泛欧经济和生产调度预测模型

未来电力调度校准了我们的模型后，我们接下来研究如何在地理和时间上调度灵活的生产，以应对未来能源转型后期可再生能源的大规模渗透。我们的结果基于三个假设。首先，对于每个国家的生产能力，我们使用欧洲绿色革命（EuropeanGreen Revolution）[8]的2030年ENTSO-E情景愿景4。其次，非柔性生产是通过按照其产能发展的直接比例重新调整2015年的生产规模来获得的。第三，我们假设2030年的消费比例与现在没有太大差别，并在图1的汇总模型中使用每个国家的2015年消费比例。显然，周一-周二-周四-周五-周六-周日-周一-周三-周四-周五-周六-周日-505CH-DE【GW】周一-周二-周三-周四-周五-周六-周日-周二-周三-周四-周五-周一-周三-周四-周五-周日-周一-周一-周二-周四-周五-周六-周日-周日-周四-周五-周日-505FR-DE【GW】图5。自上而下：2015年（红色）和2030年（蓝色），瑞士和德国、瑞士和意大利以及法国和德国之间的电力流动。每个连接的热极限功率用虚线表示。我们的模型可以用来检查人们可能希望实现的任何其他生产和消费场景。图4显示了德国、意大利、瑞士和挪威在2030年冬季连续两周的产量。人们首先看到，当可再生能源产量较低时（第一天），大坝水力发电量较高，有助于满足电力需求。当RES产量较高时，damhydro产量显著降低。尤其值得一提的是，随着可再生能源的大量生产，瑞士连续几天不断地进口电力，这在当今绝非如此。抽水蓄能水力发电是另外一种集中使用的方式，因为它在产量很少时产量很大，而在产量较高时消耗（水泵）。

大坝的年水力发电量与年取水量相对应，由于预计在未来二十年内不会发生显著变化，挪威和瑞士的年发电量与2015年的发电量相当。请注意，与2015年相比，瑞士的总产量减少了一点，这是因为在选定的瑞士Escenario项目中，RES未完全替代拆除的核电。图5显示了相同两周内三个重要互连的功率流。为了进行比较，我们添加了2015年同期获得的功率流。我们注意到，对可调度产品的灵活性提出了更高的要求。特别是，2015年的洪水往往具有主导方向。例如，CH-IT连接主要用于意大利语。然而，到2030年，意大利光伏发电能力的增加导致整个CH-IT互连的反向流动。很明显，大型可再生能源生产导致电力周一周二至周三周四至周五周六周日-20-10010203040剩余负荷【GW】0102030405060日前价格【欧元/兆瓦小时】周一周二至周三至周五周六周日-100102030剩余负荷【GW】1020304050日前价格【欧元/兆瓦小时】图6。2015年冬季（顶部）和夏季（底部）一周的德国剩余负荷（绿线）和德国日水头电价（蓝色）。这两个量之间存在着明显的、几乎完美的相关性。欧洲国家之间的交流，通常会逆转功率流的方向，并导致后者经常失去其热极限，有时会以意想不到的方向。五、 有效电价为了预测电力系统的变化和必要升级，鉴于能源转型，需要一个可靠的经济指标，该指标可以对电价进行定性可靠的估计。

在这里，我们慎重地选择使用一个仅基于技术物理条件的指标，而不是基于高度投机性的经济预测。事实上，存在这样一个经济指标，它非常清楚地反映了供求规律：它是等式（1）中定义的剩余负荷Ri（t）。从定性的角度来看，很容易理解，当Ri（t）低（高）时，对灵活电力的需求以及人们准备支付的价格也低（高）。更令人惊讶的是，电价与剩余负荷之间的相关性在数量上几乎是完美的。参考文献[14]中已经观察到德国的这种相关性。图6显示，剩余负荷与德国两周内的日平均价格密切相关，一周在夏季，一周在冬季。即使考虑到全年，相关性仍然很强，我们发现个人负荷和日前电价之间的相关性系数分布为∈ [0.5，0.9]适用于我们汇总模型中的所有国家。鉴于目前大部分电力交易发生在日前市场上，而且随着许多长期电力合同的到期和不续签，这种趋势在可预见的未来将进一步加强，因此较大的相关性建议引入基于剩余负荷Aspeff，i（t）=αiRi（t）+βi的有效电价，（4）3600 3650 3700 3750 3800 3850 3900 3950 4000 4050 4100-1013600 3650 3700 3750 3800 3850 3900 3950 4000 4050 41001020303600 3650 3700 3750 3800 3850 3900 3950 4000 4050 410010203040图。1 GW、32 GWh PS电厂的优化生产文件（顶部面板；P>0对应于生产，P<0对应于消耗/泵送）、水库水位（中间）和电价（底部）。利用两个参数αi和βi，可以根据历史数据经验确定。

我们从德国最近的历史数据中获得了估计值αi’1[欧元/（兆瓦·千瓦）]和βi’20[欧元/兆瓦小时]。引入有效电价后，现在可以利用我们的模型调查未来的经济状况和机会。为了说明这一点，我们评估了抽水蓄能（PS）发电厂的未来经济条件。PS电厂产生的收入取决于其泵/涡轮机功率Ppi（t）和Pti（t）以及其水库的填充SPSi（t）asG=Xkpe ff（tk）[Pti（tk）- Ppi（tk）]t（5）s.t.0≤ SPSi（tk）≤ SmaxPSi，k（6） 在每个时间步t=1h，储层填充演变为PSI（t+t） =SPSi（t）+[ηPpi（t）- η-1Pti（t）]t（7），典型泵/涡轮机效率η=0.9。包括Eqs规定的水力抽水蓄能。（5-7），我们的泛欧聚合模型类似于参考文献[15]中的power nodemodel。为了获得PS生产/消费比例，我们将其有效收入G纳入公式（5）、Wto优化总收益（见公式（3））以及公式的约束条件。（6） （7）纳入我们的聚合模型。图7显示了实际1 GW、32 GWh PS电厂的PS生产/消耗、电价和PS储备水平的时间曲线。正如预期的那样，产量与电价明显相关，并且满足了水库水位的限制条件。使用公式（5）进一步计算PS收入，我们将其绘制在图8中，用于德国的特殊情况。数据叠加在描述PV（黄色）和风力涡轮机（浅蓝色）年重新发电量的柱状图上。我们将收入与2000年从调度模型中获得的收入进行了归一化。我们正确地获得了00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 200 04 06 08 01 01 01 01 20年可再生能源产量[TWh]0.911.11.21.31.41.5标准化收益。8.

PS（红线）的标准化收入与德国光伏（黄色）和风力涡轮机（浅蓝色）的年产量相叠加。假定每种方式的泵存储效率η=0.9。自2008年起，收入大幅下降，2013年全年最低，之后收入再次增加，恢复到2008年前的价值，约为2015-2016年。后一种行为可能有点过早，但总体而言，我们的数据定性地表明，（i）经过一段时间的分化后，PSI将很快恢复到2008年前的盈利水平，至少在德国是这样，（ii）PS恢复到更大盈利边缘的速度主要取决于RES替代化石生产的速度。六、 结论SWE构建了未来电力市场的泛欧模型。使用数学上定义良好的meritorder，我们对其进行了校准，以再现2015年的生产数据。我们调查了到2030年产量将如何变化，发现增强的国家间电力交换将有助于吸收PVA和风力涡轮机的大量产量。我们介绍了一种有效的电价，并通过调查德国抽水蓄能设施产生的收入来说明其预测能力。我们的研究结果表明，水力泵蓄能电站在未来将创造舒适的收益。这将是多久主要取决于能量转换的速度。致谢这项工作得到了瑞士国家科学基金会的支持。参考文献[1]J.B.Ward，“功率流研究的等效电路”，电气工程，第68卷，第9期，第794–7941949页。[2] W.F.Tinney和J.M.Bright，“功率流等效的自适应缩减”，IEEE电力系统交易，第2卷，第2期，第351-3591987页。[3] A.Papaemanuoil和G。

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