北京市變頻技術工程研究中心（北方工業(yè)大學）、新能源與儲能運行控制國家重點實驗室（中國電力科學研究院有限公司）、國網綜合能源服務集團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《電工技術學報》上撰文，以實現多類型能源的協同優(yōu)化、微能源系統(tǒng)的運行效益最優(yōu)為出發(fā)點，在包含光伏發(fā)電、儲能系統(tǒng)、蓄熱式電鍋爐、冰蓄冷空調、電動汽車的微能源系統(tǒng)的簡化模型基礎上，對微能源系統(tǒng)中儲能系統(tǒng)容量規(guī)劃和投資效益展開研究，并結合某微能源系統(tǒng)示范工程，開展新型混合能源系統(tǒng)配置方案的應用驗證，旨在探索微能源系統(tǒng)中儲能系統(tǒng)的優(yōu)化配置方案。

未來能源互聯網將實現物理配電網與信息通信系統(tǒng)的高度融合，實現多種能源的共享和供需匹配。作為其物理部分的配電網，隨著分布式電源、儲能裝置、電動汽車、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)，由微電網發(fā)展而來，正逐漸演變成包含風、光、氣等多類型能源輸入和電、冷、熱等多類型輸出的小型綜合能源系統(tǒng)，可實現不同類型能源的互補融合和綜合利用。

微能源系統(tǒng)作為未來能源系統(tǒng)發(fā)展的趨勢之一，吸引了國內外相關工作者的廣泛關注。

有學者針對電力-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)能量流計算方法，實現穩(wěn)態(tài)能量流的快速求解，并提出評估微能源系統(tǒng)電網和氣網耦合程度的指標；

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

有學者建立了微能源系統(tǒng)中各部分的數學模型，以各類經濟成本、一次能耗和環(huán)境影響最小為目標，實現微能源系統(tǒng)的最優(yōu)綜合效益；

有學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)綜合效益和懲罰項之差最大為目標，構建了微能源系統(tǒng)的調度模型；

有學者結合已有研究成果，討論了能源互聯網中需求側響應的關鍵問題，并對未來需求側響應的發(fā)展進行展望；

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

以上針對微能源系統(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)化運行調度、需求側響應等方面。隨著供冷（熱）系統(tǒng)、電動汽車等新型元件接入微電網，微能源系統(tǒng)開始初見雛形，為使得系統(tǒng)運行成本最低，并保證系統(tǒng)的可靠高效運行，需對各能源的生產、存儲及消費進行合理的安排，儲能設備的接入將打破能源生產和消費的不同步性，提高微能源系統(tǒng)的靈活性和可靠性。如何協調以電能為核心的多能源生產和消費，對微能源系統(tǒng)的儲能容量進行合理規(guī)劃，提高整體投資效益成為值得研究的問題。

從儲能容量規(guī)劃角度出發(fā)，有學者在傳統(tǒng)微電網基礎上加入電鍋爐，對比分析了儲能協調電鍋爐對風電的跟蹤效果；有學者建立了包含熱電機組的微電網模型，對儲能系統(tǒng)進行優(yōu)化配置研究；有學者通過分析商業(yè)園區(qū)微電網中人員作息規(guī)律，制定了儲能與制冷機組的協調運行策略；有學者建立了包含冷熱電聯供的微電網模型，通過微電網與用戶相互博弈，優(yōu)化冷熱電出力；有學者以海島微電網運行成本最低為目標，結合居民駕駛習慣，規(guī)劃電動汽車投放數量，為電動汽車在獨立微電網中的推廣提供參考。

上述針對儲能容量規(guī)劃的研究，其場景多為在傳統(tǒng)微電網基礎上加入熱電機組、制冷機組、冷熱電聯供、電動汽車等其中之一，其儲能容量規(guī)劃結果對實際包含多種能源類型的微能源系統(tǒng)建設不能提供較好的技術與經濟參考。

北京市變頻技術工程研究中心、新能源與儲能運行控制國家重點實驗室、國網綜合能源服務集團的研究人員，以實現多類型能源的協同優(yōu)化、微能源系統(tǒng)的運行效益最優(yōu)為出發(fā)點，在包含光伏發(fā)電、儲能系統(tǒng)、蓄熱式電鍋爐、冰蓄冷空調、電動汽車的微能源系統(tǒng)的簡化模型基礎上，對微能源系統(tǒng)的儲能容量配置和投資效益展開研究。


圖1 微能源系統(tǒng)結構


圖2 本研究的微能源系統(tǒng)結構

首先為保證微能源系統(tǒng)的各類型能源的生產/消費需求，假設分別為其配置虛擬儲能，基于儲能系統(tǒng)成本、多種類型能源的生產/消費需求約束及儲能系統(tǒng)約束，同時考慮峰谷分時電價、碳減排政策，進行優(yōu)化求解得出各虛擬儲能運行曲線，基于各虛擬儲能運行曲線，匯聚出實際儲能運行曲線，最終給出實際儲能所需功率容量配置。結合某微能源系統(tǒng)示范工程，開展新型混合能源系統(tǒng)配置方案的應用驗證，從投資人角度出發(fā)，考慮銀行貸款、內部收益率等投資回收相關參數，對儲能系統(tǒng)進行投資回收分析，旨在探索微能源系統(tǒng)中儲能系統(tǒng)的優(yōu)化配置方案。


圖3 算法流程

研究人員最后總結指出：

1）針對微能源系統(tǒng)中儲能容量配置問題。為保證微能源系統(tǒng)的各類型能源的生產/消費需求，假設分別為其配置虛擬儲能，基于儲能系統(tǒng)成本、多種類型負荷需求約束及儲能系統(tǒng)約束，同時考慮峰谷分時電價、碳減排政策等，進行優(yōu)化求解得出各虛擬儲能運行曲線，基于各虛擬儲能運行曲線，匯聚出實際儲能運行曲線，最后仿真得出，所采用微能源系統(tǒng)算例，儲能系統(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)中儲能的容量規(guī)劃提供技術經濟參考，通過考慮儲能容量衰減、系統(tǒng)投資和運維成本、以及電價政策、微能源系統(tǒng)技術經濟參量、電網升級改造、碳減排，建立儲能系統(tǒng)的凈收益模型，來評估各虛擬儲能之間的協同配置方案和實際儲能最優(yōu)配置方案。

3）從投資人角度出發(fā)，對微能源系統(tǒng)中儲能系統(tǒng)進行投資回收分析。通過分析不同規(guī)模虛擬儲能下，投資回收相關指標值的變化情況，以經濟性最優(yōu)為目標，規(guī)劃微能源系統(tǒng)的儲能規(guī)模，最后得出實際儲能系統(tǒng)評估期內完整現金流，旨在探索儲能商業(yè)運營模式，推動儲能產業(yè)發(fā)展。

本研究在保證儲能滿足不同類型能源需求的同時，為保證投資效益最大化，未對儲能循環(huán)次數進行約束。隨著國內電化學等主流儲能技術成本不斷下降，儲能的商業(yè)化應用機遇不斷顯現，研究人員將進一步考慮儲能整體健康狀態(tài)。

以上研究成果發(fā)表在2020年第4期《電工技術學報》，論文標題為“能源互聯網中微能源系統(tǒng)儲能容量規(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。