1 1 Um modelo de planejamento integrado de carga de rede de origem no nível macro

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Um modelo de planejamento integrado de carga de rede de origem no nível macro: Estudo de caso para o setor de energia da China
A redução cada vez mais séria de geração de energia renovável em muitos países reflete as desvantagens da atual abordagem de planejamento, que separa o planejamento da fonte de energia e o planejamento da expansão da rede. Além disso, os recursos no lado da demanda não devem mais ser ignorados no planejamento de energia com políticas gradualmente maduras relacionadas à eficiência energética e à resposta da demanda. Para preencher essa lacuna, este documento propõe uma nova abordagem de planejamento de sistema de energia e cria um modelo de planejamento integrado de carga de rede de origem no nível macro. O modelo considera todos os elementos disponíveis no lado da fonte, lado da grade e lado da carga juntos para encontrar uma solução de desenvolvimento ideal do ponto de vista de todo o sistema de energia. A eficácia e a superioridade desse modelo são verificadas por meio da comparação entre o planejamento de redes de origem separadas, o planejamento integrado de redes de origem e o planejamento integrado de carga de rede de origem no estudo de caso. Então, um caminho de desenvolvimento ótimo para o setor de energia da China até 2030 elaborado pelo modelo proposto neste artigo é apresentado. Com base na análise aprofundada dos resultados do planejamento, recomendações de políticas também são fornecidas.
1. Introdução
Com o desenvolvimento de energia renovável no fornecimento de energia e o aumento do consumo de energia elétrica na demanda de energia, os sistemas de energia desempenharão um papel cada vez mais significativo nos sistemas de energia. Portanto, será cada vez mais essencial ter um planejamento razoável para o setor de energia. O planejamento para o setor de energia tradicionalmente inclui Planejamento de Expansão da Geração (GEP) e Planejamento da Expansão da Transmissão (TEP). O GEP determina o esquema de expansão das fontes de energia [1]. O TEP determina o esquema de expansão da rede de transmissão [1]. Um único GEP ou um único TEP é um problema tradicional que foi pesquisado com mais maturidade, conforme revisado na ref. [2] e ref. [3] No entanto, planejamentos separados de expansão de geração e expansão de transmissão tendem a gerar desperdício de recursos e podem falhar em alcançar a maior eficiência de investimento do ponto de vista de todo o sistema [4]. Um exemplo típico é o severo contingenciamento da geração eólica na China [5]. O desenvolvimento de geração renovável traz mais requisitos no planejamento coordenado de geração e transmissão [6]. Alguns estudiosos tentaram combinar GEP e TEP para buscar um esquema de expansão ideal em um escopo mais amplo. Ref. [7] argumenta que é necessário ter um planejamento integrado de geração e transmissão de longo prazo no nível macro, embora o setor energético seja desregulamentado em muitos países. Ref. [1] propõe um modelo de programação multiestágio para lidar com a geração de energia sustentável e o planejamento da expansão da transmissão. Ref. [8] apresenta um modelo probabilístico para planejamento de expansão de geração e transmissão considerando critérios de confiabilidade. Ref. [9] propuseram um modelo de planejamento coordenado baseado em processos interativos e iterativos entre o GEP e o TEP. Ref. [10] descreve um modelo de equilíbrio de três níveis para a expansão da geração e transmissão. Todas as pesquisas acima fazem explorações significativas na integração de GEP e TEP. Mas a maioria dos modelos propostos nesses artigos é aplicada a sistemas padrão assumidos do ponto de vista da engenharia. Preocupações sobre o fornecimento de energia de baixo carbono, segurança e economia estão levando vários países a considerar o planejamento estratégico de energia [11]. Portanto, a ideia de planejamento integrado da fonte de geração e da rede de transmissão fará sentido se for levada a cabo no nível estratégico nacional, para que a utilização de energia e a emissão de carbono da nação no futuro possam ser determinadas e analisadas.
Além do lado da fonte de geração e parte da grade de transmissão, o lado da demanda de carga também é uma parte básica dos sistemas de energia. Tradicionalmente, o equilíbrio entre oferta e demanda no sistema de energia é alcançado pelo simples ajuste da oferta para atender à demanda. Como resultado, nenhum elemento ajustável no lado da demanda de carga é considerado no planejamento do sistema de energia ou no modelo de operação. No entanto, está se tornando progressivamente viável que os recursos do lado da demanda participem do equilíbrio entre oferta e demanda de energia [12,13]. Por um lado, a melhoria da Eficiência Energética (EE) pode ser tratada como um recurso alternativo para a expansão da geração. Este recurso tende a ser melhor que as fontes de geração porque ajuda a reduzir o consumo total de energia e a emissão de carbono [14]. Por outro lado, a Resposta à Demanda (DR) emerge em alguns sistemas de energia com o desenvolvimento de tecnologias e políticas relacionadas à rede inteligente [15]. Os comportamentos dos consumidores de energia podem ser afetados por certos incentivos ou esquemas de preços. Tanto o EE quanto o DR processam a variável demanda de carga, que tem impactos inegáveis ​​na expansão dos sistemas de energia. Portanto, os recursos do lado da carga, DR e EE, devem ser considerados como recursos consideráveis ​​no modelo de planejamento para o setor de energia do futuro. Ref. [16] trata a EE como um dos possíveis caminhos para reduzir a dependência da energia nuclear e reduzir as emissões de carbono no Japão. Refs. [17e19] utilizam o conceito de Usina de Eficiência Energética (EPP) para reunir todas as melhorias de eficiência energética e realizar o Planejamento Estratégico de Recursos Integrados (IRSP), considerando o EPP na China. Ref. [20] propõe um modelo de dois níveis para avaliar os impactos do EPP nos problemas do GEP. Ref. [21] pesquisa problemas regionais de TEP incorporando EE em virtude de melhorias na previsão de carga. Em comparação com o EPP, o RD é raramente considerado no modelo de planejamento de longo prazo. A razão é que o DR é essencialmente um conceito no nível de operação, por isso, normalmente aparece no dia seguinte ou em modelos de otimização em tempo real [22]. Contudo, o DR também terá indubitavelmente influências no GEP e no TEP. Ref. [23] incorpora o DR em um modelo de planejamento de geração de eletricidade e estuda os efeitos de projetos de políticas relacionados. Ref. [24] propõe um modelo de planejamento energético multirregional e multiperíodo considerando DR e aplica-o ao sistema de energia grega. Esses estudos são todos inovadores porque começam a levar em conta recursos no lado da carga em questões de planejamento. Mas é necessário um trabalho adicional que considere tanto o EPP quanto o DR, já que ambos são recursos importantes do lado da demanda, com diferentes mecanismos, características e impactos.
Para preencher essa lacuna crítica, este documento propõe um modelo de planejamento integrado de carga de fornecedores para todo o setor de energia da China. Todos os recursos do lado da fonte de geração, do lado da grade de transmissão e do lado da demanda de carga são considerados em conjunto para buscar uma solução ótima do ponto de vista de todo o sistema de potência. Esse modelo pode fornecer aos pesquisadores e formuladores de políticas o esquema de expansão das fontes de energia, o esquema de expansão das redes de transmissão e o emprego de recursos de EE e DR durante o período de planejamento.
Após a proposição do modelo, este documento enfoca o setor de energia da China para realizar um estudo de caso, porque representa cerca de um quarto do consumo total de carvão no mundo [25,26]. A superioridade desse modelo é verificada por meio de comparações de resultados trabalhados com diferentes abordagens de planejamento. Em seguida, um esquema de desenvolvimento ideal do setor de energia da China de 2015 a 2030 é definidopelo modelo de planejamento de rede de fonte integrada proposto, que serve como um exemplo de aplicação desse modelo.
2. Modelo de planejamento integrado de grade de origem e carga
O planejamento do setor de energia inclui principalmente o GEP e o TEP, conforme estabelecido na Seção 1. Essas duas questões tendem a ser realizadas separadamente na prática, uma vez que diferentes partes interessadas estão envolvidas em diferentes questões. No entanto, graves desvantagens dessa abordagem de planejamento tornam-se óbvias. Com o rápido desenvolvimento da energia eólica, grandes quantidades de geradores eólicos foram instaladas todos os anos em áreas ricas em vento. Mas a incoordenação e o descompasso entre a capacidade de geração e a capacidade de transmissão e algumas outras razões estão resultando em uma séria redução na geração de energia eólica, o que causa um grande desperdício de recursos energéticos e diminui a eficiência dos investimentos. Assim, é importante combinar o planejamento da fonte de energia e o planejamento da rede de transmissão juntos. Além disso, os recursos no lado da carga de energia desempenharão papéis progressivamente importantes no sistema de energia, como mencionado anteriormente. Portanto, será significativo construir um modelo de planejamento para o setor de energia no nível macro que considere todos os recursos do lado da fonte, do lado da grade e do lado da carga, que podem servir como uma ferramenta para encontrar o esquema ideal de desenvolvimento do setor de energia. determinado país.
O planejamento integrado de carga da rede-fonte toma decisões sobre a expansão de várias fontes de geração, a expansão de linhas de transmissão e o emprego de recursos do lado da carga ao mesmo tempo, a fim de encontrar o melhor caminho de desenvolvimento de sistemas de energia com o mínimo geral custo em todo o sistema.
O planejamento de energia é uma questão de otimização. Matematicamente, ele pertence ao problema de programação inteira não linear mista (MINLP). O modelo integrado de carga da grade de origem consiste em uma função objetiva e várias restrições.
2.1. Função objetiva
A função objetivo deste modelo é minimizar o custo total para garantir que a fonte de alimentação atenda à demanda de energia a longo prazo. Investimentos em expansão de geração, custo de operação de todos os geradores, custo de emissões de carbono, custo de emissões de dióxido de enxofre, custo de emissões de óxidos de nitrogênio, investimento em expansão de transmissão, investimento em melhorias de eficiência energética e custo de emprego de DR são considerados função objetivo como mostrado abaixo. onde T é a duração do período de planejamento; Ur é o conjunto de regiões consideradas no planejamento; Nós é o conjunto de tipos de fonte de energia; Css, r, t é a capacidade do tipo de fonte de energia sth na região r no ano t; Qs, r, t é a capacidade retirada do tipo de fonte de energia sth na região r no ano t; Ps é o custo de instalação por unidade de capacidade do tipo de fonte de energia; Hs é a hora de utilização anual do tipo de fonte de energia; Es é o custo de operação e manutenção (O & M) (incluindo o custo de combustível) por unidade de eletricidade do tipo de fonte de energia; εcs, t é o fator de emissão de carbono do tipo de fonte de energia no ano t; PrC é o custo por unidade de emissão de carbono; εss, t é o fator de emissão de dióxido de enxofre do tipo de fonte de energia no ano t; PrS é o custo por unidade de emissão de dióxido de enxofre; εns, t é o fator de emissão de óxidos de nitrogênio do tipo de fonte de energia no ano t; PrN é o custo por unidade de emissão de óxidos de nitrogênio; Ug é o conjunto de canais de transmissão; Cgg, t é a capacidade do canal da grade de transmissão no ano t; Pg é o custo de instalação por unidade de capacidade do canal da rede de transmissão; Ue é o conjunto de tipos de EPP; Cee, r, t é a capacidade do tipo eth de EPP na região r no ano t; Pe é o custo de instalação por unidade de capacidade do tipo eth de EPP; Ud é o conjunto de tipos de DR; Cdd, r, t é a capacidade do dth tipo de DR na região r no ano t; Ed é o custo de emprego do dth tipo de DR; R é a taxa de desconto.
2.2. Restrições
O modelo de planejamento integrado de carga da grade de origem no nível macro inclui vários aspectos das restrições. A subseção 2.2.1 garante que a demanda de pico de carga em cada região em cada ano possa ser atendida, o que significa que o equilíbrio de energia nas horas fora de pico também pode ser alcançado durante todo o período de planejamento. A subseção 2.2.2 garante que o balanço anual de eletricidade acumulativo possa ser realizado. Os impactos dos recursos do lado da demanda são considerados nessas restrições. A subsecção 2.2.3 e a subsecção 2.2.4 expressam restrições aos limites de transmissão de energia inter-regional. As subseções 2.2.5 a 2.2.10 apresentam restrições na escala de expansão e limite de investimento da fonte de energia, grade de transmissão e recursos do lado da carga. A Subseção 2.2.11 propõe uma restrição de capacidade de regulação para garantir que a capacidade de regulação no sistema de energia possa atender aos requisitos de regulação causados ​​pela variabilidade da demanda de carga e fontes de geração renovável, o que garante a operação flexível e segura do sistema de energia e a capacidade de integração do sistema de energia para fontes de geração variáveis, uma vez que a variabilidade da produção de geração de energia renovável representa desafios mais sérios para a capacidade de regulação flexível dos sistemas de energia [27,28]. A Subseção 2.2.12 e a Subseção 2.2.13 introduzem as restrições que refletem a ambição do governo nacional de promover a geração de energia renovável e melhorar a eficiência energética. As subseções 2.2.14 a 2.2.19 expressam restrições às emissões de carbono e poluentes, uma vez que os impactos ambientais também devem ser considerados no planejamento energético [29].
2.2.1. Restrição de carga máxima de energia
onde Ur2x é o conjunto de canais de transmissão que exportam energia elétrica da região r; Ptg, t é a energia transmitida pelo canal de transmissão no ano t; Ux2r é o conjunto de canais de transmissão que importam energia elétrica para a região r; lg é a taxa de perda de linha do canal de transmissão gth; lr é a taxa média de perda de linha da grade dentro da região r; h é o fator de reserva; Fpr, t é a previsão do pico de carga na região r no ano t.
2.2.2. Restrição de demanda de eletricidade
onde Etg é a eletricidade anual transmitida pelo canal de transmissão; Fer, t é a previsão da demanda de eletricidade na região r no ano t; Ele é a hora de utilização anual do tipo eth de EPP.
2.2.3. Restrição de transmissão de energia
2.2.4. Restrição anual de transmissão de eletricidade
onde Hg é a hora de utilização máxima anual do canal de transmissão.
2.2.5. Restrição de capacidade de expansão de geração
onde Csms, r, t é o potencial de crescimento máximo do tipo de fonte de energia sth na região r no ano t.
2.2.6. Restrição de investimento de expansão de geração
onde Is é o limite superior do investimento global na expansão da geração.
2.2.7. Restrição de capacidade de expansão de transmissão
onde Cgmg, t é o potencial de crescimento máximo do canal de transmissão no ano t.
2.2.8. Restrição de investimento na expansão da transmissão
onde Ig é o limite superior do investimento global na expansão da transmissão.
2.2.9. Restrição de capacidade de EPP
onde Ceme, r, t é o potencial máximo de crescimento do tipo eth de EPP na região r no ano t.
2.2.10. Restrição de capacidade de emprego de DR
onde Cdmd, r, t é a capacidade potencial máxima do dth tipo de DR na região r no ano t.
2.2.11. Restrição de capacidade de regulação de carga de pico
onde Uspr é o conjunto de tipos de fontes de energia que possuem capacidade de regulação de carga de pico; ms, r é a razão da capacidade de regulação da carga de pico do tipo de fonte de energia sth na região r; Udpr é o conjunto de tipos de DR que possui capacidadede regulação de carga de pico; lr, t é a diferença prevista entre a demanda máxima de carga e a demanda mínima de carga na região r no ano t; Usv é o conjunto de tipos de fontes de energia variáveis; ds é a saída garantida do tipo de fonte de energia.
2.2.12. Restrição de taxa de energia renovável
onde Usr é o conjunto de tipos de fontes de energia renováveis; at é o rácio pretendido de capacidade de fonte de energia renovável para capacidade de fonte de energia global no ano t.
2.2.13. Restrição de relação EPP
onde bt é a razão-alvo de economia de energia para previsão de demanda total de eletricidade no ano t.
2.2.14. Restrição na emissão de dióxido de carbono no ano alvo
onde a UceT é o limite superior de emissão de carbono no setor elétrico no ano T.
2.2.15. Restrição na emissão de dióxido de carbono acumulativo
onde Uce é o limite superior de emissão de carbono acumulado no setor de energia durante o período de planejamento.
2.2.16. Restrição na emissão de dióxido de enxofre no ano alvo
onde UseT é o limite superior de emissão de dióxido de enxofre no setor de energia no ano T.
2.2.17. Restrição na emissão acumulativa de dióxido de enxofre
onde Uso é o limite superior da emissão acumulada de dióxido de enxofre no setor de energia elétrica durante o período de planejamento.
2.2.18. Restrição na emissão de óxidos de nitrogênio no ano alvo
onde UneT é o limite superior de emissão de óxidos de nitrogênio no setor elétrico no ano T.
2.2.19. Restrição na emissão acumulativa de óxidos de azoto
onde Une é o limite superior de emissão acumulada de óxidos de nitrogênio no setor elétrico durante o período de planejamento.
3. Visão geral dos recursos na fonte, grade e lado da carga no setor de energia da China
Agora que o novo modelo de planejamento foi construído, um estudo de caso sobre o setor de energia da China deve ser realizado. Nesta seção, uma visão geral do lado da fonte de energia, do lado da grade e do lado da carga na China é fornecida para preparar o caminho para a aplicação do modelo.
3.1. Lado da fonte de energia
As fontes de energia no setor de energia da China consistem principalmente de energia de carvão, energia a gás, energia nuclear, energia hidrelétrica, energia eólica e energia solar.
O poder do carvão é a principal fonte de energia na China. Representa cerca de dois terços da estrutura da fonte de energia em termos de capacidade instalada [30]. Há uma abundante reserva de carvão na China, especialmente no norte da China, no noroeste da China e no nordeste da China [31]. Mas a quota da produção de energia a carvão deverá diminuir, uma vez que o carvão não é um recurso sustentável e provoca emissões de gases com efeito de estufa [32]. Com o desenvolvimento de energia renovável variável, mais usinas de carvão começam a servir como recursos de regulação no sistema. A produção de geradores de energia a carvão pode ser ajustada até certo ponto, mas o grau depende de tipos específicos de geradores. Por exemplo, as unidades de fornecimento de calor tendem a ter capacidade de regulação muito limitada. Além disso, a operação com saída relativamente baixa reduz a eficiência econômica da unidade e aumenta seu fator de emissão [33].
A energia do gás é um recurso valioso em sistemas de energia, porque tem excelente capacidade de regulação. A saída de um gerador de gás pode ser ajustada de forma flexível em termos de profundidade e velocidade. No entanto, devido a reservas de recursos limitados e alto custo de geração, a energia de gás ocupa uma porcentagem muito pequena na estrutura de energia da China. Como resultado, a capacidade de regulação do sistema de energia da China é atualmente bastante limitada, o que não é adequado para a integração de energia renovável variável.
A energia nuclear representa apenas cerca de 1,5% da capacidade instalada de produção de energia da China [30]. Mas é enfatizado nos últimos anos por causa de suas vantagens em custo e emissão [34]. Atualmente, usinas nucleares se localizam principalmente em áreas costeiras. Mas a ideia de construir unidades nucleares em áreas do interior, como a China Central, está sendo aceita por mais e mais pessoas [35,36]. A participação da energia nuclear na China deve ser ampliada, especialmente antes que os custos da energia eólica e da energia solar caiam para um nível suficientemente baixo.
A energia hidrelétrica é o principal recurso renovável na China. A sua quota na capacidade de produção de energia instalada na China é de 22,22% em 2014 [30]. A energia hidrelétrica não tem custo de combustível e emissão de carbono, e sua saída é controlável. Portanto, ele foi desenvolvido positivamente por muitos anos, embora possa causar problemas de reassentamento e problemas ecológicos [31]. Além disso, a energia hidrelétrica pode funcionar como um recurso regulador confiável com grande capacidade de regulação, o que é bastante significativo para a utilização de energia eólica e solar. Os recursos hídricos são principalmente distribuídos no Sudoeste da China e na China Central [31]. Como essas regiões estão distantes dos centros de carga, é importante garantir que a capacidade de transmissão entre regiões corresponda à capacidade de geração instalada no futuro, caso contrário, a redução da energia hidrelétrica será mais severa.
A energia eólica se desenvolve muito rapidamente nos últimos anos na China. A sua quota na capacidade total de produção instalada aumentou para 7% em 2014 [30]. Devido ao declínio contínuo do seu custo e ao aumento da pressão de redução de emissões, a produção de energia eólica teria uma fatia maior no futuro [37]. No entanto, o problema da redução da energia eólica está se tornando sério. Um grande obstáculo para utilizar a energia eólica é a sua variabilidade e intermitência, o que requer mais capacidade de regulação de pico no sistema. Além disso, os recursos de energia eólica localizam-se principalmente no noroeste da China, norte da China e nordeste da China [38]. Assim, a capacidade de transmissão inter-regional também pode restringir a utilização da energia eólica.
A energia solar é também uma fonte de energia emergente. Em comparação com a energia eólica, a sua quota, cerca de 1,8%, ainda é muito baixa na estrutura de capacidade de produção da China [30]. A principal razão é o seu maior custo. Mas o potencial para sua expansão é muito grande à medida que seu custo diminui. Semelhante à energia eólica, a energia solar também tem uma saída variável que não pode ser prevista com precisão com base nas técnicas atuais. A energia solar da China localiza-se principalmente na região noroeste [39], que também está longe dos centros de carga. Se medidas razoáveis ​​não forem tomadas, a redução da energia solar será severa com o incremento da capacidade de energia solar instalada.
3.2. Lado da grade
A rede de transmissão na China pode ser dividida em seis redes regionais, a grade do norte da China, a grade do leste da China, a grade da China central, a grade do nordeste da China, a grade do noroeste da China e a grade do sul da China. Tradicionalmente, uma rede regional é uma unidade fundamental na qual o despacho e a transação de energia elétrica são concluídos e o equilíbrio entre oferta e demanda é alcançado. Cada grade regional é independente até certo ponto. O número de linhas de transmissão que atravessam diferentes regiões é limitado. Com o desenvolvimento do setor de energia e rede de rede, mais linhas de transmissão inter-regionais foram construídas. Uma vez que as áreas ricas em recursos estão longe das áreas ricas em carga na China, é particularmente necessário realizar uma interligação mais próxima entre as várias regiões [31]. O fluxo de potência inter-regional atual é ilustrado na Fig. 1.
No entanto, a atual capacidade de transmissão entre regiões ainda está por trás dos requisitos de utilização de recursos de energia renovável. O corte de energia eólica no nordeste da China e no noroeste da China e o corte de energia hidrelétrica no sudoeste da China são severos nos últimos anos. O descompassoentre a capacidade de geração de energia renovável nas áreas ricas em recursos e a capacidade de transmissão das linhas que ligam essas áreas e as áreas de carga é uma das razões mais importantes [31].
Para realizar a transmissão de longa distância de energia elétrica, é necessária uma tensão de alto nível devido às suas vantagens em capacidade de transmissão, distância de transmissão e taxa de perda de linha [40]. Nos últimos anos, a tecnologia de transmissão de alta voltagem está se desenvolvendo rapidamente na China. É considerado como a escolha razoável para a expansão da transmissão entre regiões [40].
3.3. Lado da carga
Um sistema de energia consiste no lado da fonte de geração, no lado da rede de transmissão e no lado da demanda de carga. Com o desenvolvimento do sistema de energia na China, os planejadores devem considerar os impactos dos recursos no lado da carga que são total ou parcialmente ignorados em muitos modelos de planejamento tradicionais. Na opinião dos autores, os seguintes dois tipos de recursos do lado da carga devem ser levados em consideração de acordo com as situações práticas da China.
3.3.1. Eficiência energética
Existem potenciais consideráveis ​​para economia de energia na China. O consumo de eletricidade por unidade do PIB é de 0,533 kWh / $ em 2014 na China, enquanto é de apenas 0,214 kWh / $ nos EUA [30,41,42]. O governo chinês está atribuindo grande importância para melhorar a eficiência energética. O Presidente Xi Jinping propôs o conceito de revolução no consumo de energia em 2014, que colocou a poupança de energia a um nível extremamente elevado [43].
A redução de uma unidade de consumo de energia elétrica pode ser considerada como uma substituição zero-carbono para expandir uma unidade de capacidade de geração de energia elétrica. Além disso, também é capaz de diminuir a exigência de expansão da transmissão. Consequentemente, a eficiência energética é tratada como um recurso no modelo de Planejamento Integrado de Recursos (IRP) e no modelo Planejamento Estratégico de Recursos Integrados (IRSP) [44]. O conceito de EPP foi utilizado no IRSP [17], no IRSP não linear [18] e no IRSP regional na China [19]. De acordo com as situações práticas na China, as luminárias de economia de energia, os motores de alta eficiência, os transformadores de potência de alta potência, os acionamentos de velocidade variável e os eletrodomésticos de alta eficiência são as principais escolhas a serem modeladas como EPP [44].
3.3.2. Resposta de demanda
Como mencionado anteriormente, DR refere-se à mudança ativa do consumo de eletricidade pelos clientes em resposta a certas políticas de incentivo ou preço. Acredita-se que o DR desempenhará um papel cada vez mais importante com o desenvolvimento do setor energético [45]. Como resultado do DR, o pico de carga pode ser reduzido, o que significa que há menos requisitos para expansão de geração e expansão de transmissão. A partir dessa perspectiva, os impactos do DR nos problemas de planejamento são semelhantes aos do EPP, embora o DR seja um conceito no nível de operação, enquanto o EPP é um recurso típico no nível de planejamento. Além disso, o DR pode atuar como um recurso de regulação no sistema devido à sua excelente capacidade de regulação. Portanto, o emprego de DR é benéfico para a utilização de recursos energéticos variáveis ​​e pode substituir alguns geradores convencionais, cuja responsabilidade é participar da regulação de pico de carga.
Na China, o DR ainda está no estágio inicial de desenvolvimento. No passado, algumas medidas de gerenciamento de carga foram tomadas, mas os consumidores não tinham o poder de decisão às vezes. Além disso, as medidas foram concebidas apenas para alguns consumidores industriais e o principal alvo é a redução do pico de carga [46]. O governo chinês começou a prestar mais atenção à promoção da RD em 2014. Alguns projetos-piloto foram realizados em Xangai, Pequim, Jiangsu em 2014 e 2015 [47]. Além disso, uma profunda reforma orientada para o mercado está sendo conduzida no setor de energia da China, especialmente no lado da carga. Enquanto isso, um enorme plano de investimento na reconstrução da rede de distribuição é publicado pela Administração Nacional de Energia da China [48]. Quanto ao DR, essas medidas abrirão o caminho para o seu desenvolvimento na perspectiva do ambiente de mercado e da base de hardware. Portanto, recursos consideráveis ​​de DR serão ativados no setor de energia da China no futuro, cujos impactos não devem ser ignorados no planejamento para o setor de energia.
4. Estudo de caso
4.1. Configurações do cenário e dados de entrada
Existem três cenários na seção de estudo de caso neste documento. No Cenário 1, o GEP e o TEP são conduzidos separadamente. O TEP é executado após o GEP de acordo com a situação prática na China [49]. No Cenário 2, o GEP e o TEP são executados em conjunto, o que pode ser considerado como planejamento integrado de rede de origem. O modelo executado no Cenário 2 é quase o mesmo que o modelo proposto neste artigo, mas todos os itens relacionados a EPP e DR não estão incluídos. No Cenário 3, o planejamento integrado da carga da grade de origem é executado.
Neste estudo de planejamento, a China é composta por seis regiões, norte da China, leste da China, China central, nordeste da China, noroeste da China e sul da China, de acordo com o layout das redes regionais. A província de Xizang é considerada como parte do noroeste da China neste estudo. O período de planejamento é de 2015 a 2030. Os tipos de fonte de energia incluem energia de carvão, energia a gás, energia nuclear, energia hidrelétrica, energia eólica e energia solar. As redes consideradas na questão do planejamento são capacidade de transmissão inter-regional. Os recursos no lado da carga consistem em EPP e DR. Quanto ao EPP, lightings de economia de energia, sistemas de motores de alta eficiência, transformadores de potência de alta potência, drives de velocidade variável e eletrodomésticos de alta eficiência são considerados [44]. Considerando as realidades na China, apenas um tipo de DR, o DR baseado em incentivos, é levado em consideração neste estudo de caso [47].
Os dados sobre situações iniciais no início do planejamento são principalmente do anuário de energia elétrica da China [30]. Os dados básicos de planejamento que refletem várias características de fontes de energia, canais de rede e recursos do lado da demanda são principalmente do Laboratório de Suprimento e Demanda de Energia da State Grid Corporation of China [50]. As principais suposições de várias fontes de energia são mostradas na Tabela 1 [44,50]. Os custos de instalação de energia eólica e solar são considerados em declínio a cada ano como uma curva de aprendizado, uma vez que ainda são tecnologias emergentes. O custo de O & M da geração de energia de carvão é diferente em diferentes regiões, considerando as diferenças na distribuição de recursos e os impactos do custo de transporte do carvão. Os factores de emissão de CO2, os factores de emissão de SO2 e os factores de emissão de NOx da energia do carvão e da potência do gás também variam ao longo do tempo [50]. Fatores de perda de transmissão de energia entre regiões e fatores de perda de entrega de energia intra-região são da Ref. [51] Os dados sobre o custo de instalação de linhas de transmissão são de Refs. [50,52]. A hora máxima de utilização das linhas de transmissão é de 5500 h [51]. O custo de emprego do DR é de 100 yuan / kW, que é definido de acordo com os projetos-piloto de DR em Pequim e Jiangsu em 2015 [47]. A demanda anual de energia e eletricidade de cada região dentro do período de planejamento é baseada na previsão do State Grid Energy Research Institute [50]. O custo de emissão de carbono é uma sequência aritmética de 62,5 a 100 yuan / ton de acordo com a Ref. [53] O limite superior de emissão de CO2, emissão de SO2 e emissão de NOx no ano alvo é de 8 bilhões de toneladas, 40 milhões de toneladas e 20 milhões de toneladas, respectivamente. O limite superiorde emissão acumulada de CO2, emissão de SO2 e emissão de NOx durante o período de planejamento é de 120 bilhões de toneladas, 600 milhões de toneladas e 300 milhões de toneladas, respectivamente. A taxa de desconto anual é de 0,07.
O modelo é programado e resolvido no GAMS. BONMIN é selecionado como o solucionador
4.2. Resultados
4.2.1. Verificação do modelo de planejamento integrado de grade de origem e carga
Os resultados do planejamento nos três cenários são mostrados na Tabela 2, Tabela 3, Tabela 4, Tabela 5, Tabela 6 e Tabela 7. Eles são os fundamentos da análise em parágrafos posteriores.
Devido ao espaço limitado, somente os resultados no ano alvo, 2030, são apresentados acima. É óbvio que os resultados do planejamento variam de um cenário para outro. Os custos e as emissões nesses cenários também foram calculados, conforme mostrado na Tabela 8 e na Tabela 9, respectivamente.
O cenário 3 tem o melhor desempenho em termos de custo ou emissão, o que verifica a superioridade do modelo de planejamento integrado de carga de banco de dados. As vantagens do Cenário 2 sobre o Cenário 1 são devido ao planejamento integrado de origem e grade. Os resultados no Cenário 3 são melhores que os do Cenário 2 devido aos recursos do lado da carga. Esses impactos serão analisados ​​em detalhes na próxima seção.
4.2.2. Aplicação do modelo de planejamento integrado de grade de origem e carga
Agora que a superioridade do modelo de planejamento de carga de rede de fonte integrada foi comprovada, a solução desenvolvida por esse modelo pode orientar bem o desenvolvimento do setor de energia da China. Mais resultados no Cenário 3 são fornecidos da seguinte maneira. A evolução das capacidades instaladas das fontes de energia na China durante o período de planejamento é mostrada na Figura 2. A estrutura da fonte de energia na China em 2030 é ilustrada na Figura 3.
Como mostrado na Figura 3, a relação entre a capacidade de energia eólica e a capacidade total da fonte de energia é de 13,05% em 2030, o que representa 185% de seu nível em 2014. O desenvolvimento da energia solar é mais rápido. Sua participação chega a 9,07% em 2030, o que representa 507% do seu nível inicial. A parcela da capacidade de fonte de energia renovável chega a 46,68% em 2030, e a participação da capacidade de fonte não-fóssil atinge 51,36%. Mas será um pouco menor quando se trata da participação em termos de geração de eletricidade, já que a hora de utilização das energias renováveis, especialmente eólica e solar, tende a ser menor que a energia a carvão, que é a espinha dorsal do setor de energia da China. A Figura 4 ilustra a evolução da estrutura de geração de eletricidade na China de 2015 a 2030. A Figura 5 mostra a participação da geração de eletricidade não-fóssil em cada ano durante o período. A proporção de geração de eletricidade não fóssil será maior que 40% após 2028, de acordo com os resultados deste estudo.
Embora a energia não fóssil esteja desempenhando um papel cada vez maior no setor de energia da China, a emissão de dióxido de carbono continuará a aumentar dentro de um longo período, como mostra a Fig. 6. Isso se deve ao crescimento contínuo da demanda de carga. Felizmente, o pico de emissão aparece durante o período nesse planejamento. O valor máximo da emissão de dióxido de carbono será de 6,65 bilhões de toneladas em 2027.
A Tabela 10 lista os resultados do planejamento da rede de transmissão inter-regional de 2015 a 2030. A capacidade de transmissão do noroeste da China para a China Central é a maior entre todos os canais de transmissão. A capacidade total de transmissão inter-regional na China continua aumentando até 2028, quando o valor máximo aparece como 290,1 GW. A Fig. 7 ilustra a capacidade da rede inter-regional da China com a estrutura de origem em cada região em 2030.
A transmissão de eletricidade interregional total em cada ano e a média anual de utilização de todos os canais de transmissão inter-regionais são mostradas na Figura 8. A transmissão de eletricidade inter-regional na China continuará crescendo rapidamente nos próximos 10 anos de acordo com os resultados do planejamento, o que prova a indispensabilidade e significância da transmissão inter-regional na otimização da alocação de recursos. O tempo médio de utilização anual da rede inter-regional será de aproximadamente 5000 h na maioria dos anos no período de planejamento, o que é um valor razoável.
A Tabela 11 mostra a média anual de exportação líquida de eletricidade de cada região durante três subperíodos de 2015 a 2030. O noroeste da China e o nordeste da China servem como base de energia na China em virtude da grande capacidade de transmissão inter-regional. Outras regiões são as extremidades receptoras da transmissão de eletricidade interregional. O leste da China ocupa o primeiro lugar em termos de importação de eletricidade. O interrelacionamento de equilíbrio de eletricidade entre estas regiões é exibido na Tabela 12. A importação total de eletricidade do leste da China durante o período de planejamento é 6655.4 TWh, que é 19,7% da demanda acumulada de eletricidade no leste da China. O noroeste da China faz a maior contribuição para fornecer eletricidade para o leste da China.
As capacidades de EPP e DR em cada ano nos resultados do planejamento são mostradas na Fig. 9. Está claro que elas desempenharão um papel cada vez mais importante. Particularmente, o DR mantém um crescimento óbvio em cada ano durante o período de planejamento. A capacidade de recursos do lado da carga e sua participação na demanda de carga em cada região são ilustradas na Figura 10. As capacidades dos recursos do lado da carga no norte da China, leste da China e sul da China são as três maiores. Essas regiões são mais desenvolvidas e possuem maior demanda de carga, de modo que os potenciais de melhoria da eficiência energética e de resposta à demanda tendem a ser maiores. Por outro lado, os recursos do lado da carga no nordeste da China, no norte da China e no noroeste da China têm maior participação na demanda de carga. Este resultado revela o fato de que as penetrações dos recursos do lado da carga devem ser maiores em áreas onde os recursos energéticos variáveis ​​(eólica e solar) são ricos, especialmente considerando a capacidade de DR no balanço de demanda de energia elétrica participante como um recurso flexível.
5. Discussões e implicações políticas
5.1. Importância da integração do planejamento de origem e planejamento de grade
Por meio da comparação entre o cenário 1 e o cenário 2, as vantagens da integração do planejamento de origem e do planejamento de rede são verificadas. No Cenário 1, o planejamento de origem é conduzido primeiramente sem considerar o planejamento da grade. A participação da energia renovável no resultado do planejamento do Cenário 1 é maior que no Cenário 2. Particularmente, mais energia eólica e solar estão instaladas no noroeste da China e no nordeste da China, onde há mais recursos energéticos com menor demanda de carga, como mostrado nas Tabelas 2 e 4. A razão é que as energias renováveis ​​terão maior força competitiva se o custo da expansão da transmissão relacionada for ignorado. Esta abordagem subestima o custo da utilização de energias renováveis ​​e tende a causar o superdesenvolvimento de energias renováveis, embora seja amplamente utilizado na prática e em pesquisas acadêmicas [54].
Então, dois tipos de resultados ruins podem aparecer depende do planejamento de grade subseqüente. Se a capacidade de transmissão atender totalmente ao requisito de transmissão de energia determinado pelo planejamento da fonte de energia, o custo da expansão da transmissão inter-regional será muito alto. O cenário 1 é o caso, portanto, o custo da expansão da rede é 2,06 vezes maior do que no Cenário 2, o que leva a um custo total mais alto para o setor de energia. Por outro lado, se a capacidade de transmissão não for suficiente para transmitir a energia de regiões ricas em recursos para regiões ricas em carga, ocorrerá redução na geração de renováveis,que é a situação atual na China.
5.2. Significância de considerar os recursos do lado da carga no planejamento
As diferenças nos resultados do planejamento do Cenário 2 e do Cenário 3 comprovam as influências de considerar os recursos do lado da demanda. Conforme discutido na Seção 3.3, os recursos do lado da carga são uma boa opção para reduzir tanto o custo quanto a emissão do sistema de energia para alcançar o equilíbrio entre oferta e demanda. Os resultados do estudo de caso atestam este ponto conforme listado nas Tabelas 8 e 9. Devido aos recursos no lado da carga, o custo de expansão da geração, o custo da operação e o custo de expansão da transmissão serão reduzidos. O custo total é 1059,15 bilhões de yuans a menos durante o período de planejamento. Enquanto isso, a emissão acumulada é de 3,7 bilhões de toneladas a menos devido aos recursos do lado da demanda.
Além disso, os impactos dos recursos do lado da demanda, especialmente DR, sobre a utilização de recursos energéticos variáveis ​​também foram confirmados pelo estudo de caso. 62,9 GW energia renovável mais variável pode ser utilizada na China em 2030 como resultado da consideração de DR.
5.3. Implicações políticas para o desenvolvimento do setor de energia da China
5.3.1. Conseguir uma transição razoável do mix de geração
Muitas pessoas estão pesquisando ou promovendo a transição do mix de geração. Por exemplo, alguns deles se dedicam ao aumento de energia eólica e solar no mix de geração [54]; alguns outros argumentam que o poder do gás também deve desempenhar um papel importante [55]. O melhor caminho para o desenvolvimento de cada fonte de geração deve ser definido de acordo com a solução ótima geral fornecida neste documento.
A expansão do poder do carvão deve ser restringida rigorosamente. Como mostrado na Figura 2, a expansão da capacidade de energia de carvão na China deve ser muito limitada de 2015 a 2027, e então manter a capacidade em torno de 1385 GW. A participação da energia do carvão na capacidade total de geração continua diminuindo durante o período de planejamento de 63,4% para 42,3%. A expansão inclui 249 GWin Northwest China, 170 GW no norte da China e 108 GW em outras regiões. Um fato preocupante é que a capacidade de produção de carvão ainda mantém um crescimento considerável na prática nos últimos anos, o que significa que seria difícil controlar o desenvolvimento do poder do carvão, embora seja essencial.
A quota de energia do gás deve ser aumentada. O poder do gás não é apenas mais limpo, mas também mais flexível do que a energia do carvão, o que o torna uma escolha particularmente boa com o crescimento de recursos energéticos variáveis. No entanto, devido à reserva deficiente e custo caro, a energia do gás não deve ser valorizada com expectativas muito altas na China. De acordo com os resultados do planejamento, a capacidade de energia do gás continua aumentando durante todo o período de planejamento, especialmente de 2020 a 2030, e atinge 209 GW em 2030, quando sua participação na capacidade total de fonte de energia é de 6,38%. Sua expansão ocorre principalmente no noroeste da China, no nordeste da China e no norte da China, onde a exigência de capacidade de regulação de pico é grande devido à alta penetração de geração variável.
A participação da energia nuclear também deve ser aumentada, uma vez que a energia nuclear é um recurso energético de baixo carbono e altamente eficiente. No entanto, sua competitividade se tornará cada vez mais limitada, com os custos da energia eólica e da energia solar diminuindo. Além disso, é considerado como uma energia perigosa no público. De acordo com a solução ótima elaborada neste trabalho, a expansão da energia nuclear deve ser rápida de 2015 a 2025.
No final do período de planejamento, sua capacidade é de 153 GW, o que representa 7,7 vezes a capacidade atual. É razoável tornar a energia nuclear uma participação de aproximadamente 5% na capacidade da fonte de energia.
A energia hidrelétrica é uma excelente opção de fornecimento de energia em termos de custo marginal de geração e características de emissão. Além disso, sua produção pode ser ajustada de maneira flexível e é capaz de servir como recurso de regulação no sistema de energia, o que é significativo para a integração de energia eólica e solar. Os resultados do modelo proposto mostram que a energia hídrica continua aumentando durante todo o período de planejamento. Em 2030, sua capacidade chega a 805 GW e sua participação é de 24,6%. A principal expansão ocorre na China Central, no noroeste da China e no sul da China.
Acredita-se que a energia eólica seja uma parte muito mais importante no setor de energia no futuro. De acordo com os resultados do planejamento deste documento, a capacidade instalada de energia eólica deve ser melhorada de 95,8 GW em 2014 para 428,0 GW em 2030. A taxa de crescimento é de 346,7%. Sua participação na capacidade total de fonte de energia é de 13,1% em 2030. Os resultados podem não ser tanto quanto alguns estudiosos pensaram [54]. Possíveis razões são as seguintes. Em primeiro lugar, são considerados os diferentes locais de demanda de recursos e carga eólica e os custos de expansão de transmissão relacionados, o que significa que os resultados do estudo seriam diferentes das pesquisas em que o planejamento é conduzido em nível nacional e a transmissão não é considerada quando a estrutura de origem é determinada. Em segundo lugar, o modelo proposto levou em conta a restrição da regulação da carga de pico, que é uma questão muito essencial para o sistema de energia, especialmente com a penetração de recursos energéticos variáveis. Se essa restrição for ignorada, os resultados do planejamento não seriam viáveis ​​da perspectiva do sistema de energia, que é um sistema especial no qual o equilíbrio exato entre oferta e demanda deve ser alcançado a cada momento. Em terceiro lugar, a quota de energia eólica e outras fontes de energia renováveis ​​tem algo a ver com o custo de emissão de carbono. Este fator é definido de acordo com a situação prática atual e visão dominante na China. Portanto, se os formuladores de políticas acharem que os resultados são racionais, o preço de emissão de carbono é comprovadamente razoável; Se mais energia renovável tiver que ser desenvolvida, será necessário aumentar o custo de emissão de carbono, o que pode ser obtido por meio de políticas mais altas de imposto de carbono ou de comércio de emissões de carbono mais rigorosas.
A energia solar é outra importante energia renovável, sem emissão de carbono e com baixo custo de geração marginal. Por isso, espera-se que seja explorado em larga escala também. De acordo com os resultados do estudo numérico deste trabalho, a capacidade instalada deve ser aumentada de 24,3 GW em 2014 para 297,4 GW em 2030. A taxa de crescimento é de 1124,8%, muito superior à energia eólica. Uma razão para isso é que a atual capacidade instalada de energia solar é muito limitada em comparação com a energia eólica que já experimentou um crescimento massivo nos últimos anos. A outra razão é que há mais potencial para o custo de instalação da energia solar diminuir, o que significa que sua competitividade aumentará mais rapidamente no futuro. Em 2030, a participação da energia solar na capacidade total de geração na China é de 9,07%. As possíveis razões para os resultados relativamente conservadores são as mesmas com a energia eólica, conforme discutido acima.
5.3.2. Encontre um equilíbrio entre a exploração de fontes de energia em regiões ricas em recursos e regiões ricas em carga
É uma questão controversa se a expansão da geração for principalmente executada em regiões ricas em carga ou regiões de recursos [31,52]. De acordo com os resultados deste artigo, nenhum deles é um bom caminho. Em vez disso, atingir um equilíbrio ideal é de importância vital. Durante o período de planejamento, a maior expansão regional de geração é de 587 GW no noroeste da China, a segunda maior é de 483 GW no norte da China, a terceira maior é de 329 GW naChina Central, e então 206 GW no sul da China, 202 GW no leste da China e 115 GW no nordeste da China. Sem surpresa, o número 1 em termos de expansão é o noroeste da China, que é reconhecido como a principal base de energia na China. Mas o que é surpreendente é que o último é o nordeste da China, que também é tratado como uma importante base de energia. A principal razão é que já existe uma capacidade de geração excessivamente redundante em comparação com a demanda de carga limitada nessa região. Além disso, não é uma boa escolha utilizar muita energia elétrica do nordeste da China em outras regiões, já que o único destino possível é o norte da China, onde existem muitas fontes de energia, incluindo muita energia eólica. Portanto, a expectativa do Nordeste da China como uma grande base de energia na China deve ser reduzida da perspectiva de todo o sistema de energia. A capacidade total da fonte de energia e demanda de carga em cada região em 2030 é mostrada na Fig. 11. A relação entre a capacidade de geração e demanda de carga é de 3,28 no noroeste da China, excedendo os níveis em outras regiões, o que comprova o significado de explorar regiões ricas em recursos. Por outro lado, a proporção é quase a mesma em outras regiões. A capacidade de geração é maior que a demanda de carga em todas as regiões, o que indica que a expansão da geração em regiões ricas em carga não deve ser subestimado.
Uma questão mais controversa é onde desenvolver energias renováveis, especialmente energia eólica e solar. Os resultados da otimização mostram que a expansão da energia eólica ocorre principalmente no norte da China (88 GW), no noroeste da China (84 GW) e no leste da China (60 GW); e a expansão da energia solar aparece principalmente no noroeste da China (140 GW), no norte da China (98 GW) e no sul da China (28 GW). O desenvolvimento da energia eólica no leste da China é perceptível. A participação da energia eólica nessa região aumenta de 2,4% em 2014 para 14,1% em 2030. Sua taxa de crescimento é a mais alta em todas as regiões. No entanto, não foi considerado como uma área significativa em que a energia eólica deva ser massivamente desenvolvida. Este resultado verifica a necessidade de explorar energia em regiões ricas em carga. Por outro lado, o recurso eólico no leste da China não é realmente escasso, apesar de ser definitivamente menor do que as reservas no noroeste da China, no norte da China e no nordeste da China [38]. O crescimento da energia solar no sul da China é quase a mesma situação. Em conclusão, o desenvolvimento de energia eólica e solar tem sido excessivamente concentrado nas regiões com recursos ricos, mas com baixa demanda de carga [31]. No futuro, é necessário não apenas continuar com essa abordagem (especialmente no noroeste da China), mas também se concentrar mais nas regiões com alta demanda de carga (especialmente regiões com carga rica e recursos de classe média alta).
5.3.3. Promover a rápida expansão da rede de transmissão inter-regional
A rede de transmissão inter-regional precisa ser expandida rápida e massivamente. De acordo com o resultado do planejamento deste trabalho, a capacidade de transmissão inter-regional deve ser aumentada de 51,3 GW para 290,1 GW durante o período de planejamento. A taxa de crescimento é tão alta quanto 465,4%. A expansão da transmissão ocorre principalmente no canal do noroeste da China para a China Central (92,6 GW) e no canal do noroeste da China para o leste da China (62,0 GW).
A expansão da transmissão ocorre principalmente nas fases iniciais e intermediárias do período de planejamento. Dois pontos podem ser inferidos deste resultado. Em primeiro lugar, o mix de geração atual e a distribuição espacial entre várias regiões requerem uma enorme quantidade de expansão de transmissão inter-regional, que é a consequência da abordagem separada de planejamento de fonte e rede atualmente adotada para o setor de energia da China. Em segundo lugar, a transmissão inter-regional desempenhará um papel significativo no esquema de utilização ótima de energia na China em um futuro próximo.
A taxa de expansão será muito baixa na fase final do período de planejamento. A expansão para depois de 2028. Há três razões possíveis por trás deste resultado. Em primeiro lugar, o rápido desenvolvimento da transmissão inter-regional já atendeu ao requisito de utilização de energia elétrica na China. Em segundo lugar, a capacidade de regulação do sistema de energia em cada região aumentará consideravelmente como resultado do desenvolvimento de DR e da transição do mix de fontes de energia que tendem a custar muito tempo. Isso significa que a capacidade de integração local de recursos energéticos variáveis ​​em cada região será suficientemente alta, de modo que a utilização de recursos energéticos variáveis ​​terá menor dependência da transmissão inter-regional. Em terceiro lugar, o desenvolvimento da geração de energia renovável em áreas ricas em carga diminui os requisitos para a transmissão de eletricidade inter-regional na fase final do período de planejamento, como mostrado na Fig. 8.
Em conclusão, é necessário e urgente expandir maciçamente a capacidade de transmissão inter-regional hoje em dia na China. Mas esta tendência será menor que 15 anos. Como mostrado na Tabela 10 e na Figura 8, a capacidade de transmissão inter-regional não continuará aumentando com o crescimento da capacidade de energia renovável. A parte incremental da geração de energia renovável será principalmente consumida localmente em um futuro distante.
5.3.4. Valorizar o papel do DR e EPP no setor de energia no futuro
O papel dos recursos do lado da demanda deve ser valorizado no planejamento para o setor de energia, pois pode servir como uma escolha de zero carbono e baixo custo no balanço de oferta e demanda de energia e também é capaz de melhorar a capacidade de regulação do poder. sistema que é benéfico para a integração de recursos energéticos variáveis. Os resultados do modelo de otimização proposto mostram que eles são essenciais em todas as regiões. Além disso, a parcela dos recursos do lado da demanda continua crescendo durante o período de planejamento. Em média, a capacidade dos recursos do lado da carga representa cerca de 10% da demanda de carga em várias regiões em 2030.
Uma descoberta importante é que a parcela dos recursos do lado da demanda é maior em regiões ricas em energia eólica e solar, como mostra a Fig. 10. Quanto à RD, sua participação é de 8,07%, 7,93% e 7,73%, respectivamente, no Nordeste. China, noroeste da China e norte da China. Por conseguinte, deve ser dada mais atenção ao desenvolvimento de recursos do lado da carga nestas regiões que são ricas em recursos energéticos renováveis ​​variáveis. No entanto, as pessoas tendem a se concentrar nas regiões com maior demanda de carga. Na opinião dos autores, a razão é que a utilização de recursos do lado da carga é promovida e executada principalmente pelo governo (especialmente comissões de desenvolvimento e reforma) na China, o que significa que eles são tratados principalmente como um meio de reduzir o pico de carga para garantir a capacidade de fornecimento pode satisfazer a demanda. No entanto, eles realmente têm mais significados para a operação do sistema de energia, como discutido anteriormente, que é atualmente ignorado na prática da China. No futuro, o operador do sistema deve aproveitar a DR, especialmente seus efeitos na promoção da integração de energia eólica e solar.
6. Conclusão
Este artigo apresenta um novo modelo de planejamento de energia chamado modelo de planejamento integrado de carga de rede de origem. Todos os elementos disponíveis no lado da fonte de alimentação, no lado da grade de transmissão e no lado da demanda de carga são considerados simultaneamente no modelo de planejamento, de modo que uma solução ótima para todo o sistema de potência seja assegurada. O modo é utilizado para o planejamento do setor de energia da China. De acordo com os resultados do planejamento, verifica-se a superioridade domodelo proposto. A otimização integrada da fonte de geração e da rede de transmissão pode garantir o planejamento razoável de geração renovável. Além disso, a incorporação de recursos do lado da demanda torna o sistema mais econômico e mais ecológico e promove a utilização da geração de energia renovável. Em seguida, sugestões de políticas são fornecidas para alcançar uma transição razoável do mix de geração, equilibrando a exploração de fontes de energia em regiões ricas em recursos e regiões ricas em carga, promovendo a rápida expansão da rede de transmissão inter-regional e valorizando o papel dos recursos do lado da demanda.
No entanto, ainda existem algumas limitações do modelo proposto. Para controlar a escala do modelo de planejamento integrado de carga da rede de origem, não há simulação de operação horária do equilíbrio entre oferta e demanda dentro do período de planejamento, o que significa que o modelo pode não refletir com precisão a variabilidade e flexibilidade dos sistemas. especialmente quando há uma certa quantidade de geração renovável variável.
No futuro, o modelo de planejamento integrado macro-fonte-grade-carga pode ser aplicado a outros países, já que é de valor científico geral e o estudo de caso deste documento verificou sua superioridade e efetividade ao lidar com o planejamento de grandes sistemas de energia. Por outro lado, a simulação de operação do sistema em escalas de tempo horárias ou menores poderia ser desenvolvida como uma parte do modelo de planejamento.