耦合制氢储能的水电站优化调度研究

With respect to the severe situation of too much hydropower stored with spill water simultaneously and the risk of abandon water due to the inflow forecast uncertainty in Southwest China, this project aims on the optimal operation of hydropower station coupled with hydrogen production and storage, to improve the utilization efficiency of hydroenergy and mitigate the risk from forecast uncertainty. The research will be carried out from the following three aspects: Firstly, in the planning and designing stage, the research of operation diagram and capacity of hydrogen production and storage will be carried out to determine the optimal methods and rules of hydrogen generation. Secondly, in the real-time operation stage, a two-stage optimization model will be established to hedge between hydrogen production and flooding risk during flooding season with forecast information. Lastly, a risk operation model will be established to provide decision making support for the effective management of decision-makers, which can solve the problem from the manage level. The cascade hydropower stations on the Yalong River, a tributary of the Jinsha River is taken as the case study to validate the research results. This project provides a brand-new idea for the optimization operation of hydropower generation combined with new energy development and utilization, and has a great significance on building a resource-conserving and environment-friendly society.

针对西南地区水电站“窝电弃水”现象严重和径流预报不确定性导致的调度弃水风险问题，本项目将展开耦合制氢储能的水电站优化调度研究，通过制氢储能的方式来提高水能的利用效率并缓解预报不确定性带来的风险。拟从三个层面上展开研究：首先研究水电站制氢调度图和制氢规模，从而得到较优的制氢方式和制氢规则，解决规划层面上的问题；然后在此基础上考虑预报信息，建立汛期防洪与发电制氢双目标两阶段协调控制优化对冲模型，综合研究防洪风险最小和发电量最大的多目标竞争优化问题，从而获得效益最大化，解决实时调度层面上的问题；最后研究相应的调度风险模型，为决策者的有效管理提供支持，解决风险管理层面上的问题。同时以金沙江的支流——雅砻江梯级水电站群为研究背景，来验证本项目的研究成果。本项目为水电站发电优化调度与新能源开发利用相结合提供了一个崭新的思路，具有一定前瞻性和推广性，对建设资源节约型与环境友好型社会具有重要意义。

针对西南地区水电站“窝电弃水”现象严重和径流预报不确定性导致的调度弃水风险问题，本项目主要从澜沧江流域资料的收集与整理、优化确定制氢调度图与制氢规模、水电站发电量经济学特性、水电站防洪与发电制氢优化对冲模型、贝叶斯概率预报研究分析以及基于风险补偿模型的水电站最优调度决策六个方面开展了研究，具体如下：首先，通过审查、检验、分类、汇总了调查所获得的水文、气象资料，水电站工程资料，航运资料和发电资料，为项目研究的开展做了充分的资料准备；接着，利用旬径流预报结果作为信息输入，以发电保证率最大，水库弃水量最少，发电量最大为优化目标，应用GDE3多目标算法得到耦合旬径流预报信息的制氢调度图，并对多目标优化的可行解集分析讨论不同制氢设备规模下的发电保证率与制氢设备利用率的关系，作为水电站选择合理制氢规模的参考；然后，分析了水电站发电量的经济学特性，构建了两阶段发电优化对冲模型并给出了权衡两阶段发电量的最优条件，将理论研究应用于澜沧江流域的小湾水电站，漫湾水电站和景洪水电站，为水电站发电调度提供理论基础；在此基础上，考虑预报信息，建立汛期防洪与发电制氢双目标两阶段协调控制优化对冲模型，综合研究防洪风险最小和发电量最大的多目标竞争优化问题，结合经济学原理，阐述目标函数及约束的经济学特性，给出防洪与发电二者的最佳权衡条件，并利用这些特性制定不同预报水平下的水电站调度对冲规则，解决实时调度层面上的问题；最后，利用Box-Cox变换的BPF模型描述预报信息的不确定性，依托在线竞争比分析框架，提出了最优竞争比策略构建了概率预期下在线报童问题的风险补偿模型，并计算了不同预期下的水电站调度决策风险，为具有风险偏好的决策者设计了决策策略，解决风险管理层面上的问题。本项目为水电站发电优化调度与新能源开发利用相结合提供了一个崭新的思路，具有一定前瞻性和推广性，对建设资源节约型与环境友好型社会具有重要意义。