多元儲能風光燃儲系統(tǒng)設備優(yōu)化研究

摘 要： 儲能設備作為綜合能源系統(tǒng)的關鍵部分，具有促進新能源消納，提高能源利用效率等優(yōu)勢。但是多元儲能系統(tǒng)設備間耦合程度、能量流動關系復雜多變。針對多元儲能系統(tǒng)儲能設備配置問題，聚焦系統(tǒng)中不同儲能設備搭配的經(jīng)濟性與能效，分析系統(tǒng)在含有和缺少特定儲能設備（電、氫、熱）情況下的成本和能源利用情況。利用YALMIP和CPLEX 進行優(yōu)化求解，在夏季和冬季典型日對系統(tǒng)進行詳細的設備運行工況及經(jīng)濟比較。結果顯示，完整的儲能設備配置在夏季典型日可降低2.29%～92.11% 的成本，在冬季典型日可降低4.13%～76.81% 的成本。這一數(shù)據(jù)支持完整儲能設備配置在提高系統(tǒng)經(jīng)濟性和能源利用效率方面的重要性。

關鍵詞： 綜合能源系統(tǒng); 儲能設備配置; 多元儲能; YALMIP 和CPLEX

中圖分類號： TB9; TK02 文獻標志碼： A 文章編號： 1674–5124（2024）10–0023–12

0 引 言

新一代的能源革命已然來臨，可再生能源的開發(fā)與利用對環(huán)境及能源問題的解決起著關鍵性作用[1-3]。可再生能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)化石能源的過程中，涉及到不同類型能源之間的相互協(xié)調(diào)運作。因此需要搭建綜合能源系統(tǒng)，在滿足用戶側負荷的基礎上對能量實現(xiàn)梯級利用 [4-5]。

國內(nèi)外眾多科研人員對儲能裝置在綜合能源系統(tǒng)中的應用展開了研究。楊志鵬等 [6] 提出一種在冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中加入儲熱裝置的綜合能源系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)能量的整體利用率。鄒金等[7] 建立了基于風電與抽水蓄能耦合的微電網(wǎng)系統(tǒng)，使系統(tǒng)整體棄風率明顯下降。Wu X 等[8] 探討電動汽車在不同運行模式下對綜合能源系統(tǒng)的敏感性分析，從而提出了一種基于電動汽車儲能的智能能源管理框架。

然而，上述研究都只考慮了一種儲能裝置，儲能設備的單一性使綜合能源系統(tǒng)無法較好滿足多元負荷需求。因此，部分學者探討了多元儲能系統(tǒng)在綜合能源系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度。嚴毅等[9] 在綜合能源系統(tǒng)中耦合壓縮空氣儲能與儲熱裝置，根據(jù)用戶負荷重點調(diào)節(jié)壓縮空氣容量配置與調(diào)度策略，從而提高系統(tǒng)能源利用率與環(huán)保收益。管霖等[10] 耦合冷、熱、電3 種儲能裝置，通過實例證明該系統(tǒng)可有效提高系統(tǒng)整體的經(jīng)濟性與環(huán)保性。Yang H 等[11] 添加PHEV 電動汽車作為新型儲能設備，耦合儲熱設備實現(xiàn)能源中心的互補儲備，提高系統(tǒng)運行的靈活性與可靠性。

與傳統(tǒng)儲能設備相比，儲氫設備更加穩(wěn)定與可靠。Ding Z Y 等[12] 提出一種風電機組與光熱發(fā)電系統(tǒng)耦合形成的風光互補系統(tǒng)，經(jīng)實例表明，該系統(tǒng)在二氧化碳減排，提高系統(tǒng)整體穩(wěn)定性方面具有很好的效益。Ramin H 等[13-14] 建立一個PV-WTFC系統(tǒng)，從而在系統(tǒng)內(nèi)形成電、熱、氣網(wǎng)，更好地適應用戶的需求。

上述文獻在綜合能源系統(tǒng)構建及調(diào)度方面都有一定的進展，但是在對比分析中發(fā)現(xiàn)仍然存在下述問題：傳統(tǒng)綜合能源系統(tǒng)各設備間相對獨立，未能將用戶的冷熱電負荷有機結合起來；傳統(tǒng)綜合能源系統(tǒng)內(nèi)的儲能設備單一或多元固定，未對各設備進行橫向?qū)Ρ龋瑹o法自主選擇儲能設備，極大限制了系統(tǒng)整體能源利用率的提升。隨著日益增加的冷電熱負荷，該模式已經(jīng)不能很好地滿足能源梯級利用的要求。

針對上述問題，綜合考慮綜合能源系統(tǒng)各設備的出力特性，電儲能、熱儲能、氫儲能的充放特性，建立一個包含風機、光伏電池、燃料電池和儲能（電儲能、熱儲能和氫儲能）的綜合能源系統(tǒng)。采用YALMIP 結合CPLEX 求解器的優(yōu)化算法解得系統(tǒng)內(nèi)各設備的最佳出力及運行成本，通過自主調(diào)整各儲能設備是否接入系統(tǒng)并實時調(diào)整儲能設備運行參數(shù)，橫向?qū)Ρ雀髂Ｊ较孪到y(tǒng)整體的經(jīng)濟型。