术语表

PREP-SHOT 中使用的能源建模、水电运行与优化相关术语的参考。

Terminology

gen

模型的主要决策变量:按技术、区域、小时、月份、年份的发电量 (单位为每时段 MWh)。在结果 NetCDF 中通过 ds.gen 输出。

HiGHS

一款开源线性规划求解器。PREP-SHOT 的默认求解器;由 highsbox 包以 wheel 形式提供,无需单独安装。

isinflow

config.json 中用以开关按站建立的水电/水库约束的开关。设为 false 时把水电按一个汇总的可调度技术建模,无水库物理过程;设为 true 时启用水头迭代循环。

NPV

参见 net present value。

p_max_pu

发电机调度的标幺值上限 (PyPSA 约定)。对于光伏,即每小时的容量系数曲线;对于火电,通常为 1。PREP-SHOT 从 tech_max_gen_profile.csv 读取。

p_min_pu

发电机调度的标幺值下限 (PyPSA 约定)。用于建模必发出力约束。PREP-SHOT 从 tech_min_gen_profile.csv 读取;默认值为 0。

PyOptInterface

PREP-SHOT 用作建模层的 Python 求解器封装,支持 HiGHS / Gurobi / COPT / MOSEK。在同类问题上比 Pyomo 更快且占用内存更少。

tech_registry

列出每种被建模技术的 CSV 文件,字段包含 carrier、is_storage 标志位、以及供人阅读的 name。是某算例中技术存在性的唯一权威。

VRE

参见 variable renewable energy。

WACC

加权平均资本成本 (Weighted-Average Cost of Capital)。一个项目的债务与股权份额的混合折现率。在启用 v1.9 金融模块时 (即存在 finance_*.csv 文件) 生效;在投资成本折现时替代区域 discount factor。

储能 (storage)

在某些时段吸收能量、在另一些时段释放能量的技术 (电池、抽水蓄能)。PREP-SHOT 在 tech_registry.csv 中以 is_storage=True 标识;模型按小时跟踪荷电状态并考虑充放电效率。

典型时段 (representative period)

为在保持模型可解的前提下近似全年运行,所选取的若干小时 / 月份。PREP-SHOT 通过 config.json 中的 hour 和 month 配置。随仓库提供的三区域算例使用 48 个典型小时 x 1 个典型月;Lower Mekong 算例使用 288 x 1。

净现值 (net present value)

按现值表达的未来现金流贴现总和。PREP-SHOT 的目标是最小化整个规划期内系统总成本的净现值。常缩写为 NPV。

前池水位 (forebay level)

水坝后侧 (发电机上游) 的水面高程。决定总水头从而决定发电效率。PREP-SHOT 通过 reservoir_forebay_level_volume_function.csv 把它建模为水库蓄水量的分段线性函数。

区域 (zone)

被建模为单一母线的区域——在区域内供需瞬时平衡;在区域之间,电力通过具有容量和效率约束的跨区输电线路流动。zone 集合由 demand.csv 的键导出。

发电流量 (generation flow)

经水电站水轮机的水流量 (m^3/s),相对于绕过水轮机的弃水或蓄存。上限由 reservoir_generation_flow_max.csv 约束。

可变可再生能源 (variable renewable energy)

出力由不可控资源决定的发电机——典型为风能与太阳能。PREP-SHOT 通过 tech_max_gen_profile.csv (按小时的容量系数) 机制建模 VRE。常缩写为 VRE。

可调度技术 (dispatchable technology)

在爬坡约束范围内可按需控制出力的发电机——煤电、燃气、燃油、生物质、带水库的水电等。与 variable renewable energy (VRE) 相对。

备用容量 (reserve margin)

装机容量需超过峰值需求以吸收预测误差和非计划停运的占比。PREP-SHOT 当前不建模该项; v1.4 遗留数据中存在 reserve_margin 文件,但已不再读取。

容量扩展规划 (capacity expansion)

在多年规划期内决定新建多少发电、储能和输电容量的优化问题,受需求、燃料、排放与预算约束。PREP-SHOT 求解的是多区域、多年的线性容量扩展问题。

容量系数 (capacity factor)

发电机在某段时间内实际出力与按额定容量满发出力的比值。光伏的容量系数通常为 15-25%,联合循环燃机为 40-60%,核电高于 90%。在 PREP-SHOT 中,随时间变化的容量系数曲线通过 tech_max_gen_profile.csv 提供 (沿用 PyPSA 的 p_max_pu 约定)。

尾水位 (tailrace level)

水坝下游的水面高程。与前池水位共同影响水头。在 reservoir_tailrace_level_discharge_function.csv 中建模为总下泄量的分段线性函数。

影子价格 (shadow price)

约束的对偶变量,等于最优目标值对该约束右端项的变化率。对于需求平衡约束而言,影子价格就是 LMP。在结果中以 shadow_price_demand 输出。

总水头 (gross head)

前池水位与尾水位之间的垂直高差。与发电流量共同决定水电出力效率:功率 = 系数 * 水头 * 流量。

投资成本 (investment cost)

新建一个单位容量的资本成本 (USD/MW)。PREP-SHOT 使用相应的折现因子 (若启用了可选的金融模块,则使用项目级 WACC) 把成本折算到净现值。输入文件:tech_investment_cost.csv。

投运年份 (commission year)

电源 (电厂或输电线路) 首次投入运营的日历年份。PREP-SHOT 用它计算现有容量何时退役 (在 commission_year + lifetime 之后退出运行)。记录在 tech_existing.csv 和 transmission_existing.csv 中。

折现因子 (discount factor)

用于计算未来现金流现值的因子。PREP-SHOT 通过 economic_discount_factor.csv 支持按区域、按年度的折现因子,允许在同一模型中使用不同区域的资金成本假设。

梯级水电 (cascading hydropower)

同一河流上的一系列水电站,上游电站的下泄流量即为下游电站的入流。PREP-SHOT 通过 reservoir_water_delay_time.csv 中按站建立的水量平衡约束显式建模梯级关系;上游运行的变化会自动传递到下游。

水头迭代 (head iteration)

一种外层迭代方案,逐次修正假设的水头直到自洽。PREP-SHOT 在给定水头下求解 LP,从所得水库轨迹重新计算水头,然后重新求解,直到水头误差收敛 (或达到 iteration_number)。error_threshold 设置控制收敛容差。

水库 (reservoir)

水坝后蓄存的水体,为水电站提供运行灵活性。PREP-SHOT 按水库逐一建模水量平衡、水头变化与库容约束。

水流延迟时间 (water delay time)

水流从一个水库的下泄口流至梯级中下一个水库入流口所需的时间。存于 reservoir_water_delay_time.csv;使模型能反映上游下泄需若干小时才到达下游电站这一事实。

爬坡率 (ramp rate)

火电机组每小时可改变出力的额定容量比例。用于建模大型煤电 / 燃气机组的运行刚性。输入文件:tech_ramp_up.csv、tech_ramp_down.csv。

现有输电容量 (transmission existing)

规划期初已建成的区域间输电容量。以 (zone1, zone2, commission_year) 索引,使按使用年限的退役机制与电厂保持一致。

电力需求 (demand)

每个区域必须满足的小时级电力负荷。输入文件 demand.csv 单位为 MW (瞬时功率);PREP-SHOT 内部乘以时间步长 dt 转换为每时段 MWh,与输出中的 gen 和 charge 单位一致。

碳抵消 (carbon offset)

通过购买信用额度来抵消排放,使发电方可以付费超越显式的排放上限。PREP-SHOT 同时建模抵消价格 (每吨) 和年度采购量上限 (按区域、按年度)。

碳排放上限 (carbon cap)

整个系统二氧化碳排放的上限,通常随时间递减。PREP-SHOT 支持在 policy_carbon_emission_limit.csv 中按区域设定上限:每行的 zones 字段以逗号分隔,定义该上限覆盖的地理范围。

线性规划 (linear programming)

目标函数和约束均为线性的优化问题。PREP-SHOT 的容量扩展问题是 LP (没有整数或二次项),这使多年、多区域模型的求解时间可控。LP 相对于 MIP 的代价是没有机组组合 / 启停成本的细节。

能源载体 (carrier)

标识技术能源载体 (燃料类型) 的自由格式字符串。PREP-SHOT 沿用 PyPSA 的约定;示例包括 coal, gas, hydro, solar, wind, biomass。hydro 载体是特殊处理的,模型会自动施加水库约束。在 tech_registry.csv 中定义。

节点边际电价 (LMP)

节点边际电价 (Locational Marginal Price)。在特定母线 / 区域多供一兆瓦时需求的成本,由需求平衡约束的对偶变量得出。在结果 NetCDF 中以 shadow_price_demand 输出;符号已翻转,正值意味着 "更多的需求会更贵"。

调度 (dispatch)

在装机容量给定的前提下,以最小成本满足电力需求的小时级发电机与储能运行决策。PREP-SHOT 联合优化投资 (容量扩展) 与调度。

输电扩展 (transmission expansion)

在区域之间新建输电容量,其上下界由 transmission_candidates.csv 控制。PREP-SHOT 在线路级建模区域间输送 (不含直流潮流 / 阻抗约束)。

长格式 CSV (long-format CSV)

自 v1.5 起 PREP-SHOT 输入采用的 "整洁数据" CSV 约定:一行一个观测,维度列在前、值列在后。替代了 v1.4 时代的宽格式 Excel 布局。

额定容量 (nominal capacity)

发电机的额定最大出力 (MW),相对于调度过程中的实际出力。在 tech_existing.csv 中存储现役容量,在 tech_capacity_max.csv 中给出上限。

Further reading

Excellent free primers from NREL and DOE, useful as orientation if the terminology above is new. Read in order: model families first, then how to read model output, then real-grid grounding.