气候变化条件下的水库优化调度分析

摘要

水电是我国电力工业的重要组成部分，作为清洁能源在节能减排中扮演着重要角色。全球气候变化已经成为客观事实，气候变化影响温度、降水分布，直接影响水电系统运行，对我国水电富集的西南地区造成重要影响，因此开展气候变化情景下的水电调度研究具有重要意义。 本文以澜沧江流域背景，基于美国航天局地球交换全球每日降尺度预测（NEX-GDDP）数据集，预报未来气候变化情景下的径流过程，并利用预报得到的径流过程进行中长期水电站优化调度。具体工作如下： （1）选用了NEX-GDDP的CCSM4、GFDL-ESM2M和MRI-CGCM3三种全球气候变化模式在RCP4.5和RCP8.5两种排放情况组成的6中气候变化场景数据集，集中对比分析了澜沧江流域1961年-2012年实际资料和2013-2092年气候变化场景下的温度和降水的变化过程，分析最高温度、最低温度和降水等气候特征的变化规律，以及在不同气候变化场景下的差异性。同时分时间段对比了不同气候变化场景下的最高温度、最低温度和降水平均值的差异性，发现在RCP8.5（高排放模式）下温度升高的速度和汛期降水量的增量都比RCP4.5（低排放模式）大。 （2）利用BP神经网络模型进行径流的预测。将1961年~2000年（480组数据）间的降雨、入库径流作为网络训练样本，取2001年~2012年（144组数据）气象数据以及入库径流数据作为网络检测样本建立神经网络。在建立模型的基础上，利用NEX-GDDP数据集2013年~2092年气象数据进行径流预报。结果表明，在不同排放情景、排放模式的下预报得到的未来径流呈现了增长的趋势，在2053-2092年的月均径流过程和年均径流量均大于历史值。从不同的排放情景来看，RCP8.5情景下对径流增大的影响比RCP4.5更大，说明排放强度越大，流域径流的增加越明显。从排放模式来看，GFDL-ESM2M模式下的径流变化最明显。从时间角度来看，随着时间推移气候变化对径流的影响效果更显著。 （3）以发电量最大为目标，建立水电站动态规划优化调度模型。分别对不同时期的径流预测结果进行水库优化调度。从优化调度结果可以发现，在不同排放情景、全球气候模式的影响下小湾和漫湾水电站发电量均会随着时间的推移增大,大部分气候变化场景下初期年均发电量小于历史年均发电量，但随着时间的推移，到了本世纪末所有气候变化场景下的年发电量均大于历史年均发电量。小湾和漫湾在年发电量由大到小的顺序按照GFDL-ESM2M、CCSM4、MRI-CGCM3排列。且RCP8.5情景下年发电量大于RCP4.5情景下的增幅大。仿真分析结果表明，不同气候变化场景对水电调度的影响差异较大，开展气候变化条件下水电系统优化调度研究有利于发电企业和电网公司对未来水电发电情况进行预判及制定相应的响应措施，有利于提高发电企业的经济效益以及电网的稳定性。

目录

1 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 气候变化对流域径流影响研究现状

1.3 气候变化对水力发电的影响研究现状

1.4 研究内容与技术路线

1.4.1 研究内容

1.4.2 技术路线

2 全球气候模式

2.1 全球气候模式发展

2.2 全球常见气候模式

2.3 NEX-GDDP数据集

3 气候变化下气候特征变化过程分析

3.1 研究工程背景

3.2 历史气候与不同排放模型下气候分析

3.2.1 最高温度变化

3.2.2 最低温度变化

3.2.3 降水变化

3.3 小结

4. 气候变化模式下长期径流预报

4.1 神经网络

4.2 澜沧江流域的径流预报

4.2.1 研究工程背景

4.2.2 预报模型的评价体系

4.2.3 基于BP神经网络的澜沧江径流预报

4.2.4 预报结果

4.3 小结

5. 气候变化条件下的水电站优化调度研究

5.1 水电站优化调度模型

5.1.1 目标函数

5.1.2 约束条件

5.2 模型求解方法

5.3 气候变化下小湾、漫湾水电站水库优化调度

5.4 小结

6 结论和展望

6.1 主要研究成果

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢