電站能為風(fēng)電場(chǎng)提供備用容量用于平抑出力波動(dòng)，因此在經(jīng)濟(jì)性上也更具有優(yōu)勢(shì)。

表1：聯(lián)合競(jìng)價(jià)與單獨(dú)競(jìng)價(jià)的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

可再生能源參與電力市場(chǎng)競(jìng)價(jià)是其日益的發(fā)展趨勢(shì)。但可再生能源出力具有不確定性，很大程度上阻礙了其在電力市場(chǎng)中的應(yīng)用。聚光型太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)的快速發(fā)展為解決此問(wèn)題提供了新的思路。本文提出了將CSP電站與風(fēng)電場(chǎng)聯(lián)合參與電力市場(chǎng)競(jìng)價(jià)的想法。利用CSP電站來(lái)平抑風(fēng)電場(chǎng)的出力波動(dòng)，構(gòu)建了聚光型太陽(yáng)能電站與風(fēng)電場(chǎng)聯(lián)合優(yōu)化運(yùn)行及競(jìng)價(jià)模型。通過(guò)算例驗(yàn)證說(shuō)明了所提模型和方法的可行性與有效性，得出以下結(jié)論：

1)所建立的CSP電站運(yùn)行模型能較好的反映出其內(nèi)部的能量流動(dòng)過(guò)程及運(yùn)行狀態(tài)，該模型對(duì)聚光型太陽(yáng)能電站后續(xù)的研究和發(fā)展具有一定的借鑒意義。

2)將CSP電站與風(fēng)電場(chǎng)聯(lián)合運(yùn)行，通過(guò)CSP電站來(lái)為風(fēng)電場(chǎng)提供平抑出力波動(dòng)的備用容量，能夠協(xié)調(diào)太陽(yáng)能和風(fēng)能兩種可再生能源，減少發(fā)電的不確定性。

3)所構(gòu)建的聚光型太陽(yáng)能電站與風(fēng)電場(chǎng)聯(lián)合優(yōu)化運(yùn)行及競(jìng)價(jià)模型，將可再生能源與電力市場(chǎng)結(jié)合起來(lái)，達(dá)到了促進(jìn)可再生能源的消納和提升系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的目的。