非并网清洁能源“发电-储能-用能”价值链耦合协同机制与优化模拟模型研究

Since more electricity generated by clean energy such as wind power and photovoltaic power has been abandoned, the energy storage becomes an important part of the clean energy’s value chain. Based on the requirements of the Energy Internet, this project will explore the coupling coordination and optimization problems related to the off-grid clean energy’s “generation-storage-utilization” value chain. First, the coupling coordination impact factors will be identified from four dimensions of complex system, operational nodes, efficiency of interest bodies and external environment, and the motive model will be established. Then, the coupling cooperation evolution path and rules will be analyzed by studying the utility between impact factors, the structure and the cooperation degree between nodes and the developing path. Next, the benefit balance mechanism, the information sharing incentive mechanism, risk bearing mechanism and value innovation mechanism will be studied and the corresponding models will be built. Finally, the generation optimization model, the storage capacity optimization model, the user demand response model and a joint optimization model will be established and simulated by using cplex and Hadoop etc. Therefore, this project may make a contribution to realizing the value-added effect of clean energy.

随着我国风力、光伏等清洁能源发电弃能现象的加剧，储能成为了清洁能源价值链上的重要环节。本项目适应能源互联网需求，针对非并网清洁能源“发电-储能-用能”价值链，探究其耦合协同与优化问题。首先，从复杂系统维、运营节点维、主体能效维和外部环境维等维度，辨识并解析价值链耦合协同影响因子，并构建协同动因模型；其次，研究价值链协同影响因子间的关联效用、耦合节点间的结构关系、协调性和延展路径等测度与分析模型，揭示非并网清洁能源价值链的耦合协同演进机理；再次，研究清洁能源价值链多方主体在利益平衡、信息共享、风险承担和价值创新等方面的耦合协同机制及模型构建；最后，研究清洁能源价值链发电环节的电源结构优化模型、储能环节的容量优化配置模型、用能环节的用户需求响应模型以及各环节产能联合优化模型，并运用Cplex、Hadoop等软件进行仿真模拟。本项目研究力图为储能参与的清洁能源消纳并发挥其价值链增值效应做出贡献。

适应“碳中和”目标需求，大力发展清洁能源、调整能源结构以应对气候变化已是大势所趋。本课题以储能参与的风电、光伏发电等非并网清洁能源“发电-储能-用能”价值链为研究对象，以促进清洁能源消纳以及整体价值链价值共创和价值增值为目标，采用复杂系统理论、契约理论、博弈论、系统动力学、统计学和智能算法等科学理论与方法，结合“云大物移智区”及能源互联网等新一代信息技术，研究该价值链中多方利益主体的整体耦合协同与优化问题。首先，从复杂系统维、运营节点维、主体能效维及外部环境维等多个维度入手，识别并解析了“发电-储能-用能”价值链耦合协同影响因子，以便为揭示清洁能源价值链耦合协同机理和设计耦合协同机制奠定基础；其次，通过构建相应的协同决策模型、节点优化模型、协同与增值效应评价模型和演化博弈模型，从定性和定量两个方面测度和分析了影响因子间的互相作用以及不同因子对系统协同的影响程度，探讨了子系统之间的结构关系及价值链耦合协同演进机理；再次，针对多方利益主体之间的收益与风险平衡问题，在充分考虑发电商、储能商和用户等各利益主体在能量流、价值流与信息流交互融合的基础上，设计了清洁能源“发电-储能-用能”价值链多方利益主体耦合协同的利益分配机制、信息共享激励机制、风险承担机制和价值创新等发展机制；最后，针对发电环节的电源结构、储能环节的系统配置、用户需求响应以及各环节上的产能联合等问题，分别建立优化模型，通过设计的CIC系统及Matlab、Cplex、Hadoop等软件进行仿真模拟，以协调发电、储能、用能过程中多方利益主体的决策行为，达到减少清洁能源弃能量以谋求价值链整体协同共创效益和效应最大化的目标。项目组在国内外刊物共发表47篇学术论文，出版专著1部，完成研究报告1份，获得软件著作权4项，如期完成了既定的任务目标。课题研究为减少清洁能源发电弃能浪费，提高能源利用效率，实现清洁能源价值创造、创新提供了可行的解决之道。