一种面向新型电力系统的煤电发展路径多维度评估优选方法与装置与流程

本发明涉及电源规划，特别涉及一种面向新型电力系统的煤电发展路径多维度评估优选方法与装置。

背景技术：

1、在新型电力系统转型过程中，煤电由主体电源向支撑性、调节性电源转变，科学谋划煤电发展路径对于保障能源安全与实现低碳转型具有重要意义。特别是对于煤炭、石油、天然气等一次能源资源匮乏的地区，如何在能源安全与低碳化转型之间寻求煤电发展的平衡点，已成为新型电力系统研究中的关键问题。

2、现有的煤电发展路径研究及电源配置方法主要存在以下不足：

3、第一，现有电源配置方法多聚焦单一维度评估。

4、如中国发明申请cn118971210b公开的一种考虑不同电源之间经济性的电源配置方法，虽然构建了电源侧精细化成本函数并通过8760小时时序仿真获取实际燃料耗量进行经济性比选，但其评估维度仅限于经济性，未考虑电力系统的安全充裕性和清洁低碳性。单一维度的经济性评估难以支撑煤电发展路径这种涉及能源安全、生态约束和社会成本的重大决策。

5、第二，现有煤电发展路径研究缺乏面向中长期动态演化的多维度量化评估方法。如中国发明申请cn119010220b公开的一种适应新型电力系统的多时间尺度电源配置方法，虽然融合了长时间尺度与小时级时间尺度的电源配置，但侧重于电源装机规模的迭代计算与收敛，未形成针对不同煤电发展路径的多维度量化评估与比选机制。其输出结果为电源配置方案，而非经过多维度评估后的煤电发展路径优选建议。

6、第三，现有技术未形成针对煤电峰值装机、服役年限、发展模式等关键问题的系统化场景设置与评估优选方法。煤电发展路径涉及电力源、网、荷、储各环节，涵盖系统经济成本、低碳转型进程、系统充裕度与消纳水平等多维度内容，各元素耦合交织。现有研究或仅聚焦某一年的详细仿真分析，难以匹配新型电力系统的中长期动态演化特征；或为长周期内的粗略规划，缺乏对新能源日内波动和系统消纳能力的精细刻画。这种时间尺度的割裂导致规划与运行脱节，难以适应新型电力系统"中长期演化与短时波动并存"的特征。

7、此外，在评估方法方面，现有研究虽有个别文献提出了多维评价指标体系，但其评估过程仍存在明显不足。一方面，现有文献多采用固定路径进行仿真推演，并通过对各边界参数进行逐一波动分析来评估能源转型效果，缺乏针对不同煤电发展路径的多场景横向对比与比选机制，难以直接回答“煤电峰值装机应定为多少”“机组服役年限应如何设置”“应选用何种发展模式”等关键决策问题。另一方面，现有文献的评价指标体系多涵盖能源、排放、经济等维度，但未涵盖电力系统安全充裕性指标（如规划区域电量自给率、系统充裕度），无法评估煤电路径对能源安全保障能力的影响。此外，现有文献的仿真模型多以年度为时间步长，缺乏小时级的精细时序仿真，无法刻画新能源日内波动对煤电调峰需求和系统消纳能力的影响。现有文献亦未公开将复杂能源电力模型通过降维处理聚焦于煤电路径研究的建模方法论，导致复杂模型难以直接应用于煤电路径的工程化评估。

技术实现思路

1、本发明提供了一种面向新型电力系统的煤电发展路径多维度评估优选方法与装置，以解决背景技术所提到的技术问题。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明提供了一种面向新型电力系统的煤电发展路径多维度评估优选方法，包括如下步骤：

4、s1、获取规划区域的电网运行数据、电源装机数据及资源禀赋数据；

5、s2、构建多维度评价指标体系；

6、s3、基于模型降维思路设置煤电发展关键问题的仿真推演场景；

7、s4、基于多时间尺度省域能源电力混合仿真模型进行仿真推演，获取各个仿真推演场景下多维度评价指标体系中的各指标参数；

8、s5、将各个仿真推演场景下多维度评价指标体系中的各指标参数进行横向对比，形成煤电发展路径推荐方案。

9、进一步地，所述电网运行数据包括规划年份区间内的逐年最大负荷、全社会用电量、负荷时序序列；

10、电源装机数据包括规划区域内现有各类电源装机、起始年每台煤电机组投产时间及装机规模、各类电源可开发量上限，以及风电、光伏、生物质发电、水电、核电的预测出力时序序列；

11、资源禀赋数据包括规划区域的水电、风电、光伏、生物质发电、气电、核电的可开发量及开发时序。

12、进一步地，所述多维度评价指标体系包括经济高效类指标、安全充裕类指标和清洁低碳类指标；

13、经济高效类指标包括全周期发电侧总成本、发电侧度电成本，其中，全周期发电侧总成本不含碳排费用、发电侧度电成本；发电侧度电成本不含碳排费用；

14、安全充裕类指标包括规划区域电量自给率、新型电力系统的充裕度；

15、清洁低碳类指标包括可再生能源电量占比、发电侧度电碳排。

16、进一步地，所述模型降维思路具体为：

17、将资源禀赋数据设为定量；

18、将煤电峰值装机规模、煤电机组服役年限和煤电发展模式设为自变量；

19、将受煤电发展路径影响的电源元素设为因变量，因变量包括外电送入规模、抽水蓄能装机规模和新型储能装机规模。

20、进一步地，所述煤电发展模式包括：

21、煤电装机恒定模式：煤电装机规模达到所设定的峰值装机规模后保持煤电装机规模恒定，当有煤电机组到期退役时，使用当年新增煤电机组补足退役容量；

22、煤电退而不补模式：煤电装机规模达到所设定的煤电峰值装机规模后不再新增煤电机组，煤电装机规模随煤电机组到期退役逐步下降。

23、进一步地，所述s3中设置煤电发展关键问题的仿真推演场景具体包括：

24、针对煤电峰值装机规模的设置问题，设置不同煤电峰值装机规模的场景组，保持机组服役年限和煤电发展模式不变；

25、针对煤电机组服役年限的设置问题，设置不同大小机组服役年限组合的场景组，保持煤电峰值装机规模和煤电发展模式不变；

26、针对煤电发展模式的设置问题，设置不同煤电发展模式的场景组，保持煤电峰值装机规模和煤电机组服役年限不变。

27、进一步地，所述全周期发电侧总成本包括建设成本、运维成本、燃料成本、碳排放成本、财务成本、应急电源成本和外电成本；

28、所述建设成本按各类电源的运营年限将初始投资分摊至全运营期，并考虑当年退役机组的投产年份投资成本回溯；

29、所述运维成本为所有电源运维费用之和；

30、所述燃料成本依据各类电源的发电小时数和燃料单价计算得到；

31、所述碳排放成本包含规划区域化石能源装机的碳排放费用以及外电中化石能源碳排放费用；

32、所述财务成本为贷款利息；

33、所述应急电源成本为应急电源规模和应急电源单位成本的乘积；

34、所述外电成本为外电送入电量和落地电价的乘积；

35、规划区域电量自给率为全社会用电量与外电送入电量之差与全社会用电量的比值；

36、新型电力系统的充裕度为各类电源按出力系数折算后的有效装机总和与最大负荷乘以备用率与一之和的比值；

37、可再生能源电量占比为规划区域可再生能源发电量与外电中可再生能源电量之和除以全社会用电量；

38、发电侧度电碳排为发电侧总碳排放量除以电源的总发电量。

39、进一步地，所述建设成本的表达式为：

40、；

41、其中，表示第

n年的建设成本，

i表示第

i种电源，

i表示电源类型总数；表示第

n-1年第

i中电源类型的建设成本；表示第

i种电源在第

n年投产的装机规模；表示第

i种电源在第

n年退役的装机规模；表示第

i种电源运营年限；表示第

i种电源在第

n年的单位投资成本；表示当年退役机组在投产年份的单位投资成本；

42、运维成本的表达式为：

43、；

44、其中，表示第

n年的运维成本；表示单位装机费用所对应的系数；表示第

i种电源在第

n年的装机规模；表示设备维护费用所对应的系数；

45、燃料成本的表达式为：

46、；

47、其中，表示第

n年的燃料成本；、、分别表示第

n年煤电、气电和核电的装机规模；、、分别表示第

n年煤电、气电和核电的发电小时数；、、分别表示第

n年的发电所产生的煤耗、气耗和核耗；、、分别表示第

n年煤价格、天然气价格和核燃料价格；

48、碳排放成本的表达式为：

49、；

50、其中，表示第

n年的碳排放成本；表示第

n年碳排放权交易价格；表示第

n年第

j台机组碳排放量；表示第

n年第

j台机组碳配额下的免费碳排放量；

51、财务成本的表达式为：

52、；

53、其中，表示第

n年的财务成本；为贷款利率；表示第

m年；表示第

m年第

i种电源的贷款金额；表示第

i种电源的贷款年限；

54、应急电源成本的表达式为：

55、；

56、其中，表示第

n年的应急电源成本；表示第

n年的应急电源规模；表示第

n年的应急电源单位成本；

57、外电成本的表达式为：

58、；

59、其中，表示第

n年的外电成本；表示第

n年外电送入电量；表示第

n年外电落地单价；

60、全周期发电侧总成本的表达式为：

61、；

62、其中，表示全周期发电侧总成本；表示外电成本；表示设定的推演终止年；

63、规划区域电量自给率的表达式为：

64、；

65、其中，表示第

n年的规划区域电量自给率；表示规划区域第

n年全社会用电量；

66、新型电力系统的充裕度的表达式为：

67、；

68、其中，表示第

n年新型电力系统的充裕度；表示第

i种电源第

n年出力系数；表示第

n年最大负荷；表示第

n年负荷削峰率；

69、可再生能源电量占比的表达式为：

70、；

71、其中，表示第

n年的可再生能源电量占比；表示第

n年规划区域可再生能源发电量；为第

n年外电中的可再生能源电量；

72、发电侧度电碳排的表达式为：

73、；

74、其中，表示第

n年发电侧度电碳排；

j表示化石能源电源机组的数量。

75、本发明另一方面还提供了一种面向新型电力系统的煤电发展路径多维度评估优选装置，被配置为执行一种面向新型电力系统的煤电发展路径多维度评估优选方法，包括：

76、数据获取模块，被配置为获取规划区域的电网运行数据、电源装机数据及资源禀赋数据；

77、指标体系构建模块，被配置为构建多维度评价指标体系；

78、场景设备模块，被配置为设置煤电发展关键问题的仿真推演场景；

79、仿真推演模块，被配置为获取各个仿真推演场景下多维度评价指标体系中的各指标参数；

80、评估优选模块，被配置为依据各个仿真推演场景下多维度评价指标体系中的各指标参数评估得到煤电发展路径推荐方案。

81、本发明的有益效果：

82、1、本发明构建了涵盖经济高效类指标、安全充裕类指标和清洁低碳类指标三个维度的多维度评价指标体系，填补了煤电发展路径多维度量化评估的技术空白。相比现有单一经济性评估方法，本发明的三维度评估增加了安全充裕性指标（规划区域电量自给率、系统充裕度），能够同时反映煤电路径对新型电力系统运行成本、能源安全保障和低碳转型进程的影响，评估结果更加全面、客观，特别适用于能源保供压力较大的资源匮乏型地区。

83、2、本发明基于模型降维思路，将复杂的多时间尺度省域能源电力混合仿真模型转换为针对煤电关键问题的仿真推演场景，将资源禀赋数据设为定量、煤电设为自变量、受煤电影响的电源元素设为因变量，显著提高了煤电路径研究的效率和可操作性。相比现有文献中直接对完整复杂模型进行仿真计算的方法，本发明的模型降维方法能够聚焦于煤电关键问题，降低计算复杂度，提高评估效率。

84、3、本发明融合中长期动态演化与小时级精细仿真的多时间尺度评估方法，中长期时间尺度反映电源装机动态演化，小时级时间尺度刻画新能源出力波动和系统消纳水平，可同时满足系统电力支撑、煤电转型和新能源消纳等多目标需求。相比现有中长期粗略规划方法，本发明通过结合8760小时电力时序仿真模型，使得本发明能够更准确地刻画新能源日内波动对煤电调峰需求和系统消纳能力的影响。

85、4、本发明提出了针对煤电峰值装机规模、煤电机组服役年限、煤电发展模式三大关键问题的系统化场景设置方法，并通过多场景横向对比进行择优决策，形成了完整的"场景设置—仿真推演—指标计算—综合比选—路径建议"评估优选流程。相比现有单一方案评估方法，本发明通过设置多组仿真推演场景并进行横向对比，使得本发明相比传统评估方法，决策支撑能力显著增强。