區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)多能協(xié)同優(yōu)化中的儲能效益評估

方陳，張宇，廖望，時珊珊，劉東

(1.國網(wǎng)上海市電力公司電力科學(xué)研究院，上海市 200437；2.華東電力試驗研究院有限公司，上海市 200437；3.電力傳輸與功率變換控制教育部重點實驗室(上海交通大學(xué))，上海市 200240)

0 引 言

隨著經(jīng)濟社會的持續(xù)發(fā)展，傳統(tǒng)的能源結(jié)構(gòu)已經(jīng)無法滿足當(dāng)今社會高效、低碳以及可持續(xù)發(fā)展的要求。能源互聯(lián)網(wǎng)[1]立足于智能電網(wǎng)，成為解決當(dāng)今日益嚴(yán)峻的能源危機以及環(huán)境問題的突破口。在能源互聯(lián)網(wǎng)中，能源的供給側(cè)利用傳統(tǒng)化石能源以及風(fēng)、光、水、地?zé)岬榷喾N可再生能源作為一次能源，為能源用戶提供電能、熱能、天然氣等多種能源服務(wù)，滿足用戶多樣性的能源需求。同時，電網(wǎng)、熱網(wǎng)、天然氣網(wǎng)絡(luò)、交通網(wǎng)等各種能源網(wǎng)絡(luò)在能源互聯(lián)網(wǎng)中交匯，實現(xiàn)多種能源之間高效便捷的傳輸與轉(zhuǎn)換[2-3]。儲能技術(shù)作為“源-網(wǎng)-荷-儲”中的一環(huán)，在能源互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用受到關(guān)注與重視。從市場角度來看，對儲能在能源互聯(lián)網(wǎng)中所產(chǎn)生的價值進行評估是能源市場進行效益合理分配和采取有效激勵措施的基礎(chǔ)。如何評估儲能系統(tǒng)在能源互聯(lián)體系下的效益成為未來構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)市場機制的關(guān)鍵問題之一。

目前國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于儲能效益評估的研究已取得了一系列的研究成果。

在功能場景方面，文獻[4]構(gòu)建了儲能的全壽命周期成本模型，對電力零售商配置共享儲能的投資效益進行了評估。文獻[5]采用層次分析法，構(gòu)建了基于熵權(quán)云模型的儲能工況適應(yīng)性評價模型，并從削峰和頻率調(diào)整2種應(yīng)用場景對儲能效益進行了評估。文獻[6]分別對儲能和隨機機組組合進行了建模，通過與傳統(tǒng)機組的對比，對高比例可再生能源滲透下大容量儲能系統(tǒng)的經(jīng)濟效益進行了評估。文獻[7]研究了壓縮空氣儲能對棄風(fēng)的抑制效果和對風(fēng)電場發(fā)展的長期效益，并對其所帶來的經(jīng)濟效益進行了評估。

在接入場景方面，對儲能效益的評估分別從儲能接入新能源發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)以及用戶側(cè)來進行。文獻[8]提出了儲能裝置在負(fù)荷峰谷時段進行削峰填谷，在負(fù)荷腰荷區(qū)段提高新能源預(yù)報精度的全時域控制策略，對儲能參與新能源發(fā)電綜合利用效益進行了優(yōu)化評估。文獻[9]對電池儲能裝置配置于電網(wǎng)側(cè)的收益進行了評估，其中直接收益包括峰谷電價收益和輔助服務(wù)補償，間接收益包括能源節(jié)省、單位運營成本的減少和網(wǎng)絡(luò)損耗的減少。文獻[10]以并網(wǎng)型“分布式光伏+儲能”為例，基于前置運行優(yōu)化的儲能全壽命周期成本收益分析，對用戶側(cè)分布式儲能進行了價值評估。

然而，在考慮多能協(xié)同優(yōu)化的區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)(regional energy Internet, REI)中，有關(guān)儲能的經(jīng)濟效益評估目前還缺乏相關(guān)的專項研究。文獻[11]從不同供能季節(jié)出發(fā)，評估了冷、熱、電儲能在區(qū)域綜合能源系統(tǒng)中的經(jīng)濟性，但僅僅從“低儲高發(fā)”套利來進行經(jīng)濟性評估，無法全面闡釋儲能在多能協(xié)同中的效益產(chǎn)生機理。文獻[12]對儲能在電網(wǎng)中的直接價值和間接價值做了詳細(xì)的歸納總結(jié)，并從削峰填谷、平滑風(fēng)電場波動以及提高供電可靠性多維角度對儲能價值進行了評估，但只是針對電力網(wǎng)絡(luò)進行研究，無法滿足能源互聯(lián)背景下的儲能規(guī)劃需求。

總結(jié)以上研究成果可以發(fā)現(xiàn)，目前關(guān)于儲能效益評估還存在以下問題：1)相關(guān)研究大多基于電網(wǎng)背景下，儲能在多能系統(tǒng)中產(chǎn)生經(jīng)濟效益的機理有待深入研究；2)儲能經(jīng)濟效益評估大多以峰谷差套利作為效益產(chǎn)生機理，未考慮到多能協(xié)同效應(yīng)中儲能產(chǎn)生的影響，而在量化儲能參與REI優(yōu)化運行所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益時，碳排放和節(jié)能效益通常是不可忽視的。

基于上述分析，本文在對REI儲能系統(tǒng)進行建模的基礎(chǔ)上，綜合考慮峰谷差效益、環(huán)境效益和降低能量損耗效益，構(gòu)建儲能系統(tǒng)在參與REI多能協(xié)同優(yōu)化中的效益評估模型并提出效益評估指標(biāo)。算例通過不同場景和儲能配置方案來驗證所提評估方法的科學(xué)性和適用性。

1 區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

REI因其智能的運行模式以及高效靈活的能源利用方式成為未來構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分。目前主要基于較小范圍的商業(yè)、工業(yè)等功能性園區(qū)或居民小區(qū)進行構(gòu)建，兼具一定的自治理能力、可改造性和可擴展性。區(qū)別于傳統(tǒng)的電力微網(wǎng)，區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)最大的特征在于其內(nèi)部存在多種能量緊密耦合與協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)換，而區(qū)域內(nèi)所包含的能量耦合元件與能量轉(zhuǎn)換元件則是實現(xiàn)多能耦合的設(shè)備基礎(chǔ)。當(dāng)某一種能源供應(yīng)出現(xiàn)缺失，可由儲能或者其他能量源通過轉(zhuǎn)換設(shè)備進行能量替代供應(yīng)。由此，區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)以橫向多能互補和縱向的“源-網(wǎng)-荷-儲”高度協(xié)調(diào)為宗旨，實現(xiàn)了區(qū)域能源供應(yīng)的安全高效運行和靈活管控。

REI的能量結(jié)構(gòu)如圖1所示?！霸础眰?cè)由區(qū)域能量源與區(qū)域可再生能源構(gòu)成，其中區(qū)域能量源包含熱電聯(lián)產(chǎn)機組、熱力鍋爐、分布式電源(柴油發(fā)電機、微型燃?xì)廨啓C等)、天然氣源等多種能量源；區(qū)域可再生能源主要包括風(fēng)電和光伏等清潔能源?！昂伞眰?cè)包含城市或園區(qū)的常規(guī)電力負(fù)荷、居民區(qū)供暖等熱力負(fù)荷以及天然氣負(fù)荷?！皟Α眰?cè)對應(yīng)的是區(qū)域內(nèi)的多能儲能系統(tǒng)，包括儲能電池、熱儲能罐、天然氣儲氣罐等?！熬W(wǎng)”側(cè)主要對應(yīng)區(qū)域能源路由器(energy router, ER)，其作用主要是接收區(qū)域內(nèi)的能量路由優(yōu)化決策信息，對區(qū)域內(nèi)的多種能源進行轉(zhuǎn)化和傳輸，在滿足負(fù)荷的前提下實現(xiàn)能量的高效供應(yīng)和最優(yōu)分配。

圖1 區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)的能量結(jié)構(gòu)

2 多能耦合的儲能系統(tǒng)建模

REI能夠完成多種能量的互濟互補，實現(xiàn)多能流的實時優(yōu)化與平衡。在REI中，儲能作為能量供需的中間環(huán)節(jié)，在運行過程中存在與其他設(shè)備的頻繁能流交互，因此其并非獨立運行的個體，而是與區(qū)域內(nèi)的多能耦合設(shè)備緊密結(jié)合形成的一個完整的系統(tǒng)。對儲能參與REI多能協(xié)同優(yōu)化進行效益分析與評估必須對儲能系統(tǒng)進行建模。

2.1 多元儲能模型

區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)中的儲能形式多樣，包括電儲能、蓄熱儲能以及天然氣儲氣設(shè)備，下面給出3種類型儲能的工作模型。

1)電儲能模型。

電儲能相較于其他形式的儲能技術(shù)較為成熟，在電力系統(tǒng)和能源互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用價值已經(jīng)得到了廣泛的認(rèn)可。常見的電儲能包括機械電儲能(如抽水蓄能、壓縮空氣、飛輪儲能等)、電化學(xué)儲能(如蓄電池、流質(zhì)電池等)和超級電容器。本文以儲能電池為例，忽略其自放電效應(yīng)，并考慮其充放電最大功率約束、容量約束以及充放電效率和互補約束，其工作模型可以表示為[11]：

(1)

在REI優(yōu)化運行中，通常會加入式(2)所示的約束，保證儲能在一個優(yōu)化周期前后的剩余能量狀態(tài)一致，以維持下一個周期的優(yōu)化運行。

SE(0)=SE(T)

(2)

同樣地，該約束適用于區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)中的其他類型儲能，因此在后面的熱儲能和氣儲能模型中不在贅述。

2)熱儲能模型。

熱儲能通常包括顯熱儲能、潛熱儲能和熱化學(xué)儲能[13]。其中顯熱儲能相對常見，其儲熱媒質(zhì)通常為熱水或蒸汽，顯熱儲能的原理相對簡單，價格低廉，應(yīng)用比較廣泛，但由于存在溫度的變化，導(dǎo)致熱量耗散明顯，效率相對較低。潛熱儲能利用相變材料作為儲熱媒質(zhì)，材料在相變時吸熱或釋熱來儲能或釋能，具有能量密度高，相變過程近似恒溫的特點，體積相對較小但造價較高，具有廣闊發(fā)展前景。熱化學(xué)儲能主要是基于可逆的熱化學(xué)反應(yīng)，對熱能進行儲存或釋放，儲能密度極高，而且儲能材料易于保存和運輸，但由于技術(shù)復(fù)雜，一次性投資大，目前處于理論研究階段，在電力系統(tǒng)或能源網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用較少，暫不予考慮。

熱儲能最大的特點就是在儲能和釋能的過程中會產(chǎn)生能量耗散。熱儲能的典型動態(tài)工作模型可以表示為：

(3)

3)氣儲能模型。

氣儲能本質(zhì)上屬于化學(xué)儲能，通常利用氫或甲烷作為二次能源載體進行儲存，主要應(yīng)用于氫能-天然氣儲能系統(tǒng)(hydrogen-gas energy storage system，HGESS)中[14]。在HGESS中，一般通過多余的電力進行電解制氫，然后存入氫儲能系統(tǒng)或直接作為能量載體進行負(fù)荷供應(yīng)；或者利用H2捕獲大氣中的CO2合成甲烷，進行大容量儲存的同時作為氣源供應(yīng)氣負(fù)荷，這種電能轉(zhuǎn)化為氣體能源的技術(shù)被稱為電轉(zhuǎn)氣(power to gas, P2G)。由于氫能和天然氣可以進行多種形式的能量轉(zhuǎn)化，這種儲能方式的優(yōu)勢在于應(yīng)用靈活多樣，但不足之處在于全周期效率較低。本文以氫儲能為例，給出其剩余能量的動態(tài)公式：

(4)

2.2 多能耦合設(shè)備建模

多能耦合設(shè)備是REI的關(guān)鍵組成部分。熱電聯(lián)產(chǎn)(combined heating and power, CHP)機組作為REI中最主要的多能耦合設(shè)備，其模型為[15]：

(5)

2.3 擴展ER模型

ER為構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)的核心部件，承擔(dān)著能源單元互聯(lián)、能源質(zhì)量監(jiān)控和調(diào)配及多能流轉(zhuǎn)換等功能，主要由能量傳導(dǎo)與轉(zhuǎn)換設(shè)備以及能源路由管控系統(tǒng)組成。為方便分析其內(nèi)部電、熱、氣等多種形式能源之間的轉(zhuǎn)換特性，通常將其等效為一個多能源輸入-輸出的端口模型，采用轉(zhuǎn)換矩陣來描述輸入和輸出之間的能量耦合關(guān)系。一般表達式為[16]：

(6)

O=CI

(7)

式中：I、O、C分別為能源路由器的輸入、輸出和轉(zhuǎn)換矩陣；Pin、Hin、Gin分別為輸入能源路由器的電、熱、天然氣能量；Pout、Hout、Gout分別為能源路由器輸出的電、熱、天然氣能量；σij為能量轉(zhuǎn)換因子，例如σ21表示第2種輸入能量與第1種輸出能量之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，該轉(zhuǎn)換關(guān)系由2種因素組成，其一為能源的分配因素，其二為能源的轉(zhuǎn)換效率，因此σ21可表示為

σ21=η21·ω21

(8)

式中：η21為轉(zhuǎn)換效率系數(shù)，同種能源轉(zhuǎn)換效率視為1；ω21為分配系數(shù)，同種能源分配系數(shù)和應(yīng)為1。

ER的基本模型僅考慮了REI中多能傳輸和轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的能量耦合關(guān)系，存在一定的局限性。實際上在能量的供給與儲存環(huán)節(jié)也存在著密切的多能耦合關(guān)系。為了理清REI中能量轉(zhuǎn)換的關(guān)系和層次結(jié)構(gòu)，更清楚地分析儲能在多能協(xié)同優(yōu)化中產(chǎn)生的效益，以CHP和多元儲能分別代表能量供給和儲存環(huán)節(jié)，從多能耦合形態(tài)上對ER模型進行擴展，可以得到：

D-Es=C(Ibase+ICHP-Er)

(9)

(10)

式中：Ibase為REI內(nèi)的基本能量源輸出功率矩陣；ICHP為CHP的輸入輸出功率矩陣；Er、Es分別為多元儲能設(shè)備的充能矩陣和釋能矩陣；D為負(fù)荷矩陣；GCHP為CHP所消耗的天然氣功率。

3 儲能優(yōu)化效益評估模型

在REI中，由于存在多種能源的耦合與互補，使得儲能實現(xiàn)了超出傳統(tǒng)電網(wǎng)的效益。本文主要從峰谷差套利、環(huán)境效益和降低能量損耗效益3個方面來對儲能的效益進行評估。

3.1 峰谷差套利效益

儲能的峰谷差套利效益FARV可以用低能價進行儲能和高能價進行放能來實現(xiàn)，屬于儲能的直接效益，可表示為：

(11)

式中：Er(t)、Es(t)分別為t時刻多元儲能系統(tǒng)的釋能和充能矩陣；λt為t時刻電、熱、氣3種能價的列向量。

3.2 環(huán)境效益

實現(xiàn)綠色低碳的能量供應(yīng)是構(gòu)建REI的重要考量之一。在當(dāng)前多能系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度問題的研究中，通常都會將排放產(chǎn)生的環(huán)境成本作為優(yōu)化目標(biāo)的一部分[17-19]。盡管在一整個周期的優(yōu)化運行中，儲能本身是不吸收能量也不釋放能量的，即儲能凈出力為0。然而在參與REI多能協(xié)同優(yōu)化運行過程中，儲能可以通過事先在負(fù)荷需求低時進行充能，在負(fù)荷緊張的時間段起到部分替代高碳排放機組出力的作用，從而可以達到降低碳排放的目標(biāo)。同時，由于氫氣儲能的存在，可以通過合成天然氣實現(xiàn)CO2的負(fù)排放，進一步降低碳排放的成本。

儲能在參與多能協(xié)同優(yōu)化過程中產(chǎn)生的環(huán)境效益FENV屬于儲能的間接效益，可表示為參與優(yōu)化后減少的碳排放成本：

(12)

3.3 降低能量損耗效益

上文已經(jīng)論述過，REI不同于單一能源網(wǎng)絡(luò)的最大特征在于可以實現(xiàn)異種能源轉(zhuǎn)換供應(yīng)。當(dāng)某種類型的負(fù)荷出現(xiàn)緊急高峰需求時，同類型能源供給可能出現(xiàn)瓶頸，REI能夠通過ER的能量轉(zhuǎn)換作用實現(xiàn)靈活可靠的應(yīng)急供能，發(fā)揮多種形式能源之間互補互濟作用。由于ER實現(xiàn)異種能量轉(zhuǎn)換時效率較低，若加入儲能，則可通過對某種負(fù)荷高峰期對應(yīng)的能源進行提前儲備，降低高峰時段該種能源經(jīng)由其他類型能源進行轉(zhuǎn)換的量級，減少ER通過能量轉(zhuǎn)換進行緊急能源供應(yīng)時產(chǎn)生的高額轉(zhuǎn)換損耗。該效益屬于儲能的間接效益。

根據(jù)式(9)可以得到含儲能的擴展ER能量轉(zhuǎn)換示意圖，如圖2所示。

圖2 擴展ER能量轉(zhuǎn)換示意圖

能量轉(zhuǎn)換損耗Iloss可表示為：

Iloss=Ibase+ICHP+Es-(Er+D)=

L(Ibase+ICHP-Er)=LI

(13)

式中：L為損耗系數(shù)矩陣，其內(nèi)部元素πij的表達式為

πij=(1-ηij)·ωij

(14)

儲能參與REI優(yōu)化降低能量損耗效益FLOSS可表示為：

(15)

式中：ΔI(t)為儲能參與優(yōu)化前后t時刻輸入ER的能量矩陣差值。

3.4 效益評估指標(biāo)

本文采用貢獻度(contribution degree, CD)ρCD和效益率(benefit rate, BR)zBR來評估儲能參與REI多能協(xié)同優(yōu)化的效益。

1)貢獻度。

貢獻度定義為評估目標(biāo)在儲能效益中所占的比重，用以評估儲能內(nèi)部的效益結(jié)構(gòu)，其反映了所評估目標(biāo)對儲能自身效益的貢獻程度，其表達式為：

i=ARV,ENV,LOSS

(16)

2)效益率。

效益率定義為儲能參與REI優(yōu)化后優(yōu)化成本的降低比例，用以評估儲能對外部產(chǎn)生的整體效益，衡量了儲能參與優(yōu)化后對區(qū)域產(chǎn)生的效益規(guī)模，其表達式為[20]：

(17)

(18)

(19)

4 算例分析

4.1 算例概況

本文以一個商業(yè)園區(qū)級的REI為例進行儲能效益評估分析，其物理結(jié)構(gòu)如圖1所示。園區(qū)內(nèi)的負(fù)荷包含商業(yè)樓宇群用電負(fù)荷、居民住宅區(qū)的熱負(fù)荷以及天然氣負(fù)荷，各類負(fù)荷峰值分別為2 MW、2.5 MW和150 m3?？稍偕茉窗L(fēng)機和屋頂光伏。園區(qū)內(nèi)的能量源包括1臺CHP機組、2臺微型柴油發(fā)電機、熱力鍋爐以及一處天然氣源。CHP機組采用“以熱定電”的運行方式。園區(qū)內(nèi)包含電力儲能、熱力儲能以及天然氣儲氣設(shè)備，其能量狀態(tài)始終維持在10%～90%之間。ER的電熱轉(zhuǎn)換效率與氣熱轉(zhuǎn)換效率分別為0.85和0.72。園區(qū)內(nèi)各設(shè)備主要參數(shù)如附表A1所示，典型日24個時段電、熱、氣負(fù)荷及風(fēng)電光伏預(yù)測出力(以日內(nèi)最大值作為基準(zhǔn))如附圖A1所示，園區(qū)能價如附圖A2所示。儲能系統(tǒng)充放電效率為0.95，熱儲能自耗散率為0.1，氫儲能參數(shù)參考文獻[14]，機組污染排放數(shù)據(jù)、污染物價值標(biāo)準(zhǔn)和罰款等級參見文獻[21]。

4.2 儲能配置影響分析

為充分評估多元儲能在REI多能協(xié)同優(yōu)化中的效益，本文初步設(shè)置如下5個場景：

場景1：區(qū)域內(nèi)配置電力儲能設(shè)備1 MW·h，無熱、氣儲能設(shè)備配置。

場景2：區(qū)域內(nèi)配置電力儲能設(shè)備2 MW·h，無熱、氣儲能設(shè)備配置。

場景3：區(qū)域內(nèi)配置電力儲能設(shè)備和熱儲能設(shè)備各1 MW·h，無氣儲能設(shè)備配置。

場景4：區(qū)域內(nèi)配置電力儲能設(shè)備和氣儲能設(shè)備各1 MW·h，無熱儲能設(shè)備配置。

場景5：區(qū)域內(nèi)配置電力儲能設(shè)備、熱儲能設(shè)備以及氣儲能設(shè)備各1 MW·h。

針對上述5個場景，以儲能參與REI優(yōu)化的總效益最大為控制目標(biāo)的策略運行，并進行區(qū)域多能協(xié)同優(yōu)化計算與效益評估分析，得到了如圖3、4和表1所示的結(jié)果。

表1 不同場景的效益率對比

圖3 不同場景下效益評估結(jié)果

對比不同場景下的效益評估結(jié)果可以看出，儲能可以在不同程度上提升園區(qū)的優(yōu)化效益。

圖4 不同場景下的貢獻度對比

對比場景1和場景2的評估結(jié)果可以看出，當(dāng)園區(qū)中只接入電力儲能時，其效益主要是由峰谷差套利產(chǎn)生，在環(huán)境效益和降低能量損耗效益方面收益相對較小。場景2增大了儲能容量，使得總效益得到了一定的提升，然而僅僅通過增大儲能容量無法改變其效益組成結(jié)構(gòu)。

對比場景2和場景3的結(jié)果可以看出，在整個園區(qū)接入儲能容量不變的情況下，但對于使用單一的電力儲能，采用電熱混合儲能可以大大提高園區(qū)的整體效益。這是因為：一方面隨著儲能容量的增加，每單位容量儲能所產(chǎn)生的效益不斷下降，即出現(xiàn)邊際效益遞減現(xiàn)象，使用混合儲能可以使得每種形式的儲能邊際效益最大化；另一方面，使用混合儲能提升了園區(qū)的多能利用效率，避免了園區(qū)中單一能源利用出現(xiàn)效益飽和狀態(tài)。

對比場景2和場景4的結(jié)果可以看出，在整個園區(qū)接入儲能容量不變的情況下，采用電氣混合儲能可以提高園區(qū)整體收益，并能夠調(diào)整各方面效益的貢獻度，改善效益結(jié)構(gòu)。這是因為氫氣/天然氣儲能在優(yōu)化過程中起到了吸收CO2的效果，降低了碳排放，提升了環(huán)境效益。同時，由于園區(qū)熱負(fù)荷較高，使用天然氣轉(zhuǎn)換供熱的損耗成本要低于電轉(zhuǎn)熱，因此能量損耗效益也有顯著提高。

從場景5的評估結(jié)果可以看出，同時配置電、氣、熱3種儲能，不僅可以使園區(qū)優(yōu)化效益大大提升，而且能夠有效改善效益結(jié)構(gòu)。

4.3 貢獻度分析

從4.2節(jié)的分析中可以得出，改變單一儲能容量的大小對貢獻度產(chǎn)生的影響甚微。本節(jié)在場景3和場景4的基礎(chǔ)上，通過改變儲能容量配比來研究不同效益的貢獻度變化。評估結(jié)果如圖5所示。

圖5 儲能容量比對貢獻度的影響

從圖5中可以看出，儲能容量配比的變化會對貢獻度產(chǎn)生影響，但不同類型的混合儲能隨容量比的變化趨勢和敏感程度不同。

在變化趨勢方面，采用電熱混合儲能時，其效益貢獻度隨容量比的變化并非單調(diào)的，在容量比為5/3的時候，其峰谷差效益貢獻度出現(xiàn)了極大值，而環(huán)境效益與降低能量損耗效益的貢獻度出現(xiàn)了極小值。而采用電氣混合儲能時，其效益貢獻度呈單調(diào)變化，峰谷差效益貢獻度隨著電氣容量比的升高而增加，而環(huán)境效益和降低能量損耗效益方面的貢獻度隨電氣容量比的升高而減少。

在敏感程度方面，采用電熱混合儲能時，貢獻度隨容量比的變化較為平緩，而采用電氣混合儲能時，其貢獻度隨容量比的變化較為敏感。

從圖5中還可以看出，電儲能和熱儲能隨容量比例的升高，對應(yīng)的不同效益貢獻度具有相同的變化趨勢，而電儲能和氣儲能隨著容量比例的升高，在不同效益貢獻度方面具有相反的變化趨勢。

4.4 效益率分析

從4.2節(jié)的結(jié)論可知，儲能的容量改變和結(jié)構(gòu)改變都會對效益產(chǎn)生影響。本節(jié)通過計算不同容量的單一儲能效益率，得到了如圖6所示的曲線。并在4.3節(jié)的基礎(chǔ)上計算了不同容量比下的儲能效益率，結(jié)果如圖7所示。

圖6 儲能容量對效益率的影響

圖7 儲能容量比對效益率的影響

從評估結(jié)果可以看出，增加儲能容量可以為園區(qū)帶來更大的效益，但隨著儲能容量的提升，效益率增加緩慢，出現(xiàn)了邊際效益遞減現(xiàn)象。在圖6中，曲線的斜率代表了儲能的邊際效益。可以看出不同類型的儲能在接入同一園區(qū)時，分別在不同接入容量處取得最大邊際效益率。當(dāng)采用混合儲能時，不同儲能的容量比例也對效益率產(chǎn)生了一定影響。從圖7中可以看出，當(dāng)園區(qū)中接入電熱混合儲能時，效益率隨著電儲能占比容量增大而下降；而當(dāng)園區(qū)中接入電氣混合儲能時，效益率在電氣容量比達到1/3時取得最大值。由此可以得出，電儲能在與不同類型儲能共同參與園區(qū)優(yōu)化時產(chǎn)生了相反的效果。

5 結(jié) 論

本文對REI中考慮多能耦合的儲能系統(tǒng)進行了建模，給出了擴展ER模型，并且從峰谷差套利、碳排放以及降低能量轉(zhuǎn)換損耗3個方面提出了效益評估模型。采用貢獻度指標(biāo)和效益率指標(biāo)分別量化了儲能的內(nèi)部效益構(gòu)成和對外部產(chǎn)生的整體效益規(guī)模。最后以一商業(yè)型REI為算例，基于不同場景對其進行了儲能效益評估，得到了如下結(jié)論：

1)采用貢獻度指標(biāo)和效益率指標(biāo)可有效量化評估儲能的效益結(jié)構(gòu)和效益規(guī)模。

2)提高儲能容量和采用混合儲能都能使儲能整體效益得到提升，但采用混合儲能可以在不增加儲能容量的前提下調(diào)整效益的結(jié)構(gòu)。

3)配置不同類型的儲能以及調(diào)整容量比可以改善儲能效益的結(jié)構(gòu)比例，這有利于提高儲能參與優(yōu)化運行的靈活性，完善儲能參與多能市場效益分配的機制。

4)通過合理配置儲能的容量和混合儲能之間的容量比可以實現(xiàn)邊界效益率的最大化，提升儲能設(shè)備的利用效率。

本文的研究對多元儲能參與REI多能協(xié)同優(yōu)化中的效益進行了量化評估，為未來構(gòu)架REI實現(xiàn)儲能最優(yōu)配置提供指導(dǎo)，為構(gòu)建儲能參與多能市場分配機制的建立提供了思路。