[发明专利]一种基于全寿命周期成本理论的抽水蓄能电站容量规划方法

权利要求书

1.一种基于全寿命周期成本理论的抽水蓄能电站容量规划方法，其特征在于，它包括以下步骤：

1)建立抽水蓄能电站全寿命周期成本模型

把抽水蓄能电站在全寿命周期内的成本分为投资成本、运行成本、维护成本、故障检修成本以及退役处置成本，

①投资成本

投资成本包括抽水蓄能机组的购置安装投资和水库容量的建设投资，用公式(1)计算，C_CI＝(c_b·P_P-S+c_w·W_P-S)·10^-4 (1)式中，C_CI为抽水蓄能电站在全寿命周期内的投资成本，单位为“亿元”；c_b为建设抽水蓄能电站机组单位容量所需的投资成本，单位为“万元/MW”；c_w为建设抽水蓄能电站水库单位容量所需的投资成本，单位为“万元/MW·h”；P_P-S为抽水蓄能电站机组装机容量，单位为“MW”；W_P-S为抽水蓄能电站配套水库设计蓄水库容等效的发电容量，单位为“MW·h”；

②运行成本

运行成本为抽水蓄能机组运行过程中所花费的成本，包括抽水蓄能机组的启停成本和抽水所花费的成本，用公式(2)计算，

式中，C_CO为抽水蓄能电站在全寿命周期内的运行成本，单位为“亿元”；Q_p为抽水蓄能电站年抽水用电量，单位为“MW·h”；c_p为抽水蓄能电站抽水耗用单位电量的费用，单位为“万元/MW·h”；qt为抽水蓄能机组一天的启停次数；c_qt为抽水蓄能机组每次启停的费用，单位为“万元”；t＝1，2，…，T，T为抽水蓄能电站的寿命年限，单位为“年”；d为一年的天数；r为贴现率；

其中，Q_p用公式(3)计算，

式中，Q_p为抽水蓄能电站年抽水用电量，单位为“MW·h”；P_P(i)为抽水蓄能电站在第i个时段的抽水功率，单位为“MW”；d为一年的天数，以1小时为间隔把一天分为24个时段，i＝1，2，…，24；

③维护成本和故障检修成本

维护成本和故障成本表示抽水蓄能机组进行定期维护以及发生故障检修所花费的成本，用公式(4)计算：

式中，C_CM为抽水蓄能电站在全寿命周期内的维护成本，单位为“亿元”；C_CF为水蓄能电站在全寿命周期内的故障检修成本，单位为“亿元”；C_CI为抽水蓄能电站在全寿命周期内的投资成本，单位为“亿元”；t＝1，2，…，T，T为抽水蓄能电站的寿命年限，单位为“年”；α为年维护检修费率；r为贴现率；

④退役处置成本

退役处置成本是指抽水蓄能机组在全寿命周期末时的残余价值和处置成本，用公式(5)计算，

C_CD＝γC_CI (5)

式中，C_CD为抽水蓄能电站在全寿命周期内的退役处置成本，单位为“亿元”；C_CI为水蓄能电站在全寿命周期内的投资成本，单位为“亿元”；γ为退役处置费率；

综合抽水蓄能电站在全寿命周期内各阶段的成本，得到抽水蓄能电站的全寿命周期成本用公式(6)计算：

C_LCC＝C_CI+C_CO+C_CM+C_CF+C_CD (6)

式中，C_LCC为抽水蓄能电站的全寿命周期成本，单位为“亿元”；C_CI为抽水蓄能电站在全寿命周期内的投资成本，单位为“亿元”；C_CO为抽水蓄能电站在全寿命周期内的运行成本，单位为“亿元”；C_CM为抽水蓄能电站在全寿命周期内的维护成本，单位为“亿元”；C_CF为抽水蓄能电站在全寿命周期内的故障检修成本，单位为“亿元”；C_CD为抽水蓄能电站在全寿命周期内的退役处置成本，单位为“亿元”；

2)抽水蓄能电站综合效益模型的建立

在系统负荷曲线和风电出力既定的场景下，利用火电出力和抽水蓄能出力之间的协调配合关系分析抽水蓄能电站接入电力系统为火电系统、风电系统带来的效益和自身产生的效益，

①抽水蓄能电站为风电系统带来的效益

抽水蓄能电站接入电力系统，通过减少风电场的弃风量而产生效益，用公式(7)计算，

B₁＝S_w·Q_P·10^-4 (7)

式中，B₁为抽水蓄能电站接入系统为风电系统带来的效益，单位为“亿元”；S_w为风电上网电价，单位为“万元/MW·h”；Q_p为抽水蓄能电站年抽水用电量，单位为“MW·h”；

②抽水蓄能电站为火电系统带来的效益

抽水蓄能电站接入电力系统，通过替代火电机组调峰而减少火电机组的运行产生节煤效益以及抽水蓄能电站本身储能带来减排效益，用公式(8)计算，

B₂＝[(Q_f·h₁-Q_P·h₂)·c_r+c_f·Q_P]·10^-4 (8)

式中，B₂为抽水蓄能电站接入系统为火电系统带来的效益，单位为“亿元”；Q_f为抽水蓄能电站年发电量，单位为“MW·h”；Q_p为抽水蓄能电站年抽水用电量，单位为“MW·h”；h₁为抽水蓄能机组发电时所替代机组的单位供电煤耗，单位为“吨/MW·h”；h₂为抽水蓄能机组抽水时耗用单位电量的煤耗，单位为“吨/MW·h”；c_r为燃煤价格，单位为“万元/吨”；c_f为火电机组生产单位电能的排放成本，单位为“万元/MW·h”；

其中，Q_f用公式(9)计算，

式中，Q_f为抽水蓄能电站年发电量，单位为“MW·h”；P_f(i)为抽水蓄能电站在第i个时段的发电出力，单位为“MW”；d为一年的天数，以1小时为间隔把一天分为24个时段，i＝1，2，…，24；

③抽水蓄能电站自身产生的效益

抽水蓄能电站接入电力系统通过自身发电获得效益，用公式(10)计算，

B₃＝Q_f·(c_g+c_t)·10^-4 (10)

式中，B₃为抽水蓄能电站接入电力系统自身产生的效益，单位为“亿元”；Q_f为抽水蓄能电站年发电量，单位为“MW·h”；c_g为负荷高峰时段的电价，单位为“万元/MW·h”；c_t为电网对提供非常规调峰服务机组的调峰电量补偿，单位为“万元/MW·h”；

综合抽水蓄能电站的全寿命周期成本和其接入电力系统为风电系统、火电系统带来的效益以及自身产生的效益，抽水蓄能电站的综合效益目标函数用公式(11)计算，

式中，B_∑为抽水蓄能电站在全寿命周期内的综合效益，单位为“亿元”；B₁为抽水蓄能电站接入系统为风电系统带来的效益，单位为“亿元”；B₂为抽水蓄能电站接入系统为火电系统带来的效益，单位为“亿元”；B₃为抽水蓄能电站接入系统自身产生的效益，单位为“亿元”；C_LCC为抽水蓄能电站的全寿命周期成本，单位为“亿元”；t＝1，2，…，T，T为抽水蓄能电站的寿命年限，单位为“年”；r为贴现率；

抽水蓄能电站的容量规划需要满足以下约束方程式，

①抽水蓄能机组在同一时段只能处于一种运行状态，用公式(12)表示，

式中，P_PS(i)为抽水蓄能电站在第i个时段的出力，单位为“MW”；P_P(i)为抽水蓄能电站在第i个时段的抽水功率，单位为“MW”；P_f(i)为抽水蓄能电站在第i个时段的发电出力，单位为“MW”；

②所有机组在各时段的出力等于该时段系统的负荷，用公式(13)表示，

P_fire(i)+P_PS(i)＝P_L(i)-P_wind(i) (13)

式中，P_fire(i)为火电机组在第i个时段的出力，单位为“MW”；P_PS(i)为抽水蓄能电站在第i个时段的出力，单位为“MW”；P_wind(i)为风电机组在第i个时段的出力，单位为“MW”；P_L(i)为负荷在第i个时段的大小，单位为“MW”；

③火电机组在各个时段的出力不能超过其最大出力，不能低于其最小经济出力，用公式(14)表示，

P_fire.min≤P_fire(i)≤P_fire.max (14)

式中，P_fire(i)为火电机组在第i个时段的出力，单位为“MW”；P_fire.max为火电机组的最大出力，单位为“MW”；P_fire.min为火电机组的最小经济出力，单位为“MW”；

④抽水蓄能电站库容约束用公式(15)表示，

式中，P_f(i)为抽水蓄能电站在第i个时段的发电出力，单位为“MW”；P_P(i)为抽水蓄能电站在第i个时段的抽水功率，单位为“MW”；ξ_f为抽水蓄能电站发电时的水量/电量转换系数，单位为“m³/MW·h”；ξ_P为抽水蓄能电站抽水时的水量/电量转换系数，单位为“m³/MW·h”；V_min为抽水蓄能电站的最小蓄水量，单位为“万m³”；V_max为抽水蓄能电站的最大蓄水量，单位为“万m³”；V₀为抽水蓄能电站的初始蓄水量，单位为“万m³”；以1小时为间隔把一天分为24个时间段，i＝1，2，…，24；

3)以抽水蓄能电站综合效益最大为目标，用粒子群算法求解公式(11)所示的目标函数，求出抽水蓄能电站在全寿命周期内能够取得最大综合效益时的规划容量。