Multi-Objective Transmission Expansion: An Offshore Wind Power Integration Case Study
作者: Saroj Khanal, Christoph Graf, Zhirui Liang, Yury Dvorkin, Burçin Ünel
分类: eess.SY
发布日期: 2023-11-16 (更新: 2024-04-21)
DOI: 10.1109/TEMPR.2024.3390760
💡 一句话要点
提出多目标传输扩展模型以促进海上风电整合
🎯 匹配领域: 支柱四：生成式动作 (Generative Motion)
关键词: 海上风电 电网规划 多目标优化 负外部性 清洁能源 传输扩展 运营成本
📋 核心要点
- 现有海上电网规划缺乏系统性指导，难以应对日益增长的海上风电渗透率和清洁能源资源的整合需求。
- 论文提出了一种多目标、多阶段的规划模型，旨在高效整合海上风电，并考虑负外部性对决策的影响。
- 实验结果表明，优化连接点和考虑极端操作场景能够显著降低总成本，并提高系统的运营效率。
📝 摘要（中文）
尽管美国及全球对海上风电的目标雄心勃勃，但海上电网规划指导仍然显著匮乏，与成熟的陆上电网框架形成鲜明对比。本文描述了一种多目标、多阶段的发电、储能和传输扩展规划模型，以促进海上风电的大规模高效和韧性采用。该模型明确考虑了温室气体排放和地方性空气污染等负外部性，利用8区ISO-NE测试系统和9区PJM测试系统，探讨了优化连接点与固定连接点的影响、负外部性及海上风电整合带来的极端操作场景的考虑。结果表明，考虑负外部性需要在清洁发电和储能上进行更大的前期投资，但可降低预期的运营成本。
🔬 方法详解
问题定义：本文旨在解决海上风电整合过程中电网规划的不足，尤其是缺乏对负外部性的考虑，导致资源配置不合理。
核心思路：提出的模型通过多目标优化，综合考虑发电、储能和传输扩展，明确负外部性对决策的影响，以实现高效的海上风电整合。
技术框架：模型分为多个阶段，包括需求预测、资源评估、传输网络设计和经济性分析，利用8区ISO-NE和9区PJM测试系统进行验证。
关键创新：模型的创新在于将负外部性纳入规划考虑，强调了在清洁能源投资中的前期成本与长期运营成本之间的平衡。
关键设计：模型中设置了多个关键参数，如连接点的优化策略、负外部性的量化方法，以及不同场景下的运营成本评估。通过这些设计，模型能够适应多变的市场和环境条件。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
实验结果显示，考虑负外部性后，清洁发电和储能的前期投资增加，但预期运营成本显著降低。此外，优化连接点的策略能够重塑海上电网拓扑，降低整体成本，提升系统的经济性和韧性。
🎯 应用场景
该研究的潜在应用领域包括海上风电项目的规划与实施、清洁能源政策的制定以及电网运营商的决策支持。通过提供系统的规划框架，能够有效促进海上风电的集成与发展，推动可再生能源的广泛应用。
📄 摘要（原文）
Despite ambitious offshore wind targets in the U.S. and globally, offshore grid planning guidance remains notably scarce, contrasting with well-established frameworks for onshore grids. This gap, alongside the increasing penetration of offshore wind and other clean-energy resources in onshore grids, highlights the urgent need for a coordinated planning framework. Our paper describes a multi-objective, multistage generation, storage and transmission expansion planning model to facilitate efficient and resilient large-scale adoption of offshore wind power. Recognizing regulatory emphasis and, in some cases, requirements to consider externalities, this model explicitly accounts for negative externalities: greenhouse gas emissions and local emission-induced air pollution. Utilizing an 8-zone ISO-NE test system and a 9-zone PJM test system, we explore grid expansion sensitivities such as impacts of optimizing Points of Interconnection (POIs) versus fixed POIs, negative externalities, and consideration of extreme operational scenarios resulting from offshore wind integration. Our results indicate that accounting for negative externalities necessitates greater upfront investment in clean generation and storage (balanced by lower expected operational costs). Optimizing POIs could significantly reshape offshore topology or POIs, and lower total cost. Finally, accounting for extreme operational scenarios typically results in greater operational costs and sometimes may alter onshore line investment.