北京市變頻技術(shù)工程研究中心（北方工業(yè)大學(xué)）、新能源與儲(chǔ)能運(yùn)行控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司）、國(guó)網(wǎng)綜合能源服務(wù)集團(tuán)有限公司的研究人員李建林、牛萌、周喜超、修曉青、周京華，在2020年第4期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文，以實(shí)現(xiàn)多類(lèi)型能源的協(xié)同優(yōu)化、微能源系統(tǒng)的運(yùn)行效益最優(yōu)為出發(fā)點(diǎn)，在包含光伏發(fā)電、儲(chǔ)能系統(tǒng)、蓄熱式電鍋爐、冰蓄冷空調(diào)、電動(dòng)汽車(chē)的微能源系統(tǒng)的簡(jiǎn)化模型基礎(chǔ)上，對(duì)微能源系統(tǒng)中儲(chǔ)能系統(tǒng)容量規(guī)劃和投資效益展開(kāi)研究，并結(jié)合某微能源系統(tǒng)示范工程，開(kāi)展新型混合能源系統(tǒng)配置方案的應(yīng)用驗(yàn)證，旨在探索微能源系統(tǒng)中儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)化配置方案。

未來(lái)能源互聯(lián)網(wǎng)將實(shí)現(xiàn)物理配電網(wǎng)與信息通信系統(tǒng)的高度融合，實(shí)現(xiàn)多種能源的共享和供需匹配。作為其物理部分的配電網(wǎng)，隨著分布式電源、儲(chǔ)能裝置、電動(dòng)汽車(chē)、供熱（冷）系統(tǒng)等新型元件的大量接入，將逐步演變?yōu)殡姟?、熱（冷）等多種能源耦合形成的多能源系統(tǒng)。類(lèi)似地，作為多能源系統(tǒng)基本單元的微能源系統(tǒng)，由微電網(wǎng)發(fā)展而來(lái)，正逐漸演變成包含風(fēng)、光、氣等多類(lèi)型能源輸入和電、冷、熱等多類(lèi)型輸出的小型綜合能源系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)不同類(lèi)型能源的互補(bǔ)融合和綜合利用。

微能源系統(tǒng)作為未來(lái)能源系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)之一，吸引了國(guó)內(nèi)外相關(guān)工作者的廣泛關(guān)注。

有學(xué)者針對(duì)電力-天然氣組成的微能源系統(tǒng)，提出一種電-氣耦合的微能源系統(tǒng)能量流計(jì)算方法，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)能量流的快速求解，并提出評(píng)估微能源系統(tǒng)電網(wǎng)和氣網(wǎng)耦合程度的指標(biāo)；

有學(xué)者構(gòu)建了微能源系統(tǒng)中電、熱、氣多能流計(jì)算模型，提出了一種適用于微能源系統(tǒng)的多能流計(jì)算方法；

有學(xué)者建立了微能源系統(tǒng)中各部分的數(shù)學(xué)模型，以各類(lèi)經(jīng)濟(jì)成本、一次能耗和環(huán)境影響最小為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)微能源系統(tǒng)的最優(yōu)綜合效益；

有學(xué)者為提高微能源系統(tǒng)在不確定環(huán)境下的安全可靠性，引入弱魯棒優(yōu)化方法，以微能源系統(tǒng)綜合效益和懲罰項(xiàng)之差最大為目標(biāo)，構(gòu)建了微能源系統(tǒng)的調(diào)度模型；

有學(xué)者結(jié)合已有研究成果，討論了能源互聯(lián)網(wǎng)中需求側(cè)響應(yīng)的關(guān)鍵問(wèn)題，并對(duì)未來(lái)需求側(cè)響應(yīng)的發(fā)展進(jìn)行展望；

有學(xué)者以社區(qū)微能源系統(tǒng)為研究對(duì)象，將主從博弈引入需求側(cè)響應(yīng)，提出了一種基于主從博弈的能量管理方法。

以上針對(duì)微能源系統(tǒng)的研究主要集中在微能源系統(tǒng)的能量流建模分析、優(yōu)化運(yùn)行調(diào)度、需求側(cè)響應(yīng)等方面。隨著供冷（熱）系統(tǒng)、電動(dòng)汽車(chē)等新型元件接入微電網(wǎng)，微能源系統(tǒng)開(kāi)始初見(jiàn)雛形，為使得系統(tǒng)運(yùn)行成本最低，并保證系統(tǒng)的可靠高效運(yùn)行，需對(duì)各能源的生產(chǎn)、存儲(chǔ)及消費(fèi)進(jìn)行合理的安排，儲(chǔ)能設(shè)備的接入將打破能源生產(chǎn)和消費(fèi)的不同步性，提高微能源系統(tǒng)的靈活性和可靠性。如何協(xié)調(diào)以電能為核心的多能源生產(chǎn)和消費(fèi)，對(duì)微能源系統(tǒng)的儲(chǔ)能容量進(jìn)行合理規(guī)劃，提高整體投資效益成為值得研究的問(wèn)題。

從儲(chǔ)能容量規(guī)劃角度出發(fā)，有學(xué)者在傳統(tǒng)微電網(wǎng)基礎(chǔ)上加入電鍋爐，對(duì)比分析了儲(chǔ)能協(xié)調(diào)電鍋爐對(duì)風(fēng)電的跟蹤效果；有學(xué)者建立了包含熱電機(jī)組的微電網(wǎng)模型，對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化配置研究；有學(xué)者通過(guò)分析商業(yè)園區(qū)微電網(wǎng)中人員作息規(guī)律，制定了儲(chǔ)能與制冷機(jī)組的協(xié)調(diào)運(yùn)行策略；有學(xué)者建立了包含冷熱電聯(lián)供的微電網(wǎng)模型，通過(guò)微電網(wǎng)與用戶(hù)相互博弈，優(yōu)化冷熱電出力；有學(xué)者以海島微電網(wǎng)運(yùn)行成本最低為目標(biāo)，結(jié)合居民駕駛習(xí)慣，規(guī)劃電動(dòng)汽車(chē)投放數(shù)量，為電動(dòng)汽車(chē)在獨(dú)立微電網(wǎng)中的推廣提供參考。

上述針對(duì)儲(chǔ)能容量規(guī)劃的研究，其場(chǎng)景多為在傳統(tǒng)微電網(wǎng)基礎(chǔ)上加入熱電機(jī)組、制冷機(jī)組、冷熱電聯(lián)供、電動(dòng)汽車(chē)等其中之一，其儲(chǔ)能容量規(guī)劃結(jié)果對(duì)實(shí)際包含多種能源類(lèi)型的微能源系統(tǒng)建設(shè)不能提供較好的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)參考。

北京市變頻技術(shù)工程研究中心、新能源與儲(chǔ)能運(yùn)行控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、國(guó)網(wǎng)綜合能源服務(wù)集團(tuán)的研究人員，以實(shí)現(xiàn)多類(lèi)型能源的協(xié)同優(yōu)化、微能源系統(tǒng)的運(yùn)行效益最優(yōu)為出發(fā)點(diǎn)，在包含光伏發(fā)電、儲(chǔ)能系統(tǒng)、蓄熱式電鍋爐、冰蓄冷空調(diào)、電動(dòng)汽車(chē)的微能源系統(tǒng)的簡(jiǎn)化模型基礎(chǔ)上，對(duì)微能源系統(tǒng)的儲(chǔ)能容量配置和投資效益展開(kāi)研究。


圖1 微能源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)


圖2 本研究的微能源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

首先為保證微能源系統(tǒng)的各類(lèi)型能源的生產(chǎn)/消費(fèi)需求，假設(shè)分別為其配置虛擬儲(chǔ)能，基于儲(chǔ)能系統(tǒng)成本、多種類(lèi)型能源的生產(chǎn)/消費(fèi)需求約束及儲(chǔ)能系統(tǒng)約束，同時(shí)考慮峰谷分時(shí)電價(jià)、碳減排政策，進(jìn)行優(yōu)化求解得出各虛擬儲(chǔ)能運(yùn)行曲線(xiàn)，基于各虛擬儲(chǔ)能運(yùn)行曲線(xiàn)，匯聚出實(shí)際儲(chǔ)能運(yùn)行曲線(xiàn)，最終給出實(shí)際儲(chǔ)能所需功率容量配置。結(jié)合某微能源系統(tǒng)示范工程，開(kāi)展新型混合能源系統(tǒng)配置方案的應(yīng)用驗(yàn)證，從投資人角度出發(fā)，考慮銀行貸款、內(nèi)部收益率等投資回收相關(guān)參數(shù)，對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行投資回收分析，旨在探索微能源系統(tǒng)中儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)化配置方案。


圖3 算法流程

研究人員最后總結(jié)指出：

1）針對(duì)微能源系統(tǒng)中儲(chǔ)能容量配置問(wèn)題。為保證微能源系統(tǒng)的各類(lèi)型能源的生產(chǎn)/消費(fèi)需求，假設(shè)分別為其配置虛擬儲(chǔ)能，基于儲(chǔ)能系統(tǒng)成本、多種類(lèi)型負(fù)荷需求約束及儲(chǔ)能系統(tǒng)約束，同時(shí)考慮峰谷分時(shí)電價(jià)、碳減排政策等，進(jìn)行優(yōu)化求解得出各虛擬儲(chǔ)能運(yùn)行曲線(xiàn)，基于各虛擬儲(chǔ)能運(yùn)行曲線(xiàn)，匯聚出實(shí)際儲(chǔ)能運(yùn)行曲線(xiàn)，最后仿真得出，所采用微能源系統(tǒng)算例，儲(chǔ)能系統(tǒng)最優(yōu)額定功率容量為17MW×4h。

2）所建立的模型為微能源系統(tǒng)中儲(chǔ)能的容量規(guī)劃提供技術(shù)經(jīng)濟(jì)參考，通過(guò)考慮儲(chǔ)能容量衰減、系統(tǒng)投資和運(yùn)維成本、以及電價(jià)政策、微能源系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)參量、電網(wǎng)升級(jí)改造、碳減排，建立儲(chǔ)能系統(tǒng)的凈收益模型，來(lái)評(píng)估各虛擬儲(chǔ)能之間的協(xié)同配置方案和實(shí)際儲(chǔ)能最優(yōu)配置方案。

3）從投資人角度出發(fā)，對(duì)微能源系統(tǒng)中儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行投資回收分析。通過(guò)分析不同規(guī)模虛擬儲(chǔ)能下，投資回收相關(guān)指標(biāo)值的變化情況，以經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)為目標(biāo)，規(guī)劃微能源系統(tǒng)的儲(chǔ)能規(guī)模，最后得出實(shí)際儲(chǔ)能系統(tǒng)評(píng)估期內(nèi)完整現(xiàn)金流，旨在探索儲(chǔ)能商業(yè)運(yùn)營(yíng)模式，推動(dòng)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

本研究在保證儲(chǔ)能滿(mǎn)足不同類(lèi)型能源需求的同時(shí)，為保證投資效益最大化，未對(duì)儲(chǔ)能循環(huán)次數(shù)進(jìn)行約束。隨著國(guó)內(nèi)電化學(xué)等主流儲(chǔ)能技術(shù)成本不斷下降，儲(chǔ)能的商業(yè)化應(yīng)用機(jī)遇不斷顯現(xiàn)，研究人員將進(jìn)一步考慮儲(chǔ)能整體健康狀態(tài)。

以上研究成果發(fā)表在2020年第4期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“能源互聯(lián)網(wǎng)中微能源系統(tǒng)儲(chǔ)能容量規(guī)劃及投資效益分析”，作者為李建林、牛萌、周喜超、修曉青、周京華。